Механические свойства пассивной мышцы

Экспериментальный протокол исследований функциональных свойств нервно‑мышечного аппарата содержал тесты, предназначенные для количественной оценки силовых, скоростных и скоростно‑силовых свойств ТМГ. Сократительные свойства ТМГ исследовали дважды - за 10‑8 дней до начала эксперимента и на 3 день после подъема с постельного режима. Механические ответы мышцы регистрировали методом тендометрии с использованием тендометрического динамометра [18].

Си л овые свойства. По тендограмме ТМГ оценивали величину изометрической максимальной произвольной силы (МПС), развиваемой самим испытуемым при волевом (произвольном) усилии, силу одиночного сокращения (Р_ос), развиваемой мышцей в ответ на электрическое раздражение n. tibialis одиночными импульсами и тетаническую силу (Р _о) сокращения, развиваемую мышцей при электрической стимуляции n. tibialis частотой 150 имп/с [18].

Стимуляцию проводили прямоугольными импульсами длительностью 1 мс от универсального электростимулятора (тип «ЭСУ-1», СССР) через изолирующую приставку супрамаксимальной силой (силой на 30‑40 % больше минимальной силы, при которой впервые достигается максимальный электрический ответ мышцы - М‑ответ).

Для количественной оценки степени совершенства центрально-нервных (координационных) механизмов управления произвольными движениями рассчитывали величину силового дефицита (Р_д), определяемую как дельта между Р _о и МПС [18].

Скоростные свойства. По тендограмме изометрического одиночного сокращения ТМГ с точностью измерения в 2 мс, рассчитывали временные параметры развития тендограммы изометрической кривой Р_ос в ответ на одиночный электрический импульс, приложенный к n. tibialis. Рассчитывали: время от момента раздражения до максимума пика Р_ос (время одиночного сокращения ¾ ВОС), время от пика до половины расслабления ¾ 1/2 ПР и время от момента раздражения до полного расслабления (общее время сокращения ¾ ОВС).

Скоростно-силовые свойства. По тендограмме изометрического произвольного сокращения ТМГ, выполненного при условии «сократить максимально быстро и сильно», рассчитывали время нарастания мышечного сокращения, используя «относительные показатели», т.е. время достижения
25, 50, 75 и 90 %‑уровня напряжения. Аналогично по тендограмме электрически вызванного сокращения при стимуляции n. tibialis с частотой 150 имп/с [18] определяли время нарастания электрически вызванного сокращения. Точность измерения составляла 2 мс.

Для определения максимальной скорости развития изометрического напряжения (d P /dt) применяли дифференцирование тендограмм.

Пассивное растяжение. Максимальное пассивное растяжение ТМГ создавали выносными амортизаторами профилактически‑нагрузочным костюмом «Пингвин»[1] [19]. Величина усилия амортизаторов при суставной угле в коленном суставе 180 ^° составляла 1.5‑2.5 кГс, что приводило к максимальному тыльному сгибанию стопы под углом 10 ^°. Время пребывания испытуемых в таком положении, учитывая возможность изменения положения тела в течение дня, составляло приблизительно 4¾5 часов в день от общего времени (10 часов) «ношения» профилактически нагрузочного костюма «Пингвин».

Силовые свойства. После 60‑суточной АНОГ все силовые показатели ТМГ были значительно снижены по сравнению с исходными данными. Так, изометрическая Р_ос уменьшалась в среднем на 17 % [10,0 ± 1,8 кг против 8,3 ± 1,4 кг; р < 0.05], МПС ¾ на 28,5 % [39,3 ± 3,6 кг против 28,3 ± 3,2 кг; р < 0.05], Р _о ¾ на 19,4 % [63,0 ± 5,8 кг против 50,8 ± 2,3 кг; р < 0.05]. МПС как до, так и после АНОГ была постоянно меньше по сравнению с Р _о.

Величина Р_д после 60‑суточной АНОГ с использованием продолжительного пассивного растяжения ТМГ увеличилась в среднем на 20,6 % [37,3±1,8 % против 45,0±3,1 %; р < 0.02].

Скоростные свойства. ВОС, как обратная величина скорости сокращения, и время 1/2 ПР после механической разгрузки с использованием продолжительного пассивного растяжения ТМГ практически не изменилось. Так, ВОС после 60‑суточной АНОГ составило 133 ± 7 мс против 132 ±5 мс; а 1/2 ПР ¾ 98 ± 3 мс против 96 ± 10 мс, соответственно. ОВС незначительно увеличилось на 6,5 % [444 ±32 мс против 472 ± 26 мс; р < 0.05].

Скоростно‑силовые свойства. Уменьшение МПС (28.5 %) было связано с существенным замедлением скорости развития напряжения во время произвольного изометрического сокращения и снижением величины максимальной dP/dt (0.11 ± 0,04 кг×мс^-1 после 0.14 ± 0,06 кг×мс^-1) когда измерено в абсолютных величинах. Нормализованная величина (% МПС) dP/dt уменьшилась на 37,5 % (р < 0.05). Однако, анализ кривой развитяи электрически вызванного сокращения не показал существенных различий P > 0.05), в то время как максимальная dP _ос /dt слегка увеличилась (на 5,4 %).

Под действием внешней нагрузки мышца деформируется (растягивается) и в ней возникают упругие силы,стремящиеся вернуть мышцу в исходное состояние.При этом работа,затраченная на деформацию, переходит в ‘энергию упругой деформации. С ростом деформации растут

и упругие силы. При равенстве величины упругой силы внешней нагрузке деформация останавливается. Следовательно, каждой длине мышцы (степени ее деформации) отвечает соответствующее напряжение..Увеличить напряжение невозбужденной мышцы можно только увеличивая ее нагрузку.

В качестве примера на рис 4 приведена обобщенная кривая «длина – напряжение «;. н а рис 10 - аналогичные кривые,полученные на трехглавой мышце плеча человека.

Зависимость между длиной мышцы и деформирующей ее силой была изучена еще Вебером в 1846 году. Им было показано, что по мере деформации мышцы одинаковая прибавка растягивающего мышцу груза вызывает все меньшее приращение ее длины. Форма кривой близка к гиперболе В определенном диапазоне длин эта связь лучше выражается уравнением экспоненты: логарифм напряжения линейно растет с ростом длины. При растягивании пассивной мышцы ее упругое напряжение прогрессивно возрастает в пределах растяжения до двух раз от равновесной длинны. Большинство мышц при максимальном суставном угле имеет длину, которая примерно на 20% больше равновесной, что отвечает максимальной силе тяги мышцы в условиях ее натуральной иннервации

Список литературы

1. Григорьева Л.С., Козловская И.Б. Влияние невесомости и гипокинезии на скоростно-силовые свойства мышц человека // Космич. биол. и авиакосмич. мед. - 1987. - 21. - C. 27-30.

2. Коряк Ю.А. Исследование скоростно-силовых свойств мышечного аппарата человека // Резерв. возможности организма спортсменов (Каражанов Б.Б., ред.). - Алма-Ата: КазИФК, 1985. - C. 86-97.

3. Христова Л.Г., Гидиков А.А., Асланова И.Ф. и др. Влияние иммерсионной гипокинезии на потенциалы двигательных единиц мускулатуры человека // Косм. биол. и авиакосмич. мед. - 1988. - 22. - P. 39-43.

4. Antonutto G., Capelli C., Cirardis M. et al. Effects of microgravity on maximal power of lower limbs during very short efforts in humans // J. Appl. Physiol. - 1999. - 86. - P. 85-92.

5. Bell D.G. Jacobs I. Eleciro-mechanical response limes and rate of force development in males and females // Med. Sci. Sports Exerc. - 1986. - 18. - P. 31-36.