Influence of 21-day antiortostatic hypokinesia on the functional state of the musculoskeletal system of human

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The influence of antiorthostatic hypokinesia with an inclination angle relative to the horizon of -6 degrees for 21 days was used as a ground model of the physiological effects of weightlessness. 10 practically healthy male volunteers (30.7 ± 5.4 years, 78.0 ± 8.5 kg, 179.7 ± 5.3 cm) took part in the experimental study, who successfully passed the medical expert commission of the SSC RF-IMBP RAS, familiarized with the study program and signed a voluntary informed consent to participate in the study. The state of the musculoskeletal system was assessed according to the results of speed-strength testing on an isokinetic dynamometer before hypokinesia and on the 3rd day after its completion. Staying in conditions of 21-day anti-orthostatic hypokinesia with a body inclination angle of –6° relative to the horizon, as a model of the physiological effects of weightlessness, leads to changes in the functional state of the musculoskeletal lower limbs which manifests itself during speed-strength testing after hypokinesia by a decrease in maximum voluntary force (MPF) of the knee joint extensor muscles from 9 to 15% compared with the base level. The decrease in MPF did not depend on a change in the force gradient, which reflects the ability to exert greater force in the shortest possible time. This indicated that the decrease in the MPF level after hypokinesia was mainly due to a change in the activity of slow motor units. At the same time, we assume that exposure to hypokinesia did not cause a significant change in the activity of fast motor units. This is confirmed by the results of the analysis of the electromyographic activity of the extensor muscles of the knee joint during testing on an isokinetic dynamometer. Also, after hypokinesia, the possibility of using muscle potential significantly decreased - the physiological cost of work increased with a decrease in strength indicators.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

А. Shpakov

Institute of Biomedical Problems of the RAS; Federal Science Center of Physical Culture and Sport (VNIIFK)

Autor responsável pela correspondência
Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Moscow; Moscow

G. Primachenko

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Москва

А. Voronov

Federal Science Center of Physical Culture and Sport (VNIIFK)

Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Moscow

N. Sokolov

Federal Science Center of Physical Culture and Sport (VNIIFK)

Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Moscow

А. Voronova

Federal Science Center of Physical Culture and Sport (VNIIFK)

Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Moscow

А. Puchkova

Institute of Biomedical Problems of the RAS

Email: avshpakov@gmail.com
Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Cromwell R.L., Scott J.M., Downs M. et al. Overview of the NASA 70-day bed rest study // Med. Sci. Sports Exerc. 2018. V. 50. № 9. P. 1909.
  2. Koryak Yu.А. [Influence of long-term space flight on the isokinetic concentric and eccentric peak torque of different muscles and concentric performance capability of muscle knee extension] // Int. J. Appl. Basic Res. 2015. № 10. P. 674.
  3. Kukoba T.B., Babich D.R., Fomina E.V., Orlov O.I. [Changes in the muscle strength-velocity qualities under the modeled spaceflight effects in the conditions of 21-day dry immersion] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2020. V. 54. № 4. P. 23.
  4. Shenkman B.S., Nemirovskaya T.L., Belozerova I.N. et al. [Human skeletal muscle fibers after a long space flight] // Report Acad. Sciences. 1999. V. 367. № 2. P. 279.
  5. Tesch P.A., Berg H.E., Bring D. et al. Effects of 17-day spaceflight on knee extensor muscle function and size // Eur. J. Appl. Physiol. 2005. V. 93. № 4. P. 463.
  6. Shenkman B.S., Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B. Gravity mechanisms in tonic motor system. neurophysiological and muscle aspects // Human Physiology. 2017. V. 43. № 5. P. 578.
  7. Kozlovskaya I.B. [Gravity and the tonic postural motor system] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2017. V. 51. № 3. P. 5.
  8. Cherepakhin M.A., Pervushin V.I. [Influence of space flight on the neuromuscular apparatus of astronauts] // Space Biol. Med. 1970. V. 6. № 4. P. 46.
  9. Kakurin L.I., Cherepakhin M.A., Pervushin V.N. [Influence of space flight factors on muscle tone in humans] // Space Biol. Med. 1971. V. 5. № 2. P. 63.
  10. Bachl N., Baron R., Tschan H. et al. Principles of muscular efficiency under conditions of weightlessness // Wiener Medicinische Wochenschift. 1993. V. 143. № 23–24. Р. 588.
  11. Netreba A.I., Khusnutdinova D.R., Vinogradova O.L., Kozlovskaya I.B. Effect of dry immersion of various durations in combination with artificial stimulation of foot support zones upon force-velocity characteristics of knee extensors // J. Grav. Phys. 2006. V. 13. № 1. P. 71.
  12. Grigorieva L.S., Kozlovskaya I.B. [Influence of seven-day support unloading on the speed-strength properties of skeletal muscles] // Space Biol. Med. 1983. № 4. P. 21.
  13. Gevlich G.N., Grigorieva L.S., Boyko M.I., Kozlovskaya I.B. [Estimation of skeletal muscle tone by recording transverse stiffness] // Space Biol. Med. 1983. № 5. P. 86.
  14. Tomilovskaya E.S., Kozlovskaya I.B. [The role of support and weight unloading in the development of hypogravitational motor syndrome] // J. Evol. Biochem. Physiol. 2020. V. 56. № 7. P. 697.
  15. Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B., Markin A.A. et al. [One-year antiorthostatic hypokinesia (ANOG) – a physiological model of interplanetary space flight: monograph] / Eds. Grigorieva A.I., Kozlovskaya I.B. M.: Russian Academy of Sciences, 2018. P. 9.
  16. Hermens H.J., Freriks B., Disselhorst-Klug C., Rau G. Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures // J. Electromyogr. Kinesiol. 2000. V. 10. № 5. P. 361.
  17. McBride J.M., Triplett-McBride T., Davie A., Newton R.U. A comparison of strength and power characteristics between power lifters, Olympic lifters, and sprinters // J. Strength Cond. 1999. V. 13. № 1. P. 58.
  18. Zatsiorsky V.M. [The physical qualities of an athlete: the basics of the theory and methodology of education]. M.: Sport, 2020. 200 p.
  19. Haff G.G., Nimphius S. Training principles for power // J. Strength Cond. 2012. V. 34. № 6. P. 2.
  20. Haff G.G., Ruben R.P., Lider J. A comparison of methods for determining the rate of force development during isometric midthigh clean pulls // J. Strength Cond. 2015. V. 29. № 2. P. 386.
  21. Koryak Yu.A. Isokinetic Force and Work Capacity After Long-Duration Space Station Mir and Short-Term International Space Station Missions // Aerosp. Med. Hum. Perform. 2020. V. 91. № 5. P. 422.
  22. Rittweger J., Albracht K., Flück M. et al. Sarcolab pilot study into skeletal muscle’s adaptation to long-term spaceflight // NPJ Microgravity. 2018. V. 4. P. 23.
  23. Kotov-Smolenskiy A.M., Khizhnikova A.E., Klochkov A.S. et al. Surface EMG: applicability in the motion analysis and opportunities for practical rehabilitation // Human Physiology. 2021. V. 47. № 2. P. 237.
  24. Esposito F., Limonts E., Gobbo M. Electrical and mechanical response of finger flexor muscles during voluntary isometric contractions in elite rock-climbers // Eur. J. Appl. Physiol. 2009. V. 105. № 1. P. 81.
  25. Solomonow M., Baten C., Smit J. Electromyogram power spectra frequencies associated with motor unit recruitment strategies // J. Appl. Physiol. 1990. V. 68. № 3. P. 1177.
  26. Shpakov A.V., Voronov A.V., Artamonov A.A. et al. Biomechanical Characteristics of Walking and Running during Unloading of the Musculoskeletal System by Vertical Hanging // Human Physiology. 2021. V. 47. № 4. P. 419.
  27. Wakeling J.M., Uehli K., Rozitis A.I. Muscle fibre recruitment can respond to the mechanics of the muscle contraction // J. R. Soc. Interface. 2006. V. 3. № 9. P. 533.
  28. Linnamo V., Moritani T., Nicol C., Komi P.V. Motor unit activation patterns during isometric, concentric and eccentric actions at different force levels // J. Electromyogr. Kinesiol. 2003. V. 13. № 1. Р. 93.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Testing on the isokinetic dynamometer “BIODEX System 4 Pro”. A is the position of the subject in the dynamometer chair; B — location of electrodes for recording EMG of the muscles of the anterior surface of the thigh. 1 – m. vastus lateralis, 2 – m. rectus femoris, 3 – m. vastus medialis; B - test results, example of a printout from the SportLab PAK monitor.

Baixar (536KB)
Metadados
3. Fig. 2. Indicators of maximum voluntary strength of the knee extensor muscles before (BDC) and after (R + 3) 21-day anti-orthostatic hypokinesia (ANOH). 300 ... 30 – angular velocity of knee joint extension, degrees/s. * – p < 0.05 – differences are significant when comparing data before and after ANOG.

Baixar (61KB)
Metadados
4. Fig. 3. Indicators of the time to achieve the maximum moment of force of the extensor muscles of the knee joint when performing speed-strength testing before and after 21 days of anti-orthostatic hypokinesia (ANOH). The solid line indicates the results obtained before ANOG, the dotted line - on the 3rd day after ANOG.

Baixar (53KB)
Metadados
5. Fig. 4. Indicators of the strength gradient of the extensor muscles of the knee joint before and after 21 days of antiorthostatic hypokinesia (ANOH). The gray dots and line indicate the indicators obtained before ANOG, the black ones - after ANOG.

Baixar (87KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».