Мышечная усталость
Мышечная усталость – это когда мышцы, которые изначально генерировали нормальное количество силы , затем испытывают снижение способности генерировать силу. Это может быть результатом энергичных физических упражнений , но аномальная усталость может быть вызвана препятствиями или помехами на различных стадиях мышечного сокращения . Существует две основные причины мышечного утомления: ограничение способности нерва генерировать устойчивый сигнал (нейронное утомление); и снижение способности мышечных волокон сокращаться (метаболическая усталость).
Мышечная усталость — это не то же самое, что мышечная слабость, хотя слабость является начальным симптомом. Несмотря на то, что в начале активности генерируется нормальное количество силы, как только мышечная усталость наступает и постепенно ухудшается, если человек продолжает выполнять упражнение, он в конечном итоге потеряет хватку рук или станет неспособным поднимать или толкать руками или ноги или становятся неспособными поддерживать изометрическое положение (например, планка ). Могут сопровождать и другие симптомы, такие как миалгия (мышечная боль), одышка, фасцикуляции (подергивания мышц), миокимия (мышечная дрожь) и мышечные судороги во время тренировки; После этого может возникнуть мышечная боль. [ 1 ] Может наблюдаться неадекватное учащенное сердцебиение в ответ на физическую нагрузку, например, при метаболической миопатии болезни МакАрдла (GSD-V), когда сердце пытается компенсировать дефицит АТФ в клетках скелетных мышц (метаболическое утомление) за счет увеличения сердечного ритма. Скорость, чтобы максимизировать доставку кислорода и топлива, переносимого кровью, к мышцам для окислительного фосфорилирования. [ 2 ] Сочетание неадекватного учащенного сердечного ритма в ответ на физическую нагрузку с тяжелым или учащенным дыханием известно как преувеличенная кардиореспираторная реакция на физическую нагрузку. [ 3 ]
Из-за путаницы между мышечной усталостью и мышечной слабостью были случаи аномальной мышечной усталости, которую описывали как мышечную слабость, вызванную физической нагрузкой. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Сокращение мышц
[ редактировать ]Мышечные клетки работают, обнаруживая поток электрических импульсов из мозга , который сигнализирует им о сокращении посредством высвобождения кальция саркоплазматической сетью . Усталость (снижение способности генерировать силу) может возникнуть по вине нерва или внутри самих мышечных клеток. [ нужна ссылка ]
Нейронная усталость
[ редактировать ]Нервы отвечают за контроль сокращения мышц, определяя количество, последовательность и силу мышечных сокращений. Большинство движений требуют силы, значительно меньшей той, которую потенциально может создать мышца, а нервное утомление редко является проблемой. Но во время чрезвычайно мощных сокращений, близких к верхнему пределу способности мышцы генерировать силу, нервное утомление (иннервация), при котором нервный сигнал ослабевает, может быть ограничивающим фактором у нетренированных людей. [ нужна ссылка ]
У начинающих силовых тренеров способность мышц генерировать силу наиболее сильно ограничена способностью нервов выдерживать высокочастотный сигнал. После периода максимального сокращения частота сигнала нерва снижается, и сила, создаваемая сокращением, уменьшается. Ощущения боли или дискомфорта нет, мышца просто «перестает слушаться» и постепенно перестает сокращаться, часто двигаясь назад . Зачастую нагрузка на мышцы и сухожилия оказывается недостаточной, чтобы вызвать отсроченную болезненность мышц после тренировки. [ нужна ссылка ]
Частью процесса силовой тренировки является повышение способности нерва генерировать устойчивые высокочастотные сигналы, которые позволяют мышце сокращаться с максимальной силой. Такая тренировка нейронов может привести к быстрому приросту силы в течение нескольких недель, который выравнивается, когда нерв начинает генерировать максимальные сокращения и мышца достигает своего физиологического предела. После этого момента тренировочный эффект увеличивает мышечную силу за счет миофибриллярной или саркоплазматической гипертрофии , а метаболическая усталость становится фактором, ограничивающим сократительную силу. [ нужна ссылка ]
Метаболическая усталость
[ редактировать ]Хотя «метаболическая усталость» не используется повсеместно, это общий термин, обозначающий снижение сократительной силы из-за прямого или косвенного воздействия двух основных факторов:
- Нехватка или неспособность метаболизировать топливо ( субстраты ) в мышечных волокнах приводит к низкому уровню АТФ.
- Накопление веществ ( метаболитов ) внутри мышечных волокон, которые препятствуют либо высвобождению кальция (Ca 2+ ) или со способностью кальция стимулировать сокращение мышц.
Субстраты
[ редактировать ]Субстраты внутри мышц служат для обеспечения силы мышечных сокращений. Они включают такие молекулы, как аденозинтрифосфат (АТФ), гликоген и креатинфосфат . АТФ связывается с головкой миозина и вызывает «храповик», который приводит к сокращению в соответствии с моделью скользящей нити . Креатинфосфат сохраняет энергию, поэтому АТФ может быстро восстанавливаться в мышечных клетках из аденозиндифосфата (АДФ) и ионов неорганического фосфата, что обеспечивает устойчивые мощные сокращения, которые длятся от 5 до 7 секунд. Гликоген — это внутримышечная форма хранения глюкозы , используемая для быстрой выработки энергии, когда внутримышечные запасы фосфокреатина истощаются, образуя молочную кислоту в качестве побочного продукта метаболизма.
Недостаток субстрата является одной из причин метаболической усталости. Субстраты истощаются во время физических упражнений или не могут метаболизироваться (например, метаболические миопатии ), что приводит к отсутствию внутриклеточных источников энергии для подпитки сокращений. По сути, мышца перестает сокращаться, потому что ей не хватает для этого энергии.
Метаболиты
[ редактировать ]Метаболиты — это вещества (обычно продукты жизнедеятельности), образующиеся в результате мышечного сокращения. В их состав входят хлориды , калий , молочная кислота , АДФ , магний (Mg 2+ ), активные формы кислорода и неорганический фосфат . Накопление метаболитов может прямо или косвенно вызывать метаболическую усталость в мышечных волокнах из-за нарушения высвобождения кальция (Ca 2+ ) со стороны саркоплазматического ретикулума или снижение чувствительности сократительных молекул актина и миозина к кальцию.
Хлористый
[ редактировать ]Внутриклеточный хлорид частично тормозит сокращение мышц. А именно, он предотвращает сокращение мышц из-за «ложных тревог», небольших стимулов, которые могут вызвать их сокращение (сродни миоклонусу ).
Калий
[ редактировать ]Высокие концентрации калия (K + ) также приводит к снижению эффективности мышечных клеток, вызывая судороги и усталость. Калий накапливается в системе Т-канальцев и вокруг мышечных волокон в результате возникновения потенциалов действия . Сдвиг в К + изменяет мембранный потенциал вокруг мышечного волокна. Изменение мембранного потенциала вызывает уменьшение высвобождения кальция (Ca 2+ ) из саркоплазматической сети . [ 7 ]
Молочная кислота
[ редактировать ]Когда-то считалось, что молочной кислоты является причиной мышечной усталости. накопление [ 8 ] Предполагалось, что молочная кислота оказывает «травящее» действие на мышцы, подавляя их способность сокращаться. Хотя влияние молочной кислоты на работоспособность в настоящее время неясно, она может способствовать или препятствовать мышечной усталости.
Производимая как побочный продукт ферментации , молочная кислота может повышать внутриклеточную кислотность мышц. Это может снизить чувствительность сократительного аппарата к Са. 2+ но также имеет эффект увеличения цитоплазматического Ca 2+ концентрации за счет ингибирования химического насоса , который активно транспортирует кальций из клетки. Это противодействует ингибирующему влиянию калия на мышечные потенциалы действия. Молочная кислота также оказывает отрицательный эффект на ионы хлора в мышцах, уменьшая ингибирование ими сокращений и оставляя ионы калия единственным ограничивающим влиянием на мышечные сокращения, хотя эффекты калия намного меньше, чем если бы не было молочной кислоты, которую нужно было бы удалить. хлорид-ионы. В конечном счете, неясно, снижает ли молочная кислота утомляемость за счет увеличения внутриклеточного кальция или увеличивает утомляемость за счет снижения чувствительности сократительных белков к Ca. 2+ .
Молочная кислота теперь используется как мера эффективности тренировок на выносливость и VO 2 max . [ 9 ]
Патология
[ редактировать ]Мышечная усталость может быть связана с проблемами иннервации , нервно -мышечными заболеваниями (например, миастенией ), врожденными нарушениями обмена веществ (например, метаболическими миопатиями ) или проблемами с самими мышцами. К последней категории относятся полимиозит и другие мышечные заболевания .
Молекулярные механизмы
[ редактировать ]Мышечная усталость может быть связана с точными молекулярными изменениями, которые происходят in vivo при длительных физических нагрузках. Было обнаружено, что рианодиновый рецептор, присутствующий в скелетных мышцах, претерпевает конформационные изменения во время физических упражнений, что приводит к образованию «протекающих» каналов, в которых не хватает высвобождения кальция . Эти «протекающие» каналы могут быть причиной мышечной усталости и снижения работоспособности. [ 10 ]
Влияние на производительность
[ редактировать ]Было обнаружено, что усталость играет большую роль в ограничении производительности практически у каждого человека в каждом виде спорта. В исследованиях было обнаружено, что участники демонстрируют снижение произвольного производства силы в утомленных мышцах (измеряется с помощью концентрических, эксцентрических и изометрических сокращений), высоты вертикальных прыжков, других полевых тестов силы нижней части тела, снижение скорости бросков, снижение силы и скорости удара ногой, меньшая точность в метании и стрельбе, выносливость, анаэробная способность, анаэробная мощность, умственная концентрация и многие другие параметры производительности при проверке конкретных спортивных навыков. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
Электромиография
[ редактировать ]Электромиография — это метод исследования, который позволяет исследователям наблюдать за рекрутированием мышц в различных условиях путем количественной оценки электрических сигналов, посылаемых к мышечным волокнам через мотонейроны. В целом, протоколы утомления показали увеличение данных ЭМГ в ходе протокола утомления, но снижение рекрутирования мышечных волокон в тестах на силу у утомленных людей. В большинстве исследований увеличение рекрутирования во время упражнений коррелировало со снижением производительности (как и следовало ожидать у утомляющегося человека). [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
Средняя частота мощности часто используется как способ отслеживания усталости с помощью ЭМГ. Используя медианную частоту мощности, необработанные данные ЭМГ фильтруются для уменьшения шума, а затем соответствующие временные окна преобразуются Фурье. В случае утомления при 30-секундном изометрическом сокращении первым окном может быть первая секунда, вторым окном может быть 15-я секунда, а третьим окном может быть последняя секунда сокращения (30-я секунда). Каждое окно данных анализируется и находится медианная частота мощности. Как правило, средняя частота мощности со временем снижается, демонстрируя усталость. Некоторые причины, по которым обнаруживается утомление, связаны с потенциалами действия двигательных единиц, имеющими сходный характер реполяризации, быстрыми двигательными единицами, которые активируются, а затем быстро деактивируются, в то время как более медленные двигательные единицы остаются, а скорость проводимости нервной системы снижается с течением времени. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
См. также
[ редактировать ]- Астения
- слабость
- Непереносимость физических упражнений § Низкий резервуар АТФ в мышцах (наследственный или приобретенный)
- Усталость (медицинская)
- Центральная усталость
- Недомогание
- Метаболические миопатии
- Миогенная гиперурикемия (из-за низкого уровня АТФ в мышечных клетках)
- Мышечная слабость
- Парез
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Мышечная усталость» . Физиопедия . Проверено 19 ноября 2023 г.
- ^ Люсия, Александр; Мартинуцци, Андреа; Ногалес-Гадеа, Гизела; Куинливан, Роуз; Разум, Стейси; Бали, Дикша; Годфри, Ричард; Халлер, Рональд; Кишнани, Прия; Лафоре, Паскаль; Счастливчик, Николин; Мусумечи, Олимпия; Санталла, Альфред; Тарнопольский, Марк; Тоскано, Антонио (декабрь 2021 г.). «Руководство по клинической практике болезней накопления гликогена V и VII (болезнь МакАрдла и болезнь Таруи) от международной исследовательской группы» . Нервно-мышечные расстройства . 31 (12): 1296–1310. дои : 10.1016/j.nmd.2021.10.006 . ISSN 0960-8966 . ПМИД 34848128 .
- ^ Нури, Жан-Батист; Заньоли, Фабьен; Пети, Франсуа; Маркорель, Паскаль; Ранну, Фабрис (29 мая 2020 г.). «Нарушение работоспособности при метаболических миопатиях» . Научные отчеты . 10 (1): 8765. Бибкод : 2020NatSR..10.8765N . дои : 10.1038/s41598-020-65770-y . ISSN 2045-2322 . ПМК 7260200 . ПМИД 32472082 .
- ^ «# 254110 — МЫШЕЧНАЯ ДИСТРОФИЯ, ПОЯС КОНЕЧНОСТИ, АУТОСОМНО-РЕЦЕССИВНЫЙ 8; LGMDR8» . www.omim.org . Проверено 19 ноября 2023 г.
- ^ «#300559 — БОЛЕЗНЬ НАКОПЛЕНИЯ ГЛИКОГЕНА IXd; GSD9D» . www.omim.org . Проверено 19 ноября 2023 г.
- ^ Дас, Аниб М.; Стойервальд, Ульрике; Илсингер, Сабина (2010). «Врожденные нарушения энергетического обмена, связанные с миопатиями» . Журнал биомедицины и биотехнологии . 2010 : 340849. doi : 10.1155/2010/340849 . ISSN 1110-7251 . ПМК 2877206 . ПМИД 20589068 .
Существует три фенотипа дефицита CPT2: «классическая мышечная форма» (OMIM 255110) встречается наиболее часто и проявляется в детстве или взрослом возрасте с мышечной слабостью, вызванной физической нагрузкой, и рабдомиолизом.
- ^ Ди Унглауб Сильверторн (2009). Физиология человека: комплексный подход (5-е изд.). Пирсон. п. 412. ИСБН 978-0321559807 .
- ^ Сахлин К. (1986). «Мышечная усталость и накопление молочной кислоты». Приложение Acta Physiol Scand . 556 : 83–91. ПМИД 3471061 .
- ^ Лундби С., Робах П. (июль 2015 г.). «Повышение производительности: каковы физиологические пределы?». Физиология . 30 (4): 282–92. дои : 10.1152/физиол.00052.2014 . ПМИД 26136542 . S2CID 36073287 .
- ^ Беллинджер А.М., Рейкен С., Дура М., Мерфи П.В., Дэн С.С., Лэндри Д.В., Ниман Д., Ленарт С.Е., Самару М., ЛаКампань А., Маркс А.Р. (февраль 2008 г.). «Ремоделирование рианодинового рецепторного комплекса вызывает «протекающие» каналы: молекулярный механизм снижения толерантности к физической нагрузке» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 105 (6): 2198–202. Бибкод : 2008PNAS..105.2198B . дои : 10.1073/pnas.0711074105 . ПМК 2538898 . ПМИД 18268335 .
- ^ Никер А.Дж., Реншоу И., Олдхэм А.Р., Кэрнс СП (апрель 2011 г.). «Интерактивные процессы связывают многочисленные симптомы усталости на спортивных соревнованиях» (PDF) . Спорт Мед . 41 (4): 307–28. дои : 10.2165/11586070-000000000-00000 . ПМИД 21425889 . S2CID 20840531 .
- ^ Монтгомери П.Г., Пайн Д.Б., Хопкинс В.Г., Дорман Дж.К., Кук К., Минахан К.Л. (сентябрь 2008 г.). «Влияние стратегий восстановления на физическую работоспособность и накопительную усталость в соревновательном баскетболе». J Спортивная наука . 26 (11): 1135–45. дои : 10.1080/02640410802104912 . ПМИД 18608847 . S2CID 37412777 .
- ^ Линнамо В., Хаккинен К., Коми П.В. (1998). «Нервно-мышечное утомление и восстановление при максимальной по сравнению со взрывной силовой нагрузкой». Eur J Appl Physiol Occup Physiol . 77 (1–2): 176–81. дои : 10.1007/s004210050317 . ПМИД 9459539 . S2CID 27621985 .
- ^ Смилиос И., Хаккинен К., Токмакидис С.П. (август 2010 г.). «Выходная мощность и электромиографическая активность во время и после тренировки на мышечную выносливость с умеренной нагрузкой» . J Сила Cond Res . 24 (8): 2122–31. дои : 10.1519/JSC.0b013e3181a5bc44 . ПМИД 19834352 . S2CID 25256350 .
- ^ Жирар О, Латтье Дж., Микаллеф Дж.П., Милле Г.П. (июнь 2006 г.). «Изменения характеристик упражнений, максимального произвольного сокращения и взрывной силы во время длительной игры в теннис» . Br J Sports Med . 40 (6): 521–6. дои : 10.1136/bjsm.2005.023754 . ПМК 2465109 . ПМИД 16720888 .
- ^ Карнейро Х.Г., Гонсалвеш Э.М., Камата ТВ, Алтимари Х.М., Мачадо М.В., Батиста А.Р., Герра Жуниор Дж., Мораес А.С., Алтимари Л.Р. (2010). «Влияние пола на сигнал ЭМГ четырехглавой мышцы бедра и работоспособность при кратковременных нагрузках высокой интенсивности». Электромиогр Клиника Нейрофизиол . 50 (7–8): 326–32. ПМИД 21284370 .
- ^ Кларк BC, Манини TM, Thé DJ, Долдо Н.А., Плуц-Снайдер LL (июнь 2003 г.). «Гендерные различия в утомляемости скелетных мышц связаны с типом сокращения и спектральной компрессией ЭМГ». Дж. Прил. Физиол . 94 (6): 2263–72. doi : 10.1152/japplphysicalol.00926.2002 . ПМИД 12576411 . S2CID 16202462 .
- ^ Бенека А.Г., Маллиу П.К., Миссалиду В., Хатзиниколау А., Фатурос И., Гургулис В., Георгиадис Е. (2013). «Мышечная работоспособность после интенсивной плиометрической тренировки в сочетании с упражнениями с отягощениями низкой или высокой интенсивности». J Спортивная наука . 31 (3): 335–43. дои : 10.1080/02640414.2012.733820 . ПМИД 23083331 . S2CID 31326593 .
- ^ Пинциверо Д.М., Олдворт С., Дикерсон Т., Петри С., Шульц Т. (апрель 2000 г.). «ЭМГ-активность квадрицепсов подколенных сухожилий во время функциональных упражнений с замкнутой кинетической цепью до утомления». Евро. Дж. Прил. Физиол . 81 (6): 504–9. дои : 10.1007/s004210050075 . ПМИД 10774875 . S2CID 9033212 .
- ^ Якобсен, доктор медицинских наук, Сундструп Э, Андерсен Ч., Зебис М.К., Мортенсен П., Андерсен Л.Л. (сентябрь 2012 г.). «Оценка мышечной активности во время стандартизированной тренировки с сопротивлением плеч у новичков» . J Сила Cond Res . 26 (9): 2515–22. дои : 10.1519/JSC.0b013e31823f29d9 . ПМИД 22067242 . S2CID 17445280 .
- ^ Сундструп Э., Якобсен, доктор медицинских наук, Андерсен Ч., Зебис М.К., Мортенсен О.С., Андерсен Л.Л. (июль 2012 г.). «Стратегии активации мышц во время силовых тренировок с тяжелой нагрузкой в сравнении с повторениями до отказа» . J Сила Cond Res . 26 (7): 1897–903. дои : 10.1519/JSC.0b013e318239c38e . ПМИД 21986694 . S2CID 5587233 .
- ^ Кардозо АС, Гонсалвеш М, Долан П (декабрь 2011 г.). «Усталость мышц-разгибателей спины при субмаксимальных нагрузках оценивается с использованием частотного диапазона электромиографического сигнала». Клин Биомех (Бристоль, Эйвон) . 26 (10): 971–6. doi : 10.1016/j.clinbiomech.2011.06.001 . ПМИД 21696871 .
- ^ Холлман Дж. Х., Холь Дж. М., Крафт Дж. Л., Штраус Дж. Д., Травер К. Дж. (май 2013 г.). «Влияет ли длина окна быстрого преобразования Фурье на наклон графика средней частоты электромиограммы во время утомительного изометрического сокращения?». Осанка походки . 38 (1): 161–4. дои : 10.1016/j.gaitpost.2012.10.028 . ПМИД 23211923 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Мышцы + усталость Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)