Мышечная усталость - Muscle fatigue

Мышечная усталость снижение способности мышца чтобы генерировать сила. Это может быть результатом энергичного упражнение но аномальная усталость может быть вызвана препятствиями или помехами на разных стадиях сокращение мышц. Есть две основные причины мышечной усталости: ограничения нерв Способность создавать устойчивые сигнал (нервная усталость); и сниженная способность мышечное волокно сокращаться (метаболическая усталость).

Сокращение мышц

Основная статья: Сокращение мышц

Мышечные клетки работают, обнаруживая поток электрических импульсов от мозг что сигнализирует им договор через выпуск кальций посредством саркоплазматический ретикулум. Усталость (снижение способности генерировать силу) может возникать из-за нерва или самих мышечных клеток.

Нервная усталость

Нервы отвечают за управление сокращением мышц, определение количества, последовательности и силы мышечных сокращений. Для большинства движений требуется сила, намного ниже той, которую потенциально может создать мышца, и нервная усталость редко является проблемой. Но во время чрезвычайно мощных сокращений, близких к верхнему пределу способности мышцы генерировать силу, нервная усталость (истощение), при которой ослабляется нервный сигнал, может быть ограничивающим фактором у нетренированных людей.

В новичке силовые тренажеры способность мышцы генерировать силу наиболее сильно ограничена способностью нерва выдерживать высокочастотный сигнал. После периода максимального сокращения частота сигнала нерва уменьшается, и сила, создаваемая сокращением, уменьшается. Нет ощущения боли или дискомфорта, кажется, что мышца просто «перестает слушать» и постепенно перестает сокращаться, часто движение назад. Часто нагрузка на мышцы и сухожилия недостаточна, чтобы вызвать отсроченное начало болезненности мышц после тренировки.

Частью процесса силовых тренировок является повышение способности нерва генерировать устойчивые высокочастотные сигналы, которые позволяют мышце сокращаться с максимальной силой. Эта нейронная тренировка может вызвать быстрый прирост силы в течение нескольких недель, который стабилизируется, когда нерв генерирует максимальные сокращения и мышца достигает своего физиологического предела. После этого тренировочные эффекты увеличивают мышечную силу за счет миофибриллярной или саркоплазматической гипертрофия метаболическая усталость становится фактором, ограничивающим сократительную силу.

Метаболическая усталость

Хотя термин «метаболическая усталость» используется не повсеместно, это общий термин для обозначения снижения сократительной силы из-за прямого или косвенного воздействия двух основных факторов:

  1. Нехватка топлива (субстраты ) в пределах мышечное волокно
  2. Накопление веществ (метаболиты ) внутри мышечных волокон, которые препятствуют высвобождению кальция (Ca2+) или со способностью кальция стимулировать сокращение мышц.

Субстраты

Субстраты внутри мышцы служат для питания мышечных сокращений. В их состав входят такие молекулы, как аденозинтрифосфат (АТФ), гликоген и креатинфосфат. АТФ связывается с миозин голова и вызывает "храповик", который приводит к сокращению в соответствии с модель скользящей нити. Креатинфосфат накапливает энергию, поэтому АТФ может быстро регенерироваться в мышечных клетках из аденозиндифосфат (АДФ) и неорганические ионы фосфата, что обеспечивает устойчивые сильные сокращения, которые длятся от 5 до 7 секунд. Гликоген - это форма внутримышечного хранения глюкоза, используется для быстрого генерирования энергии после исчерпания внутримышечных запасов креатина, производя молочная кислота как побочный продукт метаболизма.

Недостаток субстрата - одна из причин метаболической усталости. Во время упражнений субстраты истощаются, что приводит к нехватке внутриклеточных источников энергии для подпитки сокращений. По сути, мышца перестает сокращаться, потому что ей не хватает для этого энергии.

Метаболиты

Метаболиты - это вещества (как правило, отходы), образующиеся в результате мышечного сокращения. Они включают хлористый, калий, молочная кислота, ADP, магний (Мг2+), активные формы кислорода, и неорганический фосфат. Накопление метаболитов может прямо или косвенно вызывать метаболическую усталость в мышечных волокнах из-за нарушения высвобождения кальция (Ca2+) от саркоплазматического ретикулума или снижение чувствительности сократительных молекул актин и миозин к кальцию.

Хлористый

Внутриклеточный хлористый частично подавляет сокращение мышц. А именно, он предотвращает сокращение мышц из-за «ложных тревог», небольших раздражителей, которые могут заставить их сокращаться (аналогично миоклонус ).

Калий

Высокая концентрация калий (K+) также снижает эффективность мышечных клеток, вызывая спазмы и усталость. Калий накапливается в Т-трубочка системы и вокруг мышечного волокна в результате потенциалы действия. Сдвиг K+ изменяет мембранный потенциал вокруг мышечного волокна. Изменение мембранного потенциала вызывает уменьшение высвобождения кальций (Ca2+) от саркоплазматический ретикулум.[1]

Молочная кислота

Когда-то считалось, что молочная кислота нарост был причиной мышечной усталости.[2] Предполагалось, что молочная кислота оказывает «травящее» действие на мышцы, подавляя их способность сокращаться. Хотя влияние молочной кислоты на работоспособность в настоящее время неизвестно, она может способствовать или сдерживать мышечную усталость.

Произведено как побочный продукт ферментация, молочная кислота может повышать внутриклеточную кислотность мышц. Это может снизить чувствительность сократительного аппарата к Са.2+ но также имеет эффект увеличения цитоплазматический Ca2+ концентрация через подавление химический насос который активно транспортирует кальций из клетки. Это противодействует подавляющему влиянию калия на мышечные потенциалы действия. Молочная кислота также оказывает отрицательное влияние на ионы хлорида в мышцах, уменьшая их ингибирование сокращения и оставляя ионы калия в качестве единственного ограничивающего влияния на мышечные сокращения, хотя эффекты калия намного меньше, чем если бы не было молочной кислоты, которую нужно было удалить. ионы хлора. В конечном счете, неясно, снижает ли молочная кислота утомляемость за счет увеличения внутриклеточного кальция или увеличивает утомляемость за счет снижения чувствительности сократительных белков к Са.2+.

Молочная кислота теперь используется как мера эффективности тренировок на выносливость и VO2 max.[3]

Патология

Слабость мышц может быть связана с проблемами с нерв, нервно-мышечное заболевание (Такие как миастения ) или проблемы с самой мышцей. Последняя категория включает полимиозит и другие мышечные расстройства.

Молекулярные механизмы

Мышечная усталость может быть вызвана точными молекулярными изменениями, которые происходят. in vivo с длительными упражнениями. Было обнаружено, что рецептор рианодина присутствует в скелетных мышцах, подвергается конформационное изменение во время упражнений, что приводит к «дырявым» каналам, в которых отсутствует кальций релиз. Эти "дырявые" каналы могут быть причиной мышечной усталости и снижения переносимости упражнений.[4]

Влияние на производительность

Было установлено, что усталость играет большую роль в ограничении работоспособности практически у каждого человека в каждом виде спорта. В исследованиях было обнаружено, что участники продемонстрировали снижение произвольной выработки силы в утомленных мышцах (измеренное с помощью концентрических, эксцентрических и изометрических сокращений), высоту вертикального прыжка, другие полевые тесты силы нижней части тела, снижение скорости броска, снижение силы и скорости удара ногой меньшая точность в метании и стрельбе, выносливость, анаэробная способность, анаэробная сила, умственная концентрация и многие другие параметры производительности при проверке конкретных спортивных навыков.[5][6][7][8][9]

Электромиография

Электромиография - это метод исследования, который позволяет исследователям наблюдать за набором мышц в различных условиях путем количественной оценки электрических сигналов, посылаемых в мышечные волокна через двигательные нейроны. В целом протоколы утомления показали увеличение данных ЭМГ в течение протокола утомления, но уменьшили набор мышечных волокон в тестах силы у утомленных людей. В большинстве исследований это увеличение набора во время упражнений коррелировало со снижением производительности (как и следовало ожидать от утомляющего человека).[10][11][12][13]

Среднюю частоту мощности часто используют как способ отслеживания усталости с помощью ЭМГ. Используя среднюю частоту мощности, необработанные данные ЭМГ фильтруются для уменьшения шума, а затем соответствующие временные окна преобразуются по Фурье. В случае утомления при 30-секундном изометрическом сокращении первое окно может быть первым вторым, второе окно может быть вторым 15, а третье окно может быть последней секундой сокращения (вторым 30). Каждое окно данных анализируется и определяется средняя частота сети. Как правило, средняя частота мощности со временем снижается, что свидетельствует об утомлении. Некоторые причины, по которым обнаруживается утомляемость, связаны с потенциалами действия двигательных единиц, имеющих сходный паттерн реполяризации, активацией и быстрой дезактивацией быстрых двигательных единиц, в то время как более медленные двигательные единицы остаются, а также снижением скорости проводимости нервной системы со временем.[14][15][16][17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ди Англауб Сильверторн (2009). Физиология человека: комплексный подход (5-е изд.). Пирсон. п. 412. ISBN  978-0321559807.
  2. ^ Сахлин К. (1986). «Мышечная усталость и накопление молочной кислоты». Acta Physiol Scand Suppl. 556: 83–91. PMID  3471061.
  3. ^ Лундби С., Робах П. (июль 2015 г.). «Повышение производительности: каковы физиологические пределы?». Физиология. 30 (4): 282–92. Дои:10.1152 / Physiol.00052.2014. PMID  26136542.
  4. ^ Беллинджер А.М., Рейкен С., Дура М., Мерфи П.В., Дэн С.Х., Ландри Д.В., Ниман Д., Лехнарт С.Е., Самару М., ЛаКампань А., Маркс А.Р. (февраль 2008 г.). «Ремоделирование рецепторного комплекса рианодина вызывает« дырявые »каналы: молекулярный механизм снижения переносимости физической нагрузки». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 105 (6): 2198–202. Bibcode:2008ПНАС..105.2198Б. Дои:10.1073 / pnas.0711074105. ЧВК  2538898. PMID  18268335.
  5. ^ Knicker AJ, Renshaw I, Oldham AR, Cairns SP (апрель 2011 г.). «Интерактивные процессы связывают множественные симптомы усталости на спортивных соревнованиях» (PDF). Sports Med. 41 (4): 307–28. Дои:10.2165/11586070-000000000-00000. PMID  21425889.
  6. ^ Монтгомери П.Г., Пайн Д.В., Хопкинс В.Г., Дорман Дж.С., Кук К., Минахан С.Л. (сентябрь 2008 г.). «Влияние стратегий восстановления на физическую работоспособность и кумулятивную усталость в соревновательном баскетболе». J Sports Sci. 26 (11): 1135–45. Дои:10.1080/02640410802104912. PMID  18608847.
  7. ^ Линнамо В., Хаккинен К., Коми П.В. (1998). «Нервно-мышечное утомление и восстановление в максимальном по сравнению с взрывной силовой нагрузкой». Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 77 (1–2): 176–81. Дои:10.1007 / s004210050317. PMID  9459539.
  8. ^ Смилиос И., Хаккинен К., Токмакидис С.П. (август 2010 г.). «Мощность и электромиографическая активность во время и после тренировки на мышечную выносливость с умеренной нагрузкой». J Strength Cond Res. 24 (8): 2122–31. Дои:10.1519 / JSC.0b013e3181a5bc44. PMID  19834352.
  9. ^ Жирар О., Латтье Дж., Микаллеф Дж. П., Милле Г. П. (июнь 2006 г.). «Изменения характеристик упражнений, максимального произвольного сокращения и взрывной силы при длительной игре в теннис». Br J Sports Med. 40 (6): 521–6. Дои:10.1136 / bjsm.2005.023754. ЧВК  2465109. PMID  16720888.
  10. ^ Карнейро Дж. Г., Гонсалвес Е. М., Камата ТВ, Альтимари Дж. М., Мачадо М. В., Батиста А. Р., Герра Джуниор Дж., Мораес А. С., Альтимари Л. Р. (2010). «Влияние пола на сигнал ЭМГ четырехглавой мышцы бедра и производительность при краткосрочных высокоинтенсивных упражнениях». Электромиогр Клин Нейрофизиол. 50 (7–8): 326–32. PMID  21284370.
  11. ^ Кларк BC, Manini TM, Thé DJ, Doldo NA, Ploutz-Snyder LL (июнь 2003 г.). «Гендерные различия в утомляемости скелетных мышц связаны с типом сокращения и спектральной компрессией ЭМГ». J. Appl. Физиол. 94 (6): 2263–72. Дои:10.1152 / japplphysiol.00926.2002. PMID  12576411.
  12. ^ Beneka AG, Маллиу П.К., Миссайлиду V, Хатзиниколау А, Фатурос I, Гургулис V, Георгиадис Э. (2013). «Производительность мышц после интенсивной плиометрической тренировки в сочетании с упражнениями с отягощениями низкой или высокой интенсивности». J Sports Sci. 31 (3): 335–43. Дои:10.1080/02640414.2012.733820. PMID  23083331.
  13. ^ Пинчиверо Д.М., Олдворт С., Дикерсон Т., Петри С., Шульц Т. (апрель 2000 г.). «ЭМГ-активность четырехглавой мышцы-подколенного сухожилия во время выполнения функциональных упражнений с закрытой кинетической цепью до утомления». Евро. J. Appl. Физиол. 81 (6): 504–9. Дои:10.1007 / s004210050075. PMID  10774875.
  14. ^ Якобсен, доктор медицины, Сундструп, Э. Андерсен, М. К. Зебис, П. Мортенсен, Л. Л. Андерсен (сентябрь 2012 г.). «Оценка мышечной активности во время стандартной тренировки с отягощением плеч у новичков». J Strength Cond Res. 26 (9): 2515–22. Дои:10.1519 / АО. 0b013e31823f29d9. PMID  22067242.
  15. ^ Сундструп Э., Якобсен, доктор медицинских наук, Андерсен, С.Х., Зебис, МК, Мортенсен, О.С., Андерсен, Л.Л. (июль 2012 г.). «Стратегии активации мышц во время силовых тренировок с тяжелой нагрузкой по сравнению с повторениями до отказа». J Strength Cond Res. 26 (7): 1897–903. Дои:10.1519 / JSC.0b013e318239c38e. PMID  21986694.
  16. ^ Cardozo AC, Gonçalves M, Dolan P (декабрь 2011 г.). «Усталость мышц-разгибателей спины при субмаксимальных нагрузках, оцениваемых с использованием частотного диапазона электромиографического сигнала». Clin Biomech (Бристоль, Эйвон). 26 (10): 971–6. Дои:10.1016 / j.clinbiomech.2011.06.001. PMID  21696871.
  17. ^ Hollman JH, Hohl JM, Kraft JL, Strauss JD, Traver KJ (май 2013 г.). «Влияет ли длина окна быстрого преобразования Фурье на наклон графика средней частоты электромиограммы во время утомительного изометрического сокращения?». Походка. 38 (1): 161–4. Дои:10.1016 / j.gaitpost.2012.10.028. PMID  23211923.

внешняя ссылка