Особенности состава и обменных свойств стимулированных мышц

23 Марта в 22:02 697 0


Биохимическими школами А. В. Палладина и Н. Н. Яковлева установлено, что под влиянием экспериментальной тренировки методом электрической стимуляции увеличивается энергетический потенциал мышц и всего организма, повышается активность ряда ферментативных систем в мышцах и в других тканях и органах.

Это усиливает окислительные процессы и делает мышцу не только более стойкой к утомлению, но и стимулирует физико-химические изменения одного из основных физико-химических субстратов - гликогена мышц, делая его более доступным для ферментативного воздействия.

А увеличение общего содержания белков в тренированной мышце свидетельствует о глубоком, коренном изменении обмена белков в скелетных мышцах под влиянием ЭС.

Первоначальной задачей биохимического изучения тренированных при помощи ЭС мышц являлось выяснение тех особенностей их состава и обменных процессов, которыми они отличаются от нетренированных.

Как свидетельствуют материалы работ А. М. Кашпура, для увеличения содержания гликогена в мышцах достаточно провести ЭС в течение 3-5 дней (2 раза в день по 3-5 мин.). Количественные изменения содержания гликогена зависят от продолжительности стимуляции.

А. В. Палладин и соавторы показали, что после электростимуляционной тренировки содержание молочной кислоты в мышцах после работы не увеличивается совсем или увеличивается очень незначительно, в то время, как работа той же интенсивности вызывает в мышцах другой конечности (не стимулированной) сильное увеличение содержания молочной кислоты. Эта свидетельтвует о том, что ЭС мышц вызывает значительные здвиги в уровне протекающих окислительно-восстановительных процессах в сторону их усиления.

В ряде работ влияние ЭС на окислительно-восстановительные процессы авторы оценивали по содержанию в мышцах окислительно-восстановительного потенциала и изменению дыхания мышечной ткани.

Известный украинский биохимик Р. В. Чаговец применяя в своих экспериментальных исследованиях электростимуляцию мышц как аналог физической нагрузки внес значительный вклад в развитие биохимии двигательной активности.

В своих ранних работах, применяя ЭС 2 раза в день по 20 минут для тренировки задней конечности кролика и определяя окислительно-восстановительный потенциал экстрактов из этих мышц, он показал, что ЭС обуславливает сдвиг кривых падения редокс-потенциала в сторону, противоположную тому, что имеет место при утомлении. Этот сдвиг достигает 50% по сравнению с экстрактом контрольной мышцы и происходит благодаря накоплению в ткани редуцированных компонентов, способных окислятся другими веществами.

Сходные результаты были получены при изучении редокс-потенциалов целых мышц кроликов. Установлено, что ЭС мышцы приводит к изменению соотношения между окисленными и восстановленными фазами окислительно-восстановительных систем в направлении относительного нарастания восстановительных фаз. Важно подчеркнуть, что авторы отмечали возникновение подобного сдвига Eh под влиянием ЭС в симметричных мышцах другой конечности.

Были обнаружены также изменения между окисленным и восстановленным глютатионом, что свидетельствует о наличии в стимулируемых мышцах благоприятных условий для протекания восстановительных процессов. Содержание каталазы в стимулируемых мышцах также всегда было повышено. Наряду с этим, была увеличена способность стимулируемых мышц длительное время восстанавливать метиленовую синь. Доказано, что ЭС вызывает повышение анаэробного и эаробного окисления в мышечной ткани. Предполагается, что повышение гликолиза после продолжительной (2-3 недели, 2 раза в день по 20 минут) ЭС связано не только с увеличением содержания гликогена в мышцах, но и с тем, что ЭС повышает активность гликолитической ферментной системы, как и обычная физическая тренировка.

ЭС вызывает определенные количественные изменения в содержании различных минеральных веществ в мышцах: увеличение содержания кальция, натрия, железа.

При ЭС мышц увеличивается количество миоглобина в них. Миоглобин передает кислород, переносимый оксигемоглобином, непосредственно работающим тканям и депонирует его в мышце. Таким образом, повышается активность системы, обеспечивающей утилизацию поступающего в рабочие мышцы кислорода.

Установлено, что при 15-и дневной ЭС прямой мышцы бедра кролика содержанние АТФ в мышцах при этом не изменяется.

Утомительная работа в нестимулируемых мышцах вызывала значительный распад АТФ и накопление неорганического фосфора. При такой же работе в предварительно стимулированной мышце распад АТФ незначителен, т.к. в результате ЭС создаются благоприятные условия для ее ресинтеза. В частности, при этом мышцы обогащаются креатинфосфатом, интенсивнее протекает гликолиз и связанный с ним ресинтез АТФ, кроме того, по-видимому, повышается восстановление других фосфорных соединений, играющих важную роль в энергетике мышечных сокращений.

Р.В. Чаговец, применяя для тренировки мышц электрическое раздражение фарадическим током (2 раза в день по 20 минут с частотой 30-40 в минуту на протяжении 15-20 дней) обнаружил увеличение мышечной массы в среднем на 20%. Автор полагает, что за двухнедельный период на 1/5 возрастает масса белков тренируемой мышцы. Увеличение общего содержания белков в мышце, подвергавшейся ЭС, свидетельствует о существенном изменении обмена в скелетных мышцах.

При "тренировке фарадическим током" прямой мышцы бедра одной конечности кролика с трех недель от трех месяцев выяснено, что в белых мышцах увеличивается содержание РНК в среднем на 18%, по сравнению с одноименной мышцей другой конечности. В красных мышцах изменение РНК наблюдалось лишь в некоторых случаях. Количество ДНК под влиянием ЭС практически не изменялось.

Создавая с помощью "электрического раздражителя различной интенсивности" длительные (60 сокращений в одну минуту на протяжении 5-30-и минут) и скоростные (208 сокращений в одну минуту, в течение 1-20 секунд) нагрузки, убедительно доказано, что количественое выражение изменений биохимических показателе может быть весьма различным в зависимости от функциональной характеристики мышц (белые или красные) и характера работы мышцы.

Чем более выражен в стимулирующей нагрузке компонент скорости, тем значительнее повышение в мышцах показателей, имеющих отношение к анаэробному гликогенолизу (фосфоркреатин, гликоген, фосфоролитическая активность). Если же в стимулируемой нагрузке преобладает элемент выносливости, то в мышцах более значительно повышаются показатели, имеющие отношение к окислительным процессам (аскорбиновая кислота, активность мышечных дегидраз). Однако, нарастание содержания фосфокреатина, гликогена и увеличение фосфоролитической активности имеет место также при тренировке длительными нагрузками, а увеличение активности дегидраз и каталазы, рост уровня глютатиона и холестерина наблюдается при тренировке на скорость.

Другие исследователи подтвердили электрофизиологически, что с помощью электростимуляционой тренировки можно избирательно влиять на нервно-мышечные структуры: фазные (белые) мышцы по скорости сокрашения можно приблизить к тоническим и наоборот.



Многочисленные исследователи отмечают, что при систематической ЭС отдельных групп мышц происходят благоприятные биохимические сдвиги и в нестимулируемых симметричных мышцах, а также опосредованные сдвиги во всем организме, в частности, в его нервной и гуморальной регуляции.

A. Nowakowska после электростимуляции прямой мышцы бедра крыс (на протяжении 3-6 дней по одному часу в день с достижением максимального сгибания конечности) получила увеличение работоспособности: на первой минуте - на 70,8 %, на второй - 94,9 %; за 15 минут работы - на 23,3 % и за 6 часов - на 23,3 %.

На основании этих исследований автор высказала предположение, что ЭС может быть использована в практике спортивной тренировки.

Содержание кофермента ацетилирования (КоА) и ацетилирующая способность скелетных мышц при больших нагрузках

Е. Ф. Сопин и соавт. изучали изменения содержания ацетилирования (КоА) в скелетных мышцах, печени, головном мозге и сердечной мышце и ацетилирующую способность тканей скелетных мышц и печени при больших физических нагрузках и ЭС. Крысы, весом 200-240 г. были разбиты на 6 групп по 10 животных в каждой.

Первая группа - интактные животные, вторая - одноразовая физическая нагрузка (бег в тредбане до полного утомления), третья -тренированные животные на протяжении 24-х дней, четвертая - тренированные животные, получавшие большую физическую нагрузку (бег в тредбане со скоростью 13 м/мин.), пятая - животные, подвергавшиеся одноразовой двадцатиминутной ЭС, шестая - животные, подвергавшиеся ЭС на протяжении 20 дней. Стимуляция проводилась с помощью прибора ПМС-2, с периодом модуляции выходного сигнала 2 сек. Сила напряжения была сверхпороговой, но не вызывающей защитной реакции животных.

Полученные данные показали:

1. У нетренированных животных (вторая группа) после физической нагрузки содержание КоА в исследуемых тканях практически не изменяется в сравнении с интактными животными (первая группа). Ацетилирующая способность в печени несколько увеличивается.
2. У тренированных животных (третья группа) содержание КоА во всех исследуемых тканях значительно выше по сравнению с нетренированными. Ацетилирующая способость повышена только в печени, но ниже, чем у животных второй группы.
3. У тренированных животных (четвертая группа) после физической нагрузки содержание КоА почти не меняется по сравнению с животными третьей группы. Ацетилирующая способность у них выше, чем у животных всех других групп.
4. Одноразовая ЭС (в течение 20 минут) не вызывает защитных изменений уровня кофермента ацетилирования и ацетилирующей способности тканей.
5. Под влиянием 20-и дневной ЭС происходит повышение уровня КоА и ацетилирующей способности во всех исследуемых тканях животных этой группы.

Полученные данные доказывают, что уровень КоА и интенсивность процессов ацетилирования во всех тканях изменяется только после тренировки продолжительной ЭС. Это свидетельствует об определенной качественной и количественной перестройке всей ферментативной и нейрогуморальной регуляции. Причем, если уровень КоА изменяется только после длительного влияния на организм (тренировки, длительной ЭС), интенсивность ацетилирования уже заметно изменяется при одноразовой физической нагрузке и электрической стимуляции.

Результаты указанных выше исследований подтверждают данные, полученные ранее другими иследователями о том, что существует некоторая общая закономерность в перестройке отдельных систем организма при тренировке и ЭС мышц.

Итак, исходя из многочисленных исследований, проведенных на животных, можно сделать вывод о том, что под влиянием ЭС происходят изменения, которые выражаются в повышении энергетического потенциала организма, в специализации биохимических процессов в соответствии с характером применяемых нагрузок. Эта адаптация весьма пластична и, в свою очередь, может изменяться в связи с новыми функциональными нагрузками.

Однако, справедливости ради, отметим, что встречаются экспериментальные работы в которых не выявлено положительного влияния длительной ЭС на скелетную мускулатуру. Man Y. Schleising, пытаясь проверить данные, полученные Н.Н. Яковлевым и его сотрудниками при "экспериментальной тренировке" подвергал ежедневной ЭС животных на протяжении от 4 до 23 недель. Длительность сеанса в первый день была 1 минута и каждый последующий день увеличивалась на 5-10 секунд (после 12-и недель длительность составляла 9 минут, а 23-я неделя заканчивалась длительностью 19 минут). Фотометрическое определение материалов в крови и в мышцах, а также гистологические исследования поперечных срезов мышц не выявили разницы между стимулируемыми и контрольными животными.

Из литературы, посвященной физическим нагрузкам, хорошо известно, что тип тренировки скелетных мышц зависит от характера выполняемой работы. Так, если просто поднимать вес несколько раз в день, то мышечная сила не возрастает. Для того, чтобы эта сила увеличилась, необходима нагрузка с возрастающим сопротивлением. Тяжелоатлет, например, для увеличения мышечной силы должен очень медленно поднимать и опускать вес, равный, примерно, 2/3 максимально возможного усилия.

Именно такая (изокинетическая) нагрузка оптимальна для повышения силы скелетных мышц, т.к. характер требований, предъявляемых к метаболическим процессам в мышцах, может играть первостепенную роль в тех биохимических изменениях, которые наступают в них при длительной физической тренировке. Если тяжелоатлет будет поднимать карандаш даже несколько сот раз в день, то увеличения силы не произойдет.

Еще в 1941 г. в своих ранних исследованиях Нобелевский лауреат по электрофизиологии Дж. Экклз на обширном экспериментальном материале доказал, что качество электростимуляционного воздействия на мышцы зависит от того, насколько физиологично проводится это воздействие. Так, даже 2-х часовая электростимуляция (в день) тенотомированной и укороченной мышцы не предотвращает атрофических процессов в ней. В то время, как при обеспечении условия удлиннения и укорочения мышцы, для предупреждения атрофических процессов достаточно стимулировать эти мышцы несколько минут в день.

Для более глубокого понимания механизма действия ЭС при выборе оптимальных режимов воздействия очень важно выявить биохимические и морфофункциональные сдвиги при различных сроках электростимуляции.

В связи с этим нами на кафедре физиологии НУФК, совместно с кафедрой функциональной анатомии и отделом биохмии НАНУ были проведены исследования, целью которых было изучение в эксперименте на животных функциональных сдвигов в мышцах при различной продолжительности эксперимента и длительности сеансов ЭС.

В. Ю. Давиденко
Похожие статьи
показать еще
 
Реабилитация и адаптация