CC BY
53
УДК 796.01:612
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ МЫШЦ У
СПРИНТЕРОВ
Ю.В. Высочин - доктор медицинских наук, профессор Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург
PHYSIOLOGICAL MECHANISMS OF SPRINTERS' MUSCULAR INJURY
Yu.V. Vysochin - Doctor of Medicine, professor St. Petersburg State University St.Petersburg
Ключевые слова: спринтеры, повреждения, мышечная система, сокращение мышц.
Аннотация. У спортсменов чаще всего происходят повреждения сокращенных мышц, т.е. мышц, находящихся на пике сократительной фазы, и почти не встречается повреждений в фазу расслабления. Повреждения мышц обычно бывают закрытыми, т.е. без повреждения кожных покровов. Открытые повреждения мышц возникают значительно реже, они не представляют сложности для диагностики. Их обнаруживают и сшивают во время первичной хирургической обработки раны. Закрытые разрывы мышц могут быть полными или неполными. Раньше применялся термин «растяжение мышцы», но сейчас он практически не используется, поскольку считается, что в любом случае имеются разрывы отдельных волокон мышечной ткани. Закрытые разрывы мышц возникают при резком, неожиданном движении мышц, или рефлекторном сокращении в качестве защитной реакции (падение).
Key words: sprinters, injury, muscular system, muscular contraction.
Summary. If speaking about sportsmen, muscular injury is by far the most frequent in contraction that is at the contraction peak and is hardly met with a relaxation phase. The muscular injury is usually hidden that is with no cutaneous covering damage. The open muscular injury falls far short of the above one and does not present difficulties for diagnostics. They are discovered and inserted sutures under the primary surgical treatment of wounds. The hidden muscular rupture can be complete or incomplete. Formerly we used the term "muscles strain", but now it is practically excluded because some muscular tissue fibers are considered to be ruptured in any case. The hidden muscular rupture occurs in the course of a sudden, unexpected muscular movement or the reflex contraction as a defense reaction (fall).
Из анализа литературных данных очевидно, что мнения в отношении механизмов и условий, при которых может произойти травма, например, повреждение мышц, как, впрочем, и в отношении причин, вызывающих травмы, весьма разнообразны. Особого внимания, с нашей точки зрения, заслуживают три основные гипотезы.
1. Разрыв может произойти вследствие чрезмерного растяжения расслабленной мышцы (Шаак, 1934; Крячно, Ланда, 1937; Ла Кава, 1956; Васильева, Граевская, 1961; и др.). Однако отмечалось (Борнгаут, 1980), что даже при вывихах, то есть явно не физиологическом растяжении, разрыв мышц наблюдается редко. Есть мнение (Рокитянский, 1956), что в
здоровой мышце даже при максимальном её удлинении (максимальной амплитуде движений в суставе) вообще не бывает повреждения мышечных волокон ввиду их высокой эластичности.
2. Повреждения мышцы наступают при чрезмерно сильном её сокращении (Борнгаут, 1980; Бирзин, 1920; Ланда, Михайлова, 1953; Кочурова, Усольцева, 1953; Titze, 1961; и др.). Здесь, пожалуй, легче согласиться с выводами В. А. Шаак (1934), полагающего, что при очень сильном и быстром сокращении мышцы может повредиться покрывающая её фасция, разорваться сухожилие или оторваться кортикальный слой кости в месте его прикрепления. Такой механизм многие авторы (Horntrich, Horschig, 1968; landgrot, Pribyl, 1968; Tomola, 1968; Maresova, 1968; и др.) считают основным при отрывных переломах и разрывах сухожилий. Однако эти повреждения обычно происходят при наличии патологических изменений в тканях. Экспериментальными работами (Platt, 1931; Карасёва, 1969) доказано, что нормальная здоровая ткань выдерживает без повреждений огромные нагрузки, значительно превышающие те, которые способны создать мышцы при своем максимальном сокращении.
3. Травме подвергается сокращённая, сокращающаяся или не успевшая расслабиться мышца, если на неё внезапно действует мощная растягивающая сила (Заблудовский, 1931; Шаак, 1934; Рокитянский, 1956; Добровольский, 1967; и др.), причём, как подчёркивал Я.Б. Рывлин (1928), действие этой силы должно быть быстрым.
Известно, что прочность мышечным волокнам и всей мышце а целом придают идущие параллельно упругие элементы, которые бывают двух типов: а) элементы, расположенные внутри волокна (главным образом пузырьки саркоплазматического ретикулума) и б) элементы тонких волокон соединительной ткани, окружающей пучки волокон (пери- и эпимизум). При сокращении мышц эластические и каллогеновые волокна, составляющие основу внефибриллярной соединительной ткани, скручиваются в пружиноподобную структуру. Кроме того, при сокращении значительно уменьшаются рессорные свойства мышцы, т.е. её податливость растяжению, которая приближается к податливости мышцы в состоянии полного окоченения (Дж. Бендолл, 1970; А.Хилл, 1972).
Поэтому вполне вероятно, что внезапное, быстрое и сильное растягивающее воздействие на сокращенную или сокращающуюся скелетную мышцу может привести к её повреждению, так как находящиеся в скрученном состоянии упругие элементы не успевают расправиться (если действие растягивающей силы достаточно быстрое) и придать мышце прочность. В этих случаях вначале страдают менее прочные элементы, находящиеся внутри мышечного волокна, а затем уже, при большой силе растяжения, его оболочка - сарколемма. С этих позиций легко объяснимы часто наблюдаемые хирургами и гистологами (Д. Ла Кава, 1956 и др.) случаи повреждения саркоплазмы мышечных волокон без нарушения целостности сарколеммы.
Надо полагать, что тяжесть повреждений (разрывы отдельных волокон или всей мышцы) должна зависеть от функционального состояния растягиваемой мышцы (эластичная, сильная, не утомленная или наоборот, усталая, больная и т.п.), а также от величины и скорости действия растягивающей силы.
Последняя гипотеза нам представляется наиболее реальной для объяснения механизмов перенапряжения и повреждения мышц, например, в футболе, когда на пути ноги, бьющей по мячу, внезапно возникает препятствие, или в гимнастике, когда прыгающий через снаряд гимнаст ударяется ногами о препятствие и т.д. Гораздо сложнее объяснить механизмы повреждений, возникающих при спринтерском беге, когда на пути бегуна нет никаких внешних препятствий. Несомненно, что в этих условиях причиной травм может быть только дискоординация в работе мышц-антагонистов. Однако в таком случае необходимо найти и указать причину, приводящую к дискоординаци.
Известно, что для быстрых циклических движений характерен альтернирующий (попеременный) ритм активности мышц-антагонистов, при котором напряжение агониста происходит в тот момент, когда закончилась активность, т.е. началось расслабление антагониста и наоборот. Нарушение альтернирующего ритма активности мышц-антагонистов может привести к возникновению ситуации, когда разгибатели и сгибатели голени одновременно будут находиться в напряженном состоянии. Однако, это не означает, что должна произойти травма, хотя такая возможность не исключена. Появление одновременной активности обычно регистрируется при максимально быстром или предельном темпе циклических движений, что значительно затрудняет их выполнение и даже приводит к остановке (фиксации) движений, но не повреждению мышц, так как в противном случае любая попытка выполнить движение в максимальном темпа заканчивалась бы травмой.
По-видимому, чтобы произошло повреждение должна появиться не просто одновременная активность, а именно очень быстрое и неожиданное (не запрограммированное) сокращение антагонистов на фоне не менее быстрого и сильного сокращения агонистов. Естественно, что такая дискоординация может быть вызвана только вескими объективными причинами.
На основании многолетних наблюдений и экспериментальных исследований мы пришли к заключению, что одной из причин нарушений целесообразного парттерна активности мышц-антагонистов является недостаточная функция расслабления и, в частности, нарушения процесса расслабления четырехглавой мышцы бедра.
Сам механизм повреждений мышц задней поверхности бедра (МЗПБ) во время бега не трудно представить, если обратить особое внимание на третий вариант процесса расслабления четырехглавой мышцы бедра (ЧГМБ) и порядок включения в работу мышц-антагонистов. При этом варианте, через определенный период времени после подачи сигнала к расслаблению
наблюдается быстрое снижение и прекращение биоэлектрической активности, а чуть позже (на 2030 мсек) начинается быстрое расслабление ЧГМБ (снижение напряжения на динамограмме). Затем на фоне уже начавшегося расслабления на электромиограмме (ЭМГ) неожиданно появляется пачка следовых потенциалов последействия, вызывающих резкое нарушение процесса расслабления. Оно заключается в возникновении новой мощной волны сокращения четырехглавой мышцы бедра. Таким образом, если учесть, что при быстром беге начало сокращения мышц сгибающих голень (МЗПБ) обычно происходит в момент начала расслабления разгибателей (ЧГМБ), например, сразу после отталкивания, то неожиданное сокращение начавшей расслабляться ЧГМБ, вызванное следовыми потенциалами последействия, неизбежно приведет к возникновению разнонаправленных импульсов силы, действующих на коленный сустав. В этот момент, как раз и возникает та ситуация, когда активно сокращающиеся мышцы задней поверхности бедра растягиваются более мощной четырехглавой мышцей бедра.
Пачки следовых потенциалов последействия могут быть различны по величине суммарной биоэлектрической активности и возникать в различные периоды процесса расслабления (в начале, середине или в конце), поэтому и вызываемые ими всплески следовых сокращений ЧГМБ отличаются по величине и времени возникновения. В связи с этим МЗПБ могут подвергаться различным по силе и скорости растягивающим воздействиям, возникающим к тому же в различные периоды их собственного сокращения.
Скелетная мышца по разному реагирует на растяжение в зависимости от состояния в котором она находится (сокращающемся, сокращённом или в состоянии начавшегося расслабления). Изучая ответную реакцию на умеренное растяжение мышц в различные моменты вызванного электрическим стимулом одиночного сокращения, А. Хилл (1972) обнаружил, что растяжение мышцы на ранней стадии после импульса приводит к сильному увеличению её напряжения. Растяжение максимально напряженной мышцы вызывает гораздо меньший эффект и совсем небольшой эффект даёт растяжение мышцы в тот момент, когда началось её расслабление. Однако во всех опытах с растяжением сокращающихся мышц, уровень плато, достигаемый при растяжении мышцы (даже довольно-медленном) был существенно выше максимального изометрического напряжения, развиваемого этой мышцей без растяжения. Иначе говоря, любое растяжение сокращающейся мышцы вызывает её перенапряжение. А. Хилл отмечал также, что "мышца не очень хорошо переносит резкие растяжения. После двух или трех растяжений изометрическое напряжение, развиваемое при любой длине, во многих случаях сильно уменьшалась и при каждом следующем тетанусе наблюдалось его дальнейшее уменьшение". Следовательно, такая процедура вызывает какие-то повреждения в мышце.
Резюмируя материалы наших наблюдений и учитывая работы А. Хилла, из которых следует, что наиболее травматичны те моменты, когда растягивающая сила действует на
сокращающуюся мышцу, можно предположить, что для одномоментного повреждения МЗПБ необходимо совпадение, по крайней мере, двух важных условий:
1) Следовые потенциалы последствия и, вызываемое ими контрсокращение ЧГМБ, должны возникнуть в момент активного сокращения мышц задней поверхности бедра.
2) Контр сокращение четырехглавой мышцы бедра, вызывающее растяжение МЗПБ, должно быть достаточно сильным и быстрым.
Меньшие по силе и скорости контрсокращения ЧГМБ или достаточно сильные, но возникшие в тот момент, когда МЗПБ уже достигли максимального напряжения или начали расслабляться, вероятно, вызывают их перенапряжения и микроповреждения. Продолжающиеся интенсивные беговые тренировки, при наличии недостаточной функции расслабления, могут привести к хроническим перенапряжениям, появлению стойких болевых ощущений (дисфункций) и заболеваний МЗПБ. В последующем патологически измененные (больные) мышцы могут травмироваться под влиянием значительно меньших по силе растягивающих воздействий.
Тот факт, что спортсмены, плохо владеющие функцией расслабления мышц и имеющие выраженные нарушения процесса расслабления, не на каждой тренировке или не на каждых соревнованиях получают травмы объясняется, вероятно, несовпадением указанных выше условий. Однако, рано или поздно это совпадение произойдет и тогда травма неизбежна.
Достоверность подобной трактовки этиопатогенеза повреждений мышц задней поверхности бедра у спринтеров достаточно убедительно, на наш взгляд, подтверждает высокая точность (до 95%) системы прогнозирования таких травм, описанная в предыдущей работе.
К настоящему времени мы располагаем уже достаточным количеством экспериментальных данных, доказывающих, что недостаточность функции расслабления скелетных мышц сопровождаются целым рядом отрицательных эффектов (психоэмоциональная напряженность, гипертонус мышц, нарушения координации движений, повышенные энерготраты, возникновение тканевой гипоксии и гипоксимии, повышенный запрос к системам кислородного обеспечения мышечной деятельности, нарушения альтернируюшего ритма активности мышц антагонистов, дополнительные нагрузки на сердце при проталкивании крови через напряженные мышцы, нарушение кровоснабжения мышц, снижение аэробной производительности и скорости ресинтеза энергетических ресурсов, пониженная сопротивляемость утомлению и т.д.), которые при многократно повторяющихся и достаточно интенсивных тренировочных нагрузках рано или поздно, но неизбежно приводят к явлениям переутомления, перетренированности, а в конечном итоге к появлению перенапряжений, травм и заболеваний не только опорно-двигательного аппарата, но и других органов и систем.
