CC BY
16пластичность шейных и пояснично-крестцовых
спинальных нейрональных сетей двигательного контроля при занятиях спортом
УДК/UDC 612.831; 612.833
Поступила в редакцию19.02.2015 г.
Информация для связи с автором: lanskaya2012@yandex.ru
Доктор биологических наук О.В. Ланская 1
Доктор биологических наук, профессор Е.Ю. Андриянова1
Соискательница Е.В. Ланская1
1 Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, Великие Луки
PLASTICITY OF CERVICAL AND LUMBOSACRAL SPINAL NEURONAL NETWORKS OF MOTOR CONTROL DURING EXERCISE
Dr.Biol. O.V. Lanskaya1
Dr.Biol., Professor E.Yu. Andriyanova1 Applicant E.V. Lanskaya1
1 Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki
□
и
га у
г.
ч—
. О OJ
■ -О
с
га
^
О (U ■С
Н
Аннотация
В работе представлены сведения об электронейромиографических признаках пластичности шейных и пояснично-крестцовых спинальных систем двигательного контроля в результате долговременной спортивной деятельности различной направленности. Изучена выраженность пластических преобразований в функционировании спинально-мотонейронных пулов билатеральных двуглавых и трехглавых мышц плеча, плечелучевых мышц, мышц - разгибателей 11-У пальцев кистей, двуглавых мышц бедра, медиальных икроножных и камбаловидных мышц, коротких сгибателей пальцев стоп у спортсменов в зависимости от характера физических нагрузок. Установлено, что долговременные систематические занятия видами спорта с близкой по структуре двигательной деятельностью, в которых имеет место сопоставимый вклад мышц верхних и нижних конечностей в соревновательный результат (на примере игровых видов спорта), сопровождаются общими признаками функциональной пластичности шейных и пояснично-крестцовых спинальных нейро-нальных сетей двигательного контроля. При различном вкладе спортсмены, адаптированные к выполнению близких по характеру физических нагрузок, демонстрируют явные различия в функциональном состоянии на уровне тех спинальных двигательных структур, которые различаются по степени активации и влияния на спортивный результат (на примере циклических видов спорта). Выявлено, что выполнение спортсменами длительной циклической работы умеренной мощности сопровождается более выраженными признаками функциональной пластичности спинально-мотонейронного представительства билатеральных проксимальных и дистальных мышц верхних и нижних конечностей по сравнению с представителями видов спорта со смешанной мышечной деятельностью переменной мощности.
Ключевые слова: двигательная пластичность спинного мозга, чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга, вызванные двигательные ответы мышц, представители различных видов спорта.
Annotation
Nowadays it is clear that in addition to the fact that the spinal cord (SM) is a fairly conservative structure, it is characterized by substantial plasticity, which is seen even in adult individuals.
The paper contains information about the electroneuromyographic features of plasticity of the cervical and lumbosacral spinal systems of motor control as a result of multi-purpose long-term sports activity. The pronouncedness of plastic changes in the functioning of the spinal-motoneuron pools of biceps and triceps brachii, brachioradialis muscles, II-V finger extensors, biceps femoris, medial gastrocnemius and soleus muscles, flexor digitorum brevis in athletes depending on the nature of physical loads was studied. It was found that long-term systematic sports classes with similar in its structure motor activity, in which the muscles of the upper and lower extremities make a comparable contribution to the competitive result (case study of team sports), are accompanied by general signs of functional plasticity of the cervical and neuronal networks of motor control in the lumbosacral spinal cord. In the presence of different contribution athletes adapted to perform similar in nature exercises remarkably differ in the functional state at the level of the spinal motor structures that vary in the degree of activation and effect on sports performance (case study of cyclic sports). Cyclic work of moderate intensity performed by athletes for a long time was proved to be accompanied by more pronounced signs of functional plasticity of spinal motoneurons manifestation of bilateral proximal and distal muscles of the upper and lower extremities as compared with representatives of sports involving mixed muscular activity of varied intensity.
Keywords: motor plasticity of spinal cord, transcutaneous electrical stimulation of spinal cord, provoked motor responses of muscles, representatives of various sports.
Введение. На сегодняшний день очевидно следующее: помимо того что спинной мозг (СМ) является довольно консервативной структурой, он обладает существенной пластичностью, причём она проявляется даже у взрослых индивидуумов. Зависящие от двигательной активности пластические перестройки возникают локально в структурах СМ, а также проявляются через нисходящий контроль. Это видо-
изменяет функционирование спинномозговых цепей, позволяя улучшить движения в соответствии с требованиями спортивного тренинга. Несмотря на существенное продвижение в понимании функционирования СМ, присущие внутренней организации спинальные механизмы совершенствования двигательных навыков во взрослом состоянии во многом остаются неясными. Тем не менее не вызывает сомнений,
что в процессе регулярной спортивной деятельности в нейронных контурах СМ происходят определённые изменения, а их направленность зависит от продолжительности, мощности и структуры выполняемых физических нагрузок.
Цель исследования - выявление признаков пластичности нейрональных сетей СМ под влиянием долговременной двигательной активности различного характера.
Методика и организация исследования. В исследовании использовалась чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ), приложенная со стороны остистых отростков последовательно на уровнях позвонков с С2 по С7 и с Т11 по L3, для получения вызванных моторных ответов (ВМО) соответственно с билатеральных мышц верхних (двуглавых, трехглавых, плечелучевых, разгибателей пальцев кисти) и нижних (двуглавых, медиальных икроножных, камбало-видных, коротких сгибателей пальцев) конечностей. За основу была взята техника регистрации заднекорешково-мышечных ответов (posterior root-muscles reflexes - PRMs), вызываемых ЧЭССМ, которая была предложена, описана и использована группой авторов [6]. Авторами данной методики, а также в ходе собственных исследований установлено, что PRMs демонстрировали такие же нейрофизиологические характеристики, как и Н-рефлекс: наблюдались подавление ответов при предъявлении кондиционирующего стимула до тестирующего и вибрационная депрессия ВМО. Такие факты позволяют предположить, что ЧЭССМ вызывает двигательные ответы через активацию, в том числе и моносинаптической нейрональ-ной цепи, связывающей афференты с двигательными нейронами. В настоящее время ЧЭССМ нашла широкое применение и используется при обследовании обычных здоровых людей [6], лиц с неврологическими расстройствами [2], спортсменов [2, 5], а также в качестве неинвазивного метода активации генераторов шагательных движений человека и реабилитации при травме СМ [1]. Такая методика позволяет регистрировать рефлексы во множестве мышц одновременно и представляет собой достаточно новый и информативный инструмент для изучения проявлений функциональной пластичности спиналь-ных двигательных структур как в условиях нормы, так и при патологии.
Для записи ВМО с мышц верхних и нижних конечностей использовался восьмиканальный «Мини-электромиограф» (АНО «Возвращение», Санкт-Петербург, 2003). Стимулами служили импульсы, генерируемые стимулятором «Мини-электростимулятор» (АНО «Возвращение», Санкт-Петербург, 2003). Изучали электронейромиографические (ЭНМГ) параметры: пороги ВМО, максимальную амплитуду ВМО, латент-ность ВМО. При этом выявлялись оптимальные позиции (при электрической стимуляции - ЭС), на уровне которых регистрировались наименьшие величины порогов и наибольшие значения амплитуды ВМО тестируемых мышц, которые могут свидетельствовать об активации спинальных сегментов шейной и пояснично-крестцовой областей с более высокой возбудимостью а-мотонейронов (а-МН), иннервирующих выбранные для исследования мышечные группы, по сравнению с другими ЭС-точками. В исследовании приняли участие спортсмены, специализирующиеся в спортивных играх (13 баскетболистов и 13 волейболистов) и циклических видах спорта (13 легкоатлетов-бегунов на средние дистанции и 13 лыжников-гонщиков) в возрасте 18-22 года, на момент исследования имеющие квалификацию I взрослый разряд.
Результаты исследования и их обсуждение. В результате исследования у волейболистов и баскетболистов не обнаружено достоверных отличий между показателями порогов, максимальной амплитуды и латентности ВМО мышц при ЭС на уровнях С2-С7 и T11-L3, что может объясняться относительно одинаковым количеством мышечных групп как
верхних, так и нижних конечностей, вовлекаемых преимущественно в ациклическую работу переменной мощности, выполняемую в данных видах игровой деятельности. Одним из общих проявлений пластичности нейронных сетей СМ выступает также и то, что у представителей игровых видов спинально-проекционная область (СПО) с наиболее высоким уровнем рефлекторной возбудимости а-МН мышц верхних конечностей соответствовала уровням позвонков с С4 по С7, а для мышц нижних конечностей - уровню Т11 позвонка.
Исследования показали, что при ЭС на уровнях С2-С7 у лыжников установлены случаи достоверно более низких показателей порогов и латентности, а также наибольшей амплитуды ВМО мышц верхних конечностей по сравнению с бегунами, что свидетельствует о более высокой рефлекторной возбудимости низко- и высокопороговых а-МН шейных сегментов СМ и уменьшении времени появления рефлекторных ответов мышц плеча и предплечья у лыжников по сравнению с бегунами. Такой факт может объясняться различной степенью влияния деятельности мышц плечевого пояса на спортивный результат. Так, эффект передвижения на лыжах во многом определяется возможностью длительной и результативной активации мышечных групп пояса верхних конечностей, что необходимо для отталкивания палками, в отличие от легкоатлетического бега, где движения рук не имеют такого значения. Вместе с тем при ЭС на уровнях Т11-1_3 между представителями циклических видов спорта не обнаружено существенных различий в величинах ВМО мышц бедра, голени и стопы, что объясняется сопоставимыми требованиями к выносливости локомоторных мышц нижних конечностей при преодолении соревновательной дистанции данными спортсменами. При этом в обеих группах атлетов СПО с более высоким уровнем возбудимости а-МН мышц верхних конечностей соответствовала уровням позвонков С4-С7, а для мышц бедра, голени и стопы - уровням Т11-Т12 позвонков.
Далее был проведен сравнительный анализ параметров у спортсменов, адаптированных к выполнению физических нагрузок различной направленности, в частности у лыжников и баскетболистов. Установлено, что величины порогов и латентности ВМО мышц рук и ног у лыжников оказались существенно ниже, а амплитуда ответов - значительно выше по сравнению с группой баскетболистов. Такие данные указывают на более высокий уровень возбудимости а-МН и проводимости невральных структур шейного и пояснично-крестцового отделов СМ у лыжников по сравнению баскетболистами, что можно объяснить различным количеством импульсов, посылаемых нервной системой в процессе их двигательной деятельности. В соответствии с разрядными нормативами, указанными в Единой всероссийской спортивной классификации по лыжным гонкам (2011-2014 гг.), лыжник-перворазрядник преодолевает соревновательную дистанцию в 15 км за 47.46,5-50.20,2. При каждом отталкивании он развивает усилие 60-70 % от максимального произвольного сокращения (МПС) [4]. За 1 мин лыжник выполняет около 60-70 циклов, каждый из которых состоит из 2 скользящих шагов, длина которых в среднем 6 м. Таким образом, за время преодоления соревновательной дистанции верхними и нижними конечностями он выполняет более 5000 движений (шагов). Чистое игровое время в баскетболе составляет 40 мин, за время игры баскетболист пробегает около 4 км, выполняя при этом около 150 приёмов (ускорения, передачи, броски), большинство из которых осуществляется в прыжке. Величина усилия, развиваемого баскетболистом при выполнении прыжка, вполне сопоставима с таковым при отталкивании у лыжника (60-70 % от МПС), так как решающее значение при выполнении баскетболистом вертикального прыжка
№ 6 • 2015 Июнь | June
http://www.teoriya.ru
□
и
га у
г.
ч—
. О 0J
■ -О
с
га
^
О (U ■С
Н
имеет «способность мышц быстро проявлять необходимый максимум динамической силы», а, к примеру, не быстрота его движений [3]. Таким образом, баскетболист за сопоставимый по времени соревновательный период выполняет значительно меньший объём движений, а значит, имеет значительно меньшую частоту импульсации а-МН. Соответственно СМ соревнующегося лыжника свойственна более высокая импульсная активность, как и афферентам проприоцепторов его работающих мышц. Этим может объясняться разница электрофизиологических свойств а-мотонейронного пула у представителей изучаемых видов спорта.
Выводы. Проведенное исследование показало, что выраженность признаков функциональной пластичности спинально-мотонейронных пулов мышц верхних и нижних конечностей, характерных для долговременной адаптации к физическим нагрузкам, определяется спецификой спортивной деятельности.
Литература
1. Городничев Р.М. Чрезкожная электрическая стимуляция спинного мозга: неинвазивный способ активации генераторов шага-тельных движений у человека / Р.М. Городничев, Е.А. Пивоварова и др. // Физиология человека. - 2012. - Т. 38. - № 2. - С. 46-56.
2. Ланская О.В. Изучение параметров моносинаптического тестирования двигательных рефлексов на фоне остеохондроза позвоночника и травматических нарушений функции коленного сустава / О.В. Ланская, Е.Ю. Андриянова // Вестник СПбГУ. - Серия 11. - Вып. 4. - 2012. - С. 89-98.
3. Маньшин Б.Г. Влияние кинематических характеристик прыжка на выполнение броскового движения в баскетболе / Б.Г. Маньшин // Уч. записки ун-та им. П.Ф. Лесгафта. - 2008. - 3(37). - С. 54-57.
4. Османов Э.М. Физиологические основы развития двигательных качеств. Часть II: учеб.-метод. пособие / Э.М. Османов, Н.Г. Романова и др. - Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2006. - С. 62.
Поварещенкова Ю.А. Контроль функционального состояния ней-ромоторного аппарата спортсменов / Ю.А. Поварещенкова, А.В. Лапченков и др. // Теория и практика физ. культуры. - 2010. - № 6. - С. 45-48.
References
Gorodnichev, R.M. Chrezkozhnaya elektricheskaya stimulyatsiya spinnogo mozga: neinvazivny sposob aktivatsii generatorov shagatel'nykh dvizheniy u cheloveka (Transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord: non-invasive method to activate stepping motion generators in man) / R.M. Gorodnichev, E.A. Pivovarova et al. // Fiziologiya cheloveka. - 2012. - V. 38. - № 2. - P. 46-56. Lanskaya, O.V. Izuchenie parametrov monosinapticheskogo testirovaniya dvigatel'nykh refleksov na fone osteokhondroza pozvonochnika i travmaticheskikh narusheniy funktsii kolennogo sustava (Study of parameters monosynaptic testing of motor reflexes on the background of osteochondrosis and traumatic disorders of the knee joint) / O.V. Lanskaya, E.Yu. Andriyanova // Vestnik SPbGU. -Series 11. - Iss. 4. - 2012. - P. 89-98.
Man'shin, B.G. Vliyanie kinematicheskikh kharakteristik pryzhka na vypolnenie broskovogo dvizheniya v basketbole (The effect of kinematic characteristics of jump on basketball throw performance) / B.G. Man'shin // Uch. zapiski un-ta imeni P.F. Lesgafta. - 2008. -3(37). - P. 54-57.
Osmanov, Ye.M. Fiziologicheskie osnovy razvitiya dvigatel'nyh kachestv. Chast' II: ucheb.-metod. posobie (Physiological basics for development of motor skills. Part II: teaching aid) / Ye.M. Osmanov, N.G. Romanova et al. - Tambov: Pub. h-se of Tambov state university n.a. G.R. Derzhavin, 2006. - P. 62.
Povareshhenkova, Ju.A. Kontrol' funktsional'nogo sostoyaniya nejromotornogo apparata sportsmenov (Monitoring of functional state of neuromotor system of athletes) / Ju.A. Povareshchenkova, A.V. Lapchenkov et al. // Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. -2010. - № 6. - P. 45-48.
Courtine, G. Modulation of multisegmental monosynaptic responses in a variety of leg muscles during walking and running in humans / G. Courtine, S.J. Harkema et al. // The Journal of Physiology. - 2007; 582 (3), 1125-1139.
ИЗ ПОРТФЕЛЯ РЕДАКЦИИ
ВЛИЯНИЕ КОРТИКОСПИНАЛЬНЫХ НИСХОДЯЩИХ ПУТЕЙ НА ПРОЯВЛЕНИЕ ПРЕСИНАПТИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ СПИНАЛЬНЫХ МОТОНЕЙРОНОВ
УДК/UDC 796.01:612
Поступила в редакцию 12.02.2015 г.
Аспирант Д.А. Гладченко1
Заслуженный мастер спорта России Д.С. Савельев2
1 Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, Великие Луки 2 Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
Ключевые слова: прием Ендрассика, пресинаптическое торможение, изометрические сокращения.
Цель исследования - изучение влияния супраспиналь-ного нисходящего нейронального потока на пресинапти-ческое торможение спинальных мотонейронов в процессе удержания статических усилий.
Методика и организация исследования. У 12 мужчин в возрасте от 20 до 24 лет регистрировалась амплитуда Н-рефлекса камбаловидной и икроножной мышц при удержании в течение 60 с статического усилия (подошвенное сгибание стопы), составляющего 5 и 30 % от максимальной произвольной силы (МПС). Выраженность пресинап-тического торможения определяли по степени подавления Н-рефлекса, вызываемого вибростимуляцией ахиллова сухожилия. Постулировалось следующее: чем больше подавление Н-рефлекса, тем более выражено пресинаптическое торможение. В части опытов испытуемые выполняли статические усилия на фоне реализации приема Ендрассика.
Результаты исследования и их обсуждение. Под влиянием вибростимуляции амплитуда Н-рефлекса камбаловидной мышцы снижалась на 82,1% в состоянии покоя, на 80,5 % - при 5 %-ном изометрическом напряжении
и на 58 % - в ходе 30 %-ного усилия. При совместном воздействии вибростимуляции и приема Ендрассика наблюдалось снижение выраженности пресинаптического торможения камбаловидной мышцы в покое на 79 %, а при напряжении в 5 и 30 % от МПС - на 71,1 и 65 % соответственно. Снижение выраженности пресинаптического торможения при таком сочетании воздействий было больше, чем при использовании только вибрации, но меньше, чем в случае применения только приема Ендрассика. Направленность изменений пресинаптического торможения мотонейронов икроножной мышцы была аналогична вышеописанной, но количественные изменения были выражены меньше.
Вывод. При изометрическом сокращении в 30 % от МПС выраженность пресинаптического торможения ниже по сравнению с 5 %-ным усилием. Выполнение приема Ендрассика, активирующего стволовой отдел головного мозга, ослабляет проявление пресинаптического торможения мотонейронов спинного мозга при удержании слабых и умеренных статических усилий.
Работа поддержана грантом РФФИ № 13-04-00720. Информация для связи с автором: gorodnichev@vlgafc.ru
