Специфические изменения сократительных функций и архитектуры скелетной мышцы у человека в ответ на использование двух протоколов немодулированной нервно-мышечной электростимуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью данной работы было определить влияние немодулированной относительно низкочастотной поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (ЭСТ) длительностью 30 и 60 мин/день на протяжении 7 нед. на сократительные функции мышц. Во многих исследованиях изучали влияние интенсивности ЭСТ-тренировки на показатель максимальной произвольной изометрической силы (МПС) мышц. Однако ни в одном из исследований не изучалось влияние длительности ЭСТ-тренировки в неделю и в один день на изменение функций мышц. В настоящем исследовании приняли участие 10 здоровых мужчин-добровольцев (23.2 ± 3.2 года), которые случайным образом были распределены в две группы. Первая группа испытуемых применяла ЭСТ-тренировку 5 раз в неделю на протяжении 30 мин, а вторая группа — 5 раз в неделю, но на протяжении 60 мин. Влияние ЭСТ-тренировки оценивали по изменению МПС и скоростно-силовых свойств мышц-разгибателей стопы, регистрируемых до “электрической” тренировки, а затем в начале каждой недели 7-недельного тренировочного периода для всех испытуемых. Сократительные свойства регистрировали с использованием изокинетического динамометра Biodex. После 7-недельного тренировочного периода показатели МПС и максимальной произвольной “взрывной” силы значительно отличались между группами. Основываясь на параметрах ЭСТ и здоровых испытуемых, участвующих в данном исследовании, “электрическая” тренировка 5 раз в неделю и в течение 30 мин на протяжении 7 нед. вызвала увеличение силы мышц-разгибателей стопы и градиента максимальной произвольной “взрывной” силы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. А. Коряк

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yurikoryak@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Leterme D., Falempin М. Contractile properties of rat soleus motor units following 14 days of hindlimb unloading // Pflüg. Arch. 1996. V. 432. № 2. P. 313.
  2. Gazenko O.G., Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B. Mechanisms of acute and chronic effects of microgravity // Physiologist. 1987. V. 30. Suppl. 1. P. S1.
  3. Stump C.S., Overton J.М., Tipton С.М. Influence of single hindlimb support during simulated weightlessness in the rat // J. Аррl. Physiol. 1990. V. 68. № 2. P. 627.
  4. Эрнандес Корво Р., Козловская И.Б., Крейдич Ю.В. и др. Влияние 7-суточного космического полета на структуру и функцию опорно-двигательного аппарата человека // Косм. биол. и авиакосм. мед. 1983. Т. 17. № 2. C. 37.
  5. Степанцов В.И., Тихонов М. А., Еремин А.В. Физическая тренировка как метод предупреждения гиподинамического синдрома // Косм. биол. и авиакосм. мед. 1972. Т. 6. № 4. С. 64.
  6. Akima H., Kubo K., Imai M. et al. Inactivity and muscle: effect of resistance training during bed rest on muscle size in the lower limb // Acta Physiol. Scand. 2001. V. 172. № 4. P. 269.
  7. Kawakami Y., Akima H., Kubo K. et al. Changes in muscle size, architecture and neural activation after 20 days of bed rest with and without countermeasures // Eur. J. Appl. Physiol. 2001. V. 84. № 1–2. P. 7.
  8. Коряк Ю.А. Нервно-мышечная адаптация к кратковременным и продолжительным космическим полетам / Международная космическая станция. Российский сегмент. М.: ИМБП РАН, 2011. Т. 2. C. 93.
  9. Коряк Ю.А. Адаптация скелетных мышц человека. М.: Изд. дом Академии естествознания, 2012. 318 с.
  10. Моруков Б.В., Ларина И.М., Григорьев А.И. Изменения обмена кальция и его регуляция у человека во время длительного космического полета // Физиология человека. 1998. Т. 24. № 2. C. 102.
  11. Оганов В.С., Богомолов В.В. Костная система человека в условиях невесомости. Обзор результатов исследований, гипотезы и возможность прогноза состояния в длительных межпланетных экспедициях // Авиакосм. и эколог. мед. 2009. Т. 43. № 1. С. 3.
  12. Vico L., Collet P., Guignandon A. et al. Effects of long-term microgravity exposure on cancellous and cortical weight-bearing bones of cosmonauts // Lancet. 2000. V. 355. № 9215. P. 1607.
  13. Ward A.R., Robertson V.J., Ioannou H. The effect of duty cycle and frequency on muscle torque production using kilohertz frequency range alternating current // Med. Eng. Phys. 2004. V. 26. № 7. P. 569.
  14. Maffiuletti N.A., Herrero A.J., Jubeau M. et al. Differences in electrical stimulation thresholds between men and woman // Ann. Neurol. 2008. V. 63. № 4. P. 507.
  15. Petrofsky J. The effect of the subcutaneous fat on the transfer of current through skin and into muscle // Med. Eng. Phys. 2008. V. 30. № 9. P. 1168.
  16. Dantas L.O., Vieira A., Junior A.L.S. et al. Comparison between the effects of 4 different electrical stimulation current waveforms on isometric knee extension torque and perceived discomfort in healthy women // Muscle Nerve. 2015. V. 51. № 1. P. 76.
  17. Doheny E.P., Caulfield B.M., Minogue C.M., Lowery M.M. Effect of subcutaneous fat thickness and surface electrode configuration during neuromuscular electrical stimulation // Med. Eng. Phys. 2010. V. 32. № 5. P. 468.
  18. Коц Я.М. Тренировка мышечной силы методом электростимуляции. Сообщение I. Теоретические предпосылки // Теор. и практ. физ. культ. 1970. № 3. С. 64.
  19. Коц Я.М. Использование метода электростимуляции в спорте / Ком. по физ. культуре и спорту при Совете Министров СССР. Всесоюз. проблемный науч. совет. М.: Метод. кабинет ГЦОЛИФКа, 1971. 49 с.
  20. Salvini T.F., Durigan J.L., Peviani S.M., Russo Th.L. Effects of electrical stimulation and stretching on the adaptation of denervated skeletal muscle: implications for physical therapy // Rev. Bras. Fisioter. 2012. V. 16. № 3. P. 175.
  21. Thomas A.C., Stevens-Lapsley J.E. Importance of attenuating quadriceps activation deficits after total knee arthroplasty // Exerc. Sport Sci. Rev. 2012. V. 40. № 2. P. 95.
  22. Baroni B.M., Geremia J.M., Rodrigues R. et al. Functional and morphological adaptations to aging in knee extensor muscles of physically active men // J. Appl. Biomech. 2013. V. 29. № 5. P. 535.
  23. Vaz M.A.I., Baroni B.M., Geremia J.M. et al. Neuromuscular Electrical Stimulation [NMES] Reduces Structural and Functional Losses of Quadriceps Muscle and Improves Health Status in Patients with Knee Osteoarthritis // J. Orthop. Res. 2013. V. 31. № 4. P. 511.
  24. Gondin J., Patrick J., Cozzone P.J., Bendahan D. Is high-frequency neuromuscular electrical stimulation a suitable tool for muscle performance improvement in both healthy humans and athletes? // Eur. J. Appl. Physiol. 2011. V. 111. № 10. P. 2473.
  25. Sheffler L.R., Chae J. Neuromuscular electrical stimulation in neurorehabilitation // Muscle Nerve. 2007. V. 35. № 5. P. 562.
  26. Bax L., Filip S., Verhagen A. Does neuromuscular electrical stimulation strengthen the quadriceps femoris? A systematic review of randomized controlled trials // Sports Med. 2005. V. 35. № 3. P. 191.
  27. Vanderthommen M., Jacques D. Electrical stimulation as a modality to improve performance of neuromuscular system // Exerc. Sports Sci. Rev. 2007. V. 35. № 4. P. 180.
  28. Maffiuletti N.A. Physiological and methodological considerations for the use of neuromuscular electrical stimulation // Eur. J. Appl. Physiol. 2010. V. 110. № 2. P. 223.
  29. Currier D.P., Mann R. Muscular strength development byelectrical stimulation in healthy individuals // Phys. Ther. 1983. V. 63. № 6. P. 915.
  30. Eriksson E., Haggmark T., Kiessling K.H., Karlsson J. Effect of electrical stimulation on human skeletal muscle // Int. J. Sports Med. 1981. V. 2. № 1. P. 18.
  31. Kubiak R.J., Whitman K.M., Johnston R.M. Changes in quadriceps femoris muscle strength using isometric exercise versus electrical stimulation // J. Orthop. Sports Phys. Ther. 1987. V. 8. № 11. P. 537.
  32. Derr J., Goldsmith L.J. How to report non significant results: planning to make the best use of statistical power calculations // J. Orthop. Sports Phys. Ther. 2003. V. 33. № 6. P. 303.
  33. Eriksson E., Haggmark T. Comparison of isometic muscle training and electrical stimulation supplementing isometric muscle training in the recovery after major knee ligament surgery. A preliminary report // Amer. J. Sports Med. 1979. V. 7. № 3. P. 169.
  34. Selkowitz D.M. Improvement in isometric strength of the quadriceps femoris muscle after training with electricalstimulation // Phys. Ther. 1985. V. 65. № 2. P. 186.
  35. Snyder-Mackler L., Delitto A., Stralka S.W., Bailey S.L. Use of electrical stimulation to enhance recovery of quadriceps femoris muscle force production in patients following anterior cruciate ligament reconstruction // Phys. Ther. 1994. V. 74. № 10. P. 901.
  36. Lai H.S., De Domenico G., Strauss G.R. The effects of different electro-motor stimulation training instensitieson strength improvement // Aust. J. Physiother. 1988. V. 34. № 3. P. 151.
  37. Laughman R.K., Youdas J.W., Garrett T.R., Chao E.Y. Strength changes in the normal quadriceps femoris muscle as a result of electrical stimulation // Phys. Ther. 1983. V. 63. № 4. P. 494.
  38. Mohr T., Carlson B., Sulentic C., Landry R. Comparison of isometric exercise and high volt galvanic stimulation on quadriceps femoris muscle strength // Phys. Ther. 1985. V. 65. № 5. P. 606.
  39. Grosset J.-F., Canon F., Pérot Ch., Lambertz D. Changes in contractile and elastic properties of the triceps surae muscle induced by neuromuscular electrical stimulation training Introduction // Eur. J. Appl. Physiol. 2014. V. 114. № 7. P. 1403.
  40. Gondin J., Guette M., Ballay Y., Martin A. Neural and muscular changes to detraining after electrostimulation training // Eur. J. Appl. Physiol. 2006. V. 97. № 2. P. 165.
  41. Gondin J., Brocca L., Bellinzona E. et al. Neuromuscular electrical stimulation training induces atypical adaptations of the human skeletal muscle phenotype: a functional and proteomic analysis // J. Appl. Physiol. 2011. V. 110. № 2. P. 433.
  42. Snyder-Mackler L., Binder-Macleod S.A., Williams P.R. Fatigability of human quadriceps femoris muscle following anterior cruciate ligament reconstruction // Med. Sci. Sports Exerc. 1993. V. 25. № 7. P. 783.
  43. Parker M.G., Berhold M., Brown R. et al. Fatigue response in human quadriceps femoris muscle during high frequency electrical stimulation // J. Orthop. Sports Phys. Ther. 1986. V. 7. № 4. P. 145.
  44. Maffiuletti N.A., Pensini M., Martin A. Activation of human plantar flexor muscles increases after electromyostimulation training // J. Appl. Physiol. 2002. V. 92. № 4. P. 1383.
  45. Коц Я.М., Хвилон В.А. Тренировка мышечной силы методом электростимуляции. Сообщение 2. Тренировка методом электрического тетанического раздражения мышцы прямоугольными импульсами // Теория и практ. физич. культ. 1971. № 4. C. 66.
  46. Коряк Ю.А. Тренировочный эффект высокочастотной электрической стимуляции на переднюю большеберцовую мышцу у человека. I. Влияние на мышечную силу и площадь поперечного сечения // Физиология человека. 1993. Т. 19. № 1. C. 19.
  47. Коряк Ю.А. Тренировочный эффект высокочастотной электрической стимуляции на переднюю большеберцовую мышцу у человека. II. Влияние на скоростно-силовые свойства и работоспособность // Физиология человека. 1993. Т. 19. № 3. C. 125.
  48. Brown L.E., Weir J.P. ASEP procedures recommendation I: Accurate assessment of muscular strength and power // J. Exerc. Physiol. Online. 2001. V. 4. № 3. P. 1.
  49. Kawakami Y., Ichinose Y., Fukunaga T. Architectural and functional features of human triceps surae muscles during contraction // J. Appl. Physiol. 1998. V. 85. № 2. P. 398.
  50. Berg H.E., Tedner B., Tesch P.A. Changes in lower limb muscle cross-sectional area and tissue fluid volume after transition from standing to supine // Acta Physiol. Scand. 1993. V. 148. № 4. P. 379.
  51. Blaber A.P., Goswami N., Bondar R.L., Kassam M.S. Impairment of cerebral blood flow regulation in astronauts with orthostatic intolerance after flight // Stroke. 2011. V. 42. № 7. P. 1844.
  52. Blazevich A.J., Gil N.D., Zhou Sh. Intra- and intermuscular variation in human quadriceps femoris architecture assessed in vivo // J. Anat. 2006. V. 209. № 3. P. 289.
  53. Gondin J., Cozzone P.J., Bendahan D. Is high-frequency neuromuscular electrical stimulation a suitable tool for muscle performance improvement in both healthy humans and athletes? // Eur. J. Appl. Physiol. 2011. V. 111. № 10. P. 2473.
  54. Reeves N.D., Maganaris C.N., Narici M.V. Ultrasonographic assessment of human skeletal muscle size // Eur. J. Appl. Physiol. 2004. V. 91. № 1. P. 116.
  55. Fukunaga T., Ichinose Y., Ito M. et al. Determination of fascicle length and pennation in a contracting human muscle in vivo // J. Appl. Physiol. 1997. V. 82. № 1. P. 354.
  56. Koryak Yu.A. Architectural and functional specifics of the human triceps surae muscle in vivo and its adaptation to microgravity // J. Appl. Physiol. 2019. V. 126. № 4. P. 880.
  57. Koryak Yu.A. Changes in human skeletal muscle architecture and function induced by extended spaceflight // J. Biomechanics. 2019. V. 97. P. 109408.
  58. Kawakami Y., Abe T., Kuno S.Y., Fukunaga T. Training induced changes in muscle architecture and specific tension // Eur. J. Appl. Physiol. 1995. V. 72. № 1–2. P. 37.
  59. Bickel C.S., Slade J.M., Haddad F. et al. Acute molecular responses of skeletal muscle to resistance exercise in able-bodied and spinal cord-injured subjects // J. Appl. Physiol. 2003. V. 94. № 6. P. 2255.
  60. Gondin J., Guette M., Ballay Y., Martin A. Electromyostimulation Training Effects on Neural Drive and Muscle Architecture // Med. Sci. Sports Exerc. 2005. V. 37. № 8. P. 1291.
  61. Vaz M.A., Aragão F.A., Boschi E.S. et al. Effects of Russian current and low-frequency pulsed current on discomfort level and current amplitude at 10% maximal knee extensor torque // Physiother. Theory Pract. 2012. V. 28. № 8. P. 617.
  62. Suetta C., Andersen J.L., Dalgas U. et al. Resistance training induces qualitative changes in muscle morphology, muscle architecture, and muscle function in elderly postoperative patients // J. Appl. Physiol. 2008. V. 105. № 1. P. 180.
  63. Fukasblro S., Itoh M., Ichinose Y. et al. Ultгаsоnоgrарhу gives directly but noninvasively elastic characteristics of human tendon in vivo // Еur. J. Appl. Physiol. 1995. V. 71. № 6. P. 555.
  64. Тrestik С.L., Lieber R.L. Relationship between Achilles tendon mechanical properties and gastrocnemius muscle function // J. Bioтech. Eng. 1993. V. 115. № 3. P. 225.
  65. Miller R.G., Mirka A., Maxfield M. Rate of tension development in isometric contractions of a human hand muscle // Exp. Neurol. 1981. V. 73. № 1. P. 267.
  66. Bigland-Ritchie B., Johansson R., Lippold O.C.J., Woods J.J. Contractile speed and EMG changes during fatigue of sustained maximal voluntary contractions // J. Neurophysiol. 1983. V. 50. № 1. P. 313.
  67. Deley G., Cometti C., Fatnassi A. et al. Effects of combined electromyostimulation and gymnastics training in prepubertal girls // J. Strength Cond. Res. 2011. V. 25. № 2. P. 520.
  68. Wegrzyk J., Fouré A., Vilmen Ch. et al. Extra Forces induced by wide-pulse, high-frequency electrical stimulation: Occurrence, magnitude, variability and underlying mechanisms // Clin. Neurophysiol. 2015. V. 126. № 7. P. 1400.
  69. Gonnelli F., Rejc E., Giovanelli N. et al. Effects of NMES pulse width and intensity on muscle mechanical output and oxygen extraction in able-bodied and paraplegic individuals // Eur. J. Appl. Physiol. 2021. V. 121. № 6. P. 1653.
  70. Dantas L.O., Vieira A., Siqueira A.L., Jr. et al. Comparison between the effects of 4 different electrical stimulation current waveforms on isometric knee extension torque and perceived discomfort in healthy women // Muscle Nerve. 2015. V. 51. № 1. P. 76.
  71. Medeiros D.M., Lima C.S. Influence of chronic stretching on muscle performance: Systematic review // Hum. Mov. Sci. 2017. V. 54. P. 220.
  72. Hymes A.C., Raab D.E., Yonchird E.G. Acute pain control by electrostimulation: a preliminary report // Adv. Neurol. 1974. V. 4. P. 761.
  73. Lexell J., Henriksson-Larsen K., Sjostrom M. Distribution of different fibre types in human skeletal muscles. 2. A study of cross-sections of whole m. vastus lateralis // Acta Physiol. Scand. 1983. V. 117. № 1. P. 115.
  74. Knight C.A., Kamen G. Superficial motor units are larger than deeper motor units in human vastus lateralis muscle // Muscle Nerve. 2005. V. 31. № 4. P. 475.
  75. Blair E., Erlanger J. A comparison of the characteristics of axons through their individual electrical responses // Am. J. Physiol. 1933. V. 106. P. 524.
  76. Solomonow M. External control of the neuromuscular system // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1984. V. 31. № 12. P. 752.
  77. Enoka R.M. Activation order of motor axons in electrically evoked contractions // Muscle Nerve. 2000. V. 25. № 6. P. 763.
  78. Almekinders L.C. Transcutaneous muscle stimulation for rehabilitation // Phys. Sportsmed. 1984. V. 12. P. 118.
  79. Drouin J.M., Valovich-McLeod T.C., Shultz S.J. et al. Reliability and validity of the Biodex system 3 pro isokinetic dynamometer velocity, torque and position measurements // Eur. J. Appl. Physiol. 2004. V. 91. № 1. P. 22.
  80. Van Driessche S., Van Roie E., Vanwanseele B., Delecluse Ch. Test-retest reliability of knee extensor rate of velocity and power development in older adults using the isotonic mode on a Biodex System 3 dynamomete // PLoS One. 2018. V. 13. № 5. P. e0196838.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Стандартное сагиттальное ультразвуковое изображение медиальной икроножной мышцы (МИМ). Ультразвуковой датчик располагался над мышцей на уровне 30% расстояния между подколенной складкой и центром боковой лодыжки. Длину волокна измеряли вдоль ультразвуковой сигнальной линии, проведенной параллельно волокну между глубоким и поверхностным апоневрозами. Угол наклона измеряли как угол, образованный линией, проведенной параллельно мышечному волокну между глубоким и поверхностным апоневрозами. Белая линия, наложенная на ультразвуковое изображение, показывает путь волокна между поверхностным и глубоким апоневрозами. Представлены угол (Θв) наклона и длина (Lв) волокна между глубоким и поверхностным апоневрозами. Маркер (), расположенный между ультразвуковым датчиком и кожей, является ориентиром постоянства датчика во время измерений.

Скачать (137KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение максимального суставного момента мышц-разгибателей стопы в 1 группе (30 мин электростимуляции (ЭСТ)) и 2 группе (60 мин ЭСТ) в результате 7-недельной немодулированной низко- частотной “электрической” тренировки с максимально переносимой интенсивностью тока (А) и динамика изменения усредненной (∆%) изометрической максимальной произвольной силы (МПС) трехглавой мышцы голени (ТМГ) за каждую неделю 7-недельной немодулированной низкочастотной “электрической” тренировки для 1 группы (30 мин) и 2 группы (60 мин) испытуемых (Б). * – p < 0.05.

Скачать (165KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кинетика изменения силы мышц-разгибателей стопы во время изометрического произвольного “взрывного” усилия до и после 7-недельной немодулированной низкочастотной электростимуляционной “тренировки” для 1 группы (30 мин) и 2 группы (60 мин) испытуемых. * – p < 0.05.

Скачать (75KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Динамика изменения усредненной (∆%) амплитуды тока (В) немодулированной электростимуляции за каждую неделю 7-недельной “электрической” тренировки для 1 группы (30 мин ЭСТ) и 2 группы (60 мин ЭСТ).

Скачать (69KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Архитектура трехглавой мышцы голени. Динамика изменения длины (Lв) и угла (Θв) наклона волокон медиальной икроножной мышцы (МИМ) под влиянием 7-недельной «электрической» тренировки для 1 группы (30 мин ЭСТ) и 2 группы (60 мин ЭСТ) испытуемых.

Скачать (148KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение угла наклона волокон медиальной икроножной мышцы (МИМ) при электростимуляции (ЭСТ) тренировки. Представлены индивидуальные данные испытуемых на протяжении 7-недельной немодулированной относительно низкочастотной ЭСТ-тренировки для 1 группы (30 мин, верхняя панель) и 2 группы (60 мин, нижняя панель) испытуемых.

Скачать (262KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Внутреннее укорочение мышечных волокон во время сокращения. Взаимосвязь между длиной волокон в пассивном состоянии и предполагаемым изменением длины мышц для МИМ (нейтральное положение голеностопного сустава) до и после 7-недельной немодулированной низкочастотной электростимуляционной “тренировки” для 1 группы (30 мин) и 2 группы (60 мин) испытуемых.

Скачать (333KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах