ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ НА БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОДЬБЫ ЧЕЛОВЕКА И ДИНАМИКА ИХ ПОСЛЕПОЛЕТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В данной статье представлены результаты многолетнего исследования, целью которого являлась сравнительная оценка влияния длительного воздействия невесомости на показатели, характеризующие функциональное состояние опорно-двигательного аппарата (ОДА) человека. В исследовании приняли участие 18 космонавтов (M ± SD: 44.1 ± 5.3 лет, 81.6 ± 7.5 кг, 179.8 ± 5.1 см), совершившие длительные космические полеты (ДКП) на Международной космической станции продолжительностью 178 ± 16 суток (M ± SD). Функциональное состояние ОДА до и после ДКП оценивали по показателям биомеханических характеристик ходьбы в темпе 90 шаг/мин: кинематическим, электромиографическим (ЭМГ) и пространственно-временным. В статье представлены результаты анализа биомеханических характеристик ходьбы до и после ДКП объединенной группы космонавтов (n = 18). Впервые выполнена оценка динамики восстановления биомеханических характеристик ходьбы в послеполетном периоде трех групп космонавтов, распределенных в зависимости от объема и интенсивности физических тренировок (ФТ) на беговой дорожке в ходе ДКП. Результаты исследования позволили выявить значительные сдвиги состояния ОДА после ДКП. При ходьбе в темпе 90 шаг/мин в послеполетном периоде изменялись кинематические (углы в суставах, угол наклона туловища), электромиографические (ЭМГ-стоимость работы мышц) и пространственно-временные (длина и время двойного шага) параметры ходьбы. Ключевым фактором, обусловливающим указанные изменения локомоций в послеполетном периоде, является снижение и устранение необходимого уровня опорных нагрузок на протяжении ДКП. Анализ динамики восстановления некоторых биомеханических характеристик локомоций (ЭМГ-стоимость работы мышц голени, длина двойного шага) в зависимости от объема и интенсивности ФТ на протяжении ДКП показал, что предотвращение негативных последствий влияния невесомости зависит от рационального использования ФТ. Оптимальное сочетание объема и интенсивности ФТ, а также соблюдение принципов интервальности и цикличности являются ключевыми факторами в положительной динамике восстановления характеристик ходьбы после возвращения космонавтов на Землю.

Об авторах

А. В Шпаков

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН; ФГБУ «Федеральный научный центр физической культуры и спорта»

Email: avshpakov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0073-2944
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией Москва, Российская Федерация; Москва, Российская Федерация

А. В Воронов

ФГБУ «Федеральный научный центр физической культуры и спорта»

Email: voronov3057@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4358-3982
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Москва, Российская Федерация

Список литературы

  1. Kim K.M., Jang H.C., Lim S. Differences among skeletal muscle mass indices derived from height-, weight-, and body mass index-adjusted models in assessing sarcopenia // Korean. J. Intern. Med. 2016. V. 31. № 4. P. 643.
  2. Edgerton V.R., Zhou M.Y., Ohira Y. et al. Human fiber size and enzymatic properties after 5 and 11 days of spaceflight // J. Appl. Physiol. (1985). 1995. V. 78. № 5. P. 1733.
  3. Goubel F. Changes in mechanical properties of human muscle as a result of spaceflight // Int. J. Sports. Med. 1997. V. 18. Suppl. 4. P. S285.
  4. Widrick J.J., Knuth S.T., Norenberg K.M. et al. Effect of a 17-day spaceflight on contractile properties of human soleus muscle fibres // J. Physiol. 1999. V. 516. Pt. 3. P. 915.
  5. Widrick J.J., Romatowski J.G., Norenberg K.M. et al. Functional properties of slow and fast gastrocnemius muscle fibers after a 17-day spaceflight // J. Appl. Physiol. (1985). 2001. V. 90. № 6. P. 2203.
  6. Волынкин Ю.М., Яздовский В.И., Генин А.М. и др. Первые космические полёты человека / Медико-биологические исследования. М.: АН СССР, 1962. Т. 1. 203 с.
  7. Воробьев Е.И., Нефедов Ю.Г., Какурин Л.И., Егоров Б.Б. Медицинские исследования, выполненные во время полетов космических кораблей «Союз-3», «Союз-4», «Союз-52» // Косм. биол. и мед. 1969. № 4. С. 46.
  8. Богданов В.А., Гурфинкель В.С., Панфилов В.Е. Движения человека в условиях лунной гравитации // Косм. биол. и мед. 1971. № 2. С. 3.
  9. Чекирда И.Ф., Еремин А.В. Динамика цикличных и ацикличных локомоций космонавтов после 63-дневного космического полета // Косм. биол. и авиакосм. мед. 1974. № 8 (4). С. 9.
  10. Корво Р.Э., Козловская Н.Б., Крейдич Ю.В. Влияние 7-суточного космического полета на структуру и функцию опорно-двигательного аппарата человека // Косм. биол. и авиакосм. мед. 1983. Т. 17. № 2. С. 37.
  11. Григорьева Л.С., Козловская И.Б. Влияние невесомости и гипокинезии на скоростно-силовые свойства скелетных мышц человека // Косм. биол. и авиакосм. мед. 1987. Т. 21. № 1. С. 27.
  12. Paloski W.H., Bloomberg J.J., Reschke M.F. et al. Spaceflight-induced changes in posture and locomotion // J. Biomech. 1994. V. 27. № 6. P. 812.
  13. Шенкман В.С., Немировская Т.Л., Белозерова Н.Н., Чеслова Н.А. и др. Скелетно-мышечные волокна человека после длительного космического полета // Докл. Акад. наук. 1999. Т. 367. № 2. С. 279.
  14. Miller C.A., Peters B.T., Brady R.R. et al. Change in toe clearance during treadmill walking after long-duration spaceflight // Aviat. Space Environ. Med. 2010. V. 81. № 10. P. 919.
  15. Michel E.L., Johnston R.S., Dietlein L.F. Biomedical results of the Skylab program // Life Sci. Space Res. 1976. V. 14. P. 3.
  16. Thornton W.E., Rummel J.A. Muscular deconditioning and its prevention in space flight / Biomedical results from Skylab. Eds. Johnston R.S., Dietlein L.F. Washington, DC: NASA Headquarters, 1977. P. 191.
  17. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Савинкина А.О. и др. Роль стимуляции рецепторов опоры в локомоторных тренировках для профилактики гипогравитационных нарушений // Физиология человека. 2021. Т. 47. № 3. С. 88.
  18. Фомина Е.В., Савинкина А.О., Ярманова Е.Н. Величины опорных реакций у космонавтов при выполнении локомоторных упражнений на МКС // Физиология человека. 2017. Т. 43. № 5. С. 63.
  19. Маркин А.А., Агуреев А.Н., Козловская И.Б. и др. Годичная антиортостатическая гипокинезия (AHOT) – физиологическая модель межпланетного космического полета: монография / Под ред. Григорьева А.И., Козловской И.Б. М.: Российская Академия наук, 2018. 288 с.
  20. Koppelmans V., Mulavara A.P., Yuan P. et al. Exercise as potential countermeasure for the effects of 70-days of bed rest on cognitive and sensorimotor performance // Front. Syst. Neurosci. 2015. V. 9. P. 121.
  21. Mulder E., Clément G., Linnarsson D. et al. Musculoskeletal effects of 5 days of bed rest with and without locomotion replacement training // Eur. J. Appl. Physiol. 2015. V. 115. № 4. P. 727.
  22. Whittle M. An introduction to gait analysis. 4th Edition. London: Butterworth-Heinemann, 2007. 244 p.
  23. Козловская И.Б., Ярманова Е.Н., Фомина Е.В. Российская система профилактики: настоящее и будущее // Авиакосм. и эколог. мед. 2013. Т. 47. № 1. С. 13.
  24. Winter D.A., Fuglevand A.J., Archer S.E. Crosstalk in surface electromyography: Theoretical and practical estimates // J. Electromyogr. Kinesiol. 1994. V. 4. № 1. P. 15.
  25. Farina D., Merletti R., Indino B., Graven-Nielsen T. Surface EMG crosstalk evaluated from experimental recordings and simulated signals. Reflections on crosstalk interpretation, quantification and reduction // Methods Inf. Med. 2004. V. 43. № 1. P. 30.
  26. Mesin L. Crosstalk in surface electromyogram: Literature review and some insights // Phys. Eng. Sci. Med. 2020. V. 43. № 2. P. 481.
  27. 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.
  28. Котов-Смоленский А.М., Хижникова А.Е., Клочков А.С. и др. Поверхностная ЭМГ: применимость в биомеханическом анализе движений и возможности для практической реабилитации // Физиология человека. 2021. Т. 47. № 2. С. 122.
  29. Disselhorst-Klug C., Schmitz-Rode T., Rau G. Surface electromyography and muscle force: Limits in sEMG-force relationship and new approaches for applications // Clin. Biomech. (Bristol). 2009. V. 24. № 3. P. 225.
  30. Gonzalez-Izal M., Lusa Cadore E., Izquierdo M. Muscle conduction velocity, surface electromyography variables, and echo intensity during concentric and eccentric fatigue // Muscle Nerve. 2014. V. 49. № 3. P. 389.
  31. Winter D.A. Foot trajectory in human gait: A precise and multifactorial motor control task // Phys. Ther. 1992. V. 72. № 1. P. 45.
  32. Leteneur S., Gillet C., Sadeghi H. et al. Effect of trunk inclination on lower limb joint and lumbar moments in able men during the stance phase of gait // Clin. Biomech. (Bristol). 2009. V. 24. № 2. P. 190.
  33. Gollnick P.D., Sjödin B., Karlsson J. et al. Human soleus muscle: A comparison of fiber composition and enzyme activities with other leg muscles // Plügers Arch. 1974. V. 348. № 3. P. 247.
  34. Bryan Dixon J. Gastrocnemius vs. soleus strain: How to differentiate and deal with calf muscle injuries // Curr. Rev. Musculoskelet. Med. 2009. V. 2. № 2. P. 74.
  35. Garnett R.A., O’Donovan M.J., Stephens J.A., Taylor A. Motor unit organization of human medial gastrocnemius // J. Physiol. 1979. V. 287. P. 33.
  36. Матвеев Л.П. Теория и методика физической культуры (общие основы теории и методики физического воспитания; теоретико-методические аспекты спорта и профессионально-прикладных форм физической культуры): Учеб. для ин-тов физ. культуры. М.: Физкультура и спорт, 1991. 543 с.
  37. Григорьев А.Н., Дитлайн Л.Ф., Козловская И.Б., Соуин Ч.Ф. Профилактические мероприятия в кратковременных и длительных космических полетах / Космическая биология и медицина. Т. IV. Здоровье, работоспособность, безопасность космических экипажей. М.: Наука, 2001. С. 252.
  38. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Чернова М.В. и др. Сравнительный анализ профилактической эффективности различных режимов локомоторных тренировок в условиях космического полета // Физиология человека. 2016. Т. 42. № 5. С. 84.
  39. Виноградова О.Л., Томиловская Е.С., Козловская И.Б. Гравитационный фактор как основа эволюционного приспособления животных организмов к деятельности в наземных условиях // Авиакосм. и эколог. мед. 2020. Т. 54. № 6. С. 5.
  40. Schoenrock B., Muckelt P.E., Hastermann M. et al. Muscle stiffness indicating mission crew health in space // Sci. Rep. 2024. V. 14. № 1. P. 4196.
  41. Шенкман Б.С., Цатурян А.К., Вихлянцев И.М. и др. Молекулярные механизмы изменения мышечного тонуса в условиях космического полета и при его моделировании // Acta Naturae. 2021. Т. 13. № 2. С. 85.
  42. Trappe S., Costill D., Gallagher P. et al. Exercise in space: Human skeletal muscle after 6 months aboard the International Space Station // J. Appl. Physiol. (1985). 2009. V. 106. № 4. P. 1159.
  43. Фомина Е.В., Кукоба Т.Б. Восстановление силы мышц ног космонавта после длительного космического полета с использованием силового тренажера для частичной компенсации гравитационной разгрузки // Авиакосм. и эколог. мед. 2019. Т. 53. № 5. С. 11.
  44. Serrancoli G., Alessandro C., Tresch M.C. The effects of mechanical scale on neural control and the regulation of joint stability // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 4. P. 2018.
  45. Riemann B.L., Lephart S.M. The sensorimotor system, part I: The physiologic basis of functional joint stability // J. Athl. Train. 2002. V. 37. № 1. P. 71.
  46. Шпаков А.В., Воронов А.В. Сравнительный анализ биомеханических параметров ходьбы человека с различным темпом в исследовании с моделированием невесомости и лунной гравитации // Мед. экстрем. сит. 2016. № 1 (55). С. 30.
  47. Борзяк Э.И., Добровольская Е.А., Ревазов В.С., Сапин М.Р. Анатомия человека. В 2 томах. Под ред. Сапина М.Р. М.: Медицина, 1986. Т. 1. 288 с.
  48. Воронов А.В. Скоростно-силовые свойства мышц человека при спортивных локомоциях: автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.13. М., 2004. 56 с.
  49. Соколов Н.Н., Абрамова Т.Ф., Воронов А.В. и др. Влияние игровой соревновательной нагрузки на электрическую активность мышц-разгибателей коленного сустава // Вестник спортивной науки. 2023. № 3. С. 46.
  50. Шенкман Б.С., Григорьев А.И., Козловская И.Б. Гравитационные механизмы в тонической двигательной системе. Нейрофизиологические и мышечные аспекты // Физиология человека. 2017. Т. 43. № 5. С. 104.
  51. Козловская И.Б. Гравитация и поэно-тоническая двигательная система // Авиакосм. и эколог. мед. 2017. Т. 51. № 3. С. 5.
  52. Черняев А.А., Фонарева Е.А., Карасев Р.А. Соотношение объёма и интенсивности специальной работоспособности квалифицированных лыжников-гонщиков // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 10–2. С. 375.
  53. Зациорский В.М. Физические качества спортсмена: основы теории и методики воспитания. М.: Спорт, 2019. 200 с.
  54. Tischler M.E., Sleutz M. Impact of weightlessness on muscle function // ASCSB Bull. 1995. V. 8. № 2. P. 73.
  55. Григорьев А.И., Козловская И.Б., Шенкман Б.С. Роль опорной афферентации в организации тонической мышечной системы // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. № 5. С. 507.
  56. Сергеева К.В., Шарло К.А., Калашников В.Е. и др. Влияние спонтанной нервно-мышечной активности на развитие атрофии камбаловидной мышцы в условиях функциональной разгрузки // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2023. Т. 109. № 10. С. 1430.
  57. Фомина Е.В., Лысова Н.Ю., Савинкина А.О. Осевая нагрузка при выполнении локомоторных тренировок в условиях невесомости как фактор эффективности профилактики гипогравитационных нарушений // Физиология человека. 2018. Т. 44. № 1. С. 56.
  58. Meyer F., Bar-Or O., MacDougall D., Heigenhauser G.J. Sweat electrolyte loss during exercise in the heat: Effects of gender and maturation // Med. Sci. Sports Exerc. 1992. V. 24. № 7. P. 776.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).