CC BY
258
УДК 612:766-612.66
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УТОМЛЕНИЯ ПРИ ЛОКАЛЬНОЙ РАБОТЕ МЫШЦ У МУЖЧИН
О.Г. Коурова, Т.В. Попова
Цель - изучение работоспособности лиц разного возраста при локальных нагрузках. Изучали работоспособность мужчин четырех возрастных групп в период от 18 до 90 лет. Испытуемые выполняли на пальцевом эргографе динамическую и изометрическую работу до утомления (отказа от работы). Показано, что в каждом возрастном периоде отмечается разное сочетание показателей силы, выносливости и объема работы. Самые большие показатели силы, выносливости при динамической работе и импульса силы при изометрических напряжениях выявлены у юношей; самый большой показатель статической выносливости был у пожилых. Доказано сохранение работоспособности в адекватных условиях локальной нагрузки у мужчин старше 60 лет.
Ключевые слова: работоспособность, локальные нагрузки, возраст, пожилые мужчины, выносливость.
Проблема утомления постоянно актуальна в физиологии труда и спорта. Часто физиологи в качестве модели утомления используют локальную мышечную работу, особенно с тех пор, как А. М0880 [1] была предложена модель пальцевого эргографа. В настоящее время используется достаточное количество эргографов и динамографов, в том числе для кисти и пальцев рук.
Локальной работой мышц называется такая работа, в которой принимает участие менее 1/3 всего объема мышечной массы в организме; региональной - от 1/3 до 2/3 всей массы мышц; общей - более 2/3. В физиологии утомления постоянно обсуждается вопрос о механизмах утомления как при общей, так и при локальной работе. Выдающимся Российским физиологом И. М. Сеченовым уже в 1903 г. была выдвинута центрально-нервная теория утомления при работе мышц, которая подтверждается современными учеными, особенно при локальном утомлении.
Также получено много фактов об изменениях в периферическом звене двигательного аппарата при утомлении, особенно при работе больших мышечных групп. Так, признается
11 факторов общего утомления в организме: гипертермия, дегидратация, деминерализация, изменения гомеостаза, накопление молочной кислоты, изменение рН, межмолекулярные перемещения ионов (К , Ка , Са ), накопление свободных радикалов, уменьшение содержания источников энергии, уменьшение нервных медиаторов, центральные нервные факторы [2-7].
Полученные факты подтверждают уча-
стие центральной нервной системы в развитии утомления. При изучении активного отдыха [8] выявили депрессию медленных ритмов электроэнцефалограммы отделов мозга, ответственных за утомленные мышцы. Большинство авторов отмечают увеличение амплитуды биотоков электромиограмм как в работающих, так и во вспомогательных мышцах, исчезновение четких пауз при удлинении периодов активности, уменьшение частоты биопотенциалов при утомлении.
Ю.В. Мойкин и соавт. [9] показали, что отказ от работы не является результатом неполного использования всех двигательных единиц ДЕ, а является активным процессом ограничения деятельности со стороны центральной нервной системы. При гипнотическом внушении [1] наряду с увеличением длительности работы изменялась и биоэлектрическая активность мышц (увеличение амплитуды, снижение частоты биотоков).
В связи с автоматизацией и компьютеризацией производства повышается интерес физиологов к работе малых мышечных групп, удельный вес которой увеличивается на фоне общей гиподинамии большинства возрастных групп населения.
В связи со старением населения встает проблема продления работоспособного возраста людей. В трудовой деятельности лиц всех возрастных периодов преобладает работа малых групп мышц (локальные нагрузки). Поэтому цель нашей работы - изучение работоспособности лиц разного возраста при локальных нагрузках.
Методика. Обследовали мужчин 4 возрастных групп 18-20, 30-35, 60-74 и 75-90 лет (средний возраст этой группы - 82 года). Лица, входящие в состав последней группы, проживали в интернате для престарелых. Обследовано 94 человека (табл. 1).
I группа. Юношеский возраст, 18-20 лет, студенты ЮУрГУ. Этот возраст характеризуется завершением морфофункционального созревания организма, причем, темпы изменений незначительны.
II группа. Зрелый возраст, 30-35 лет, преподаватели университета, участники групп оздоровления. В этом возрасте происходит относительная стабилизация функций организма.
III группа. Пожилой возраст, 60-74 года, участники групп психофизического оздоровления, преподаватели, практически здоровые пациенты массажных отделений, добровольцы из населения. Пожилой возраст представляет интерес, как один из важнейших возрастных этапов морфофункциональных перестроек.
IV группа. Старческий возраст, 75-90 лет, лица, проживающие в интернате для престарелых г. Челябинска. В этом возрасте происходит ускорение иволютивных процессов в организме. Изучение данного этапа онтогенеза представляет большой интерес для решения продления жизни и работоспособности человека.
Для решения поставленных задач проведены серии исследований на основе добровольного информированного согласия испытуемых в соответствии с протоколом, одобренным этической комиссией Российской академии медицинских наук. Испытуемые всех возрастных групп были практически здоровы, среднего физического развития, не занимались спортом до и в момент исследований.
В исследованиях в качестве нагрузочного теста мы предлагали испытуемым выполнить на пальцевом эргографе работу до утомления (отказа от работы). Правильно выбранная на-
грузка позволяет приблизить условия локальной работы к адекватным для испытуемых большинства возрастных групп. Предварительно мы предлагали лицам разного возраста выполнить работу до утомления с различными грузами и темпом движений и определили
такие режимы для большинства возрастных групп. Например, при выборе груза для динамической работы наиболее целесообразным оказалось использовать «средний груз». По E. Weber (1846) это такой груз, при однократном подъеме которого выполняется наибольшее количество работы [10]. Такой подход позволяет учитывать функциональную способность мышц к выполнению работы, а не максимальную силу, имеющую большее значение при изометрических напряжениях.
При динамической работе адекватные условия создаются при подъеме на пальцевом эргографе груза в 1/3 от «среднего» в темпе 60 движений в минуту, задаваемом звуковым сигналом; при изометрической - при удержании на одном уровне груза в 1/3 от максимального. В таких условиях продолжительность работы до отказа у большинства испытуемых составила 1,5-3,0 мин, т. е. работа была средней интенсивности.
Динамическую работу оценивали по следующим показателям: количество работы (А), кгм; показатель выносливости (В), с, определяемый продолжительностью работы до утомления; время появления чувства усталости (ВУ), с; показатель утомляемости (У) по разнице между высотой первого и последнего подъема груза, выраженной в процентах от высоты первого подъёма.
При изометрических напряжениях учитывались показатели: изометрическая (статической) выносливость (В), с, определяемая продолжительностью удержания груза (усилия) на одном уровне; время появления усталости (ВУ), с; импульс силы (ИС), т. е. произведение величины груза на продолжительность его удержания в кг • с.
Таблица 1
Количественный состав возрастных групп
Возрастная группа, лет
Показатель I, II, III, IV, Итого
18-20 30-35 б0-74 75-90
Количество испытуемых 35 30 20 9 94
Количество исследований 9б 80 бб 34 27б
Интегративная физиология
Во время работы испытуемых на эргографе с целью оценки развития утомления у них производили регистрацию электроэнцефалограммы в лобно-затылочном отведении с использованием пробы на открывание / закрывание глаз и электромиограммы мышц поверхностных сгибателей пальцев Результаты этих исследований показали, что у всех испытуемых к моменту отказа от работы выявлялось увеличение амплитуды и тенденция к снижению частоты осцилляций на ЭМГ. При динамической работе обнаружено преобладание процессов возбуждения в двигательных областях коры; при статических усилиях -торможения. Анализ полученных данных свидетельствует в пользу адекватности условий локальной работы мышц для испытуемых различного возраста.
Результаты и обсуждение. Результаты проведенных исследований показали, что с возрастом мощность динамической работы постепенно снижается до старческого возраста - в 4,6 раза, по сравнению с юношеским.
группах. При динамической мышечной работе почти во всех группах выносливость связана с максимальным грузом, у пожилых и лиц зрелого возраста при увеличении груза выносливость уменьшалась, а у юношей увеличивалась (табл. 4).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что отдельные показатели работоспособности, например, сила, выносливость, еще не отражают её полной картины. Наиболее интегральными показателями являются объем и мощность выполняемой динамической работы.
При средних нагрузках самыми работоспособными являются юноши и лица зрелого возраста, однако и в этих группах имеются свои особенности развития утомления. Наиболее работоспособными по объему выполняемой работы можно считать юношей, а наименее утомляемыми - лиц зрелого возраста. Чем ближе возраст к максимуму работоспособности (18-20) лет, тем больший объем работы может выполнить организм за корот-
Таблица 2
Показатели работоспособности при динамической работе у лиц разного возраста
Показатель Возрастные группы, лет
I, 18-20 II, 30-35 III, 60-74 IV, 75-90
Мощность работы, кгм • с 0,092 ± 0,006 0,072 ± 0,003 0,049 ± 0,006 0,020 ± 0,002
Р = 0,01 < 0,05 < 0,05
Объем работы, кгм 9,584 ± 0,13 6,487 ± 0,21 4,075 ± 0,09 2,048 ± 0,07
Р < 0,05 < 0,05 < 0,05
Выносливость, с 104 ± 3,7 90 ± 1,3 83 ± 4,5 102 ± 4,4
Р < 0,05 < 0,05 < 0,05
Появление усталости, с 56 ± 1,1 61 ± 1,1 68 ± 5,2 67 ± 3,0
Р < 0,05 < 0,05 >0,5
Примечание. Р - достоверность различий с предыдущей возрастной группой.
При оценке полученных показателей работоспособности (табл. 2) подобная возрастная динамика была выявлена и для такого показателя, как объем работы, который был наибольшим у юношей (9,584 ± 0,13 кгм). Заметное снижение объема работы до утомления выявлено в период от пожилого до старческого возраста (в 1,9 раза). Объем работы почти не зависит от веса тела и силы мышц (табл. 3), а связан с возрастным развитием двигательного анализатора. Например, у юношей максимальная сила мышц меньше, чем у лиц зрелого возраста, а объем работы - больше.
Отмечена также большая вариабельность показателей выносливости и появления усталости (от 60 до 300 с) во всех возрастных
кий отрезок времени, тем быстрее развивается утомление, а возможность преодолевать его возрастает.
По мере старения организма снижается количество выполняемой работы, утомление развивается медленней, но степень его (на эргограмме) остается такой же, как у юношей.
Таблица 3 Корреляция между объемом работы и другими показателями
Показатель Возрастные группы
I II III IV
Масса тела +0,07 +0,12 +0,13 -0,13
«Средний груз» -0,21 -0,24 -0,29 +0,37
Максимальный груз -0,43 -0,33 -0,32 +0,37
Таблица 4 Корреляция между выносливостью и другими показателями динамической работы
Показатель Возрастные группы
I II III IV
Масса тела +0,10 +0,12 +0,48 +0,65
Объем работы +0,13 +0,49 +0,43 +0,3 1
«Средний груз» +0,03 -0,13 -0,76 -0,36
Максимальный груз +0,58 -0,43 -0,52 -0,14
По данным, полученным в нашей работе, у пожилых и старых испытуемых довольно высокий объем работы при оптимальных нагрузках поддерживается не только за счет большей продолжительности работы до утомления, но и за счет более полного использования функциональных ресурсов. Приспособительные процессы способствуют длительному поддержанию функций двигательного аппарата на оптимальном для этих возрастных групп уровне.
В результате исследований оказалось, что, как и при динамической работе, самая высокая работоспособность при изометрических усилиях была у юношей. Например, импульс силы у них был выше, чем у остальных испытуемых; у лиц зрелого возраста этот показатель был несколько ниже, чем у юношей.
Выяснилось также, что величина усилия (в мм) при подтягивании груза, равного от 1/3 от максимального, у юношей была наибольшей; после 20 лет этот показатель снижается; однако у пожилых вновь отмечалось его увеличение. Этот факт говорит, о хороших способностях организма пожилых к средним изометрических нагрузкам, что подтверждается и самым высоким показателем их статической выносливости (185 ± 9,8 с). У лиц старшего возраста статическая выносливость сохраняется на высоком уровне (163 ± 7,5 с), хотя и несколько ниже, чем у пожилых. У юношей же при наибольшей величине усилия (груза) наблюдается наименьшая статическая выносливость (115 ± 5,6 с).
У юношей и лиц зрелого возраста удерживаемый груз имеет значительную величину. Удержание такого груза требует, по мнению ряда авторов, больше потенциалов из нервных центров, и выносливость при этих условиях снижается. Таким образом, испытуемые старческого возраста показали довольно высокую работоспособность при локальных статических напряжениях со средними нагрузками. Средние адекватные нагрузки, особенно изометрического характера, оказы-
вают, очевидно, и на поздних этапах онтогенеза стимулирующее действие на восстановительные процессы во время работы, являясь оптимальным фоном, поддерживающим довольно высокую работоспособность. Об этом говорят и факты наименьшего снижения с возрастом профессиональной работоспособности [11].
Так как все возрастные сдвиги в организме развиваются неравномерно, одни функциональные системы с возрастом изменяются быстрее, другие медленнее. Даже в одном органе одни клетки стареют быстрее других. Именно неравномерность сдвигов обеспечивает поддержание деятельности стареющего организма.
Вот почему длительная трудоспособность -лучшее средство поддержания оптимального функционального состояния организма. Важной является психологическая установка человека на продолжение профессиональной деятельности. Показана связь между психическим утомлением и физической работоспособностью [12].
В старшем возрасте большое значение приобретают процессы торможения в центральной нервной системе. Осуществление нормальной двигательной деятельности обеспечивается тесным взаимодействием многих структур центральной и периферической нервной системы. В таком взаимодействии нервных структур важнейшее значение имеют тормозные процессы, способные ослабить или вовсе исключить те или иные реакции организма [13, 14].
Таким образом, выяснение природы утомления необходимо для решения проблем физиологического обеспечения продления с возрастом работоспособности человека и сохранения его профессионального здоровья.
Выводы
1. При средних локальных нагрузках на пальцевом эргографе самые высокие показатели объема и мощности динамической работы и импульса силы при изометрической работе наблюдаются у юношей и лиц зрелого возраста.
2. Максимальная сила и «средний груз» с возрастом постоянно снижаются. В условиях средних нагрузок при динамической работе наибольшая выносливость наблюдается у юношей, при изометрических усилиях -у пожилых.
3. Средние локальные нагрузки способствуют поддержанию уровня оптимальной работоспособности у пожилых.
Интегративная физиология
Литература / References
1. Mosso А. Les lois de la fatigue, etudieesdans les muscles de l'homme. Arch. Ital. de Biologie, 1890, vol. XIII, 275 p.
2. Molinari F., Knaflitz M., Bonato P., Actis М.В. Electrical Manifestations of Muscle Fatigue During Concentric and Eccentric Isokinetic Knee Flexion-extension Movements. IEEE Trans Biomed Eng. 2006, vol. 53, no. 7, pp. 1309-1316.
3. Lin D., Nussbaum M.A., Seol H., Singh N.B., Madigan M.L. and Wojcik L.A. Acute Effects of Localized Muscle Fatigue on Postural Control and Patterns of Recovery During Upright Stance: Influence of Fatigue Location and Age. European Journal of Applied Physiology, 2009, vol. 106, pp. 425-434.
4. Vigreux B., Cnockaert J.S., Pertuzon E. Effects of Fatigue on the Series Elastic Component of Human Muscle. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 2007, vol. 45, no. 1, pp. 11-17.
5. Nielsen B., Hyldig T., Bidstrup F., Gonzalez-Alonso J., Christoffersen G.R. Brain Activity and Fatigue During Prolonged Exercise in the Heat. Pflugers Arch, 2001, vol. 442, no. 1, pp. 41-88.
6. Davis J.M. Carbohydrates, Branched-chain Amino Acids, and Endurance: the Central Fatigue Hypothesis. Int J Sport Nutr., 1995, no. 5, pp. 29-38.
7. Bangsbo J., Madsen K., Kiens B. and Richter E.A. Effect of Muscle Acidity on Muscle Metabolism and Fatigue During Intense Exercise in Man. Journal of Physiology, 1996, vol. 495, no. 2, pp. 587-596.
8. Ройтбак А.И., Дедабришвили Ц.М. О механизме «активного отдыха» (феномена Сеченова). Доклады АН СССР. 1959. T. 124, № 4. C. 957. [Roytbak A.I., Dedabrishvili Ts.M. On the Mechanism of Active Rest (Sechenov Phenomenon). Doklady ANSSSR [Reports of the USSR], 1959, vol. 12, no. 4, p. 957. (in Russ.)].
9. Мойкин Ю.В., Суворов В.Г., Гонцова Д.А., Шардакова Э.Ф. Влияние фиксированной рабочей позы на функциональное состояние нервно-мышечного аппарата у лиц малоподвижных профессий. Актуальные проблемы физиологии труда и профилактической эргономики. М., 1990. Т. 5. С. 52-53. [Moykin Yu.V., Suvorov V.G., Gontsova D.A., Shardakova E.F. Effect of Fixed Working Posture on the Functional State of the Neuromuscular System in People Sedentary Occupations. Aktual'nye problemy fiziologii truda i profilakticheskoy ergonomiki (Actual Problems of the Physiology of Labor and Preventive Ergonomics), 1990, vol. 5, pp. 52-53.].
10. Weber E.H., Wagner. Handworterb. Der Physiologye, 1846, vol. 3, no. 11, 481 p.
11. Grenller M.M. A Chanding Work Force and Organisational Effectiveness: an Agenda for Change. Journal of Organizational Change Management, 1990, no. 3, 415 p.
12. Marcora S.M., Staiano W., Manning V. Mental Fatigue Impairs Physical Performance in Humans. Journ. of Appl. Physiol., 2009, vol. 3, pp. 857-864.
13. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975. 256 с. [Anokhin P.K. Ocherki po fiziologii funktsional'nykh system (Essays on the Physiology of Functional Systems). Moscow, Medicine Publ., 1975, 256 p.].
14. Khan S.I., Burne J.A. Inhibitory Mechanisms Following Electrical Stimulation of Tendon and Cutaneous Afferents in the Lower Limb. Brain Res, 2010, vol. 1308, pр. 47-57.
Коурова Ольга Германовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры предпринимательства и менеджмента, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), [email protected].
Попова Татьяна Владимировна, доктор биологических наук, профессор, ведущий эксперт кафедры предпринимательства и менеджмента, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), [email protected].
Поступила в редакцию 17 марта 2014 г.
Bulletin of the South Ural State University Series “Education, Healthcare Service, Physical Education” _________________________________2014, vol. 14, no. 2, pp. 52-57
AGE PECULIARITIES OF FATIGUE AT LOCAL MUSCLE WORK IN MEN
O.G. Kourova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected],
T.V. Popova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]
Objective: to study mechanisms of fatigue. Material and methods: we studied working capacity of men divided into four age groups from 19 to 90. Experimental subjects performed dynamic and isometric work on finger ergograph till fatigue developed (subjects refused to continue working). Findings: experiment shows that each age period is characterized with its specific combination of strength, endurance and scope of work. The highest parameter values of strength, dynamic work endurance and momentum at isometric exercises were revealed in young males; the highest parameter value of static endurance was revealed in elderly men. Conclusion: experiment proves that working capacity in adequate conditions of local load is preserved in men over 60 years old.
Keywords: working capacity, local loads, age, elderly males, elderly men, endurance.
Received 17 March 2014
