6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Багатоканальна_електростимуляція_Давиденко_В_Ю_

В зависимости от назначения электростимуляторов все они комплектуются соответствующим набором электродов (рис. 3.3.)

Для воздействия непосредственно на мелкие мышцы или на двигательные точки используют электроды малых размеров.

При биактивной технике ЭС оба электрода одинаковой площади накладывают на стимулируемую мышцу или группу мышц поперек мышечных волокон.

Перед наложением электродов на тело их гидрофильные прокладки или чехлы смачивают в обычной воде. Или в иных (других) случаях используется токопроводящий гель и электроды плотно фиксируются застежками.

При наложении электродов на поверхность стимулируемой зоны придерживаются требований:

–электроды не должны касаться друг друга, расстояние между ними должно быть не менее 1 см;

–межэлетродный промежуток не должен заполняться токопроводящим

гелем;

–электроды должны плотно фиксироваться;

–при наличии в местах наложения электродов царапин, потертостей, родинок во избежание неприятных ощущений эти места изолируются пластырем.

Чрезвычайно удобными являются самоклеющиеся электроды однократного применения санкт-петербургской фирмы ИНИСС. Они обеспечивают прочный электрический контакт с кожей пациента по всей поверхности соприкосновения, сохраняют нормальное кровобращение и лимфоток. И немаловажное – медицинский персонал избавляется от необходимости трудоемкого использования систем крепления, экономится время при подготовке к проведению процедуры, сама подготовка проводится эстетично и расширяются возможнотси косметологических процедур.

Основные типоразмеры таких электродов показаны на рисунке 3.4.

а б в

Рис.3.4. Типоразмеры электродов однократного применения фирмы ИННИС. а – точечный электрод 25 х 35 мм; б - точечный электрод 15 х 15 мм; в – полосковый электрод 15 х 200 мм и 30 х 200 мм.

При воздействии на поперечно-полосатую мускулатуру мышцы в продольном направлении заключается между электродами.

Общая схема аппликации электродов и подключения выходов стимулирующих импульсов показано на рисунке 3.5

60

Рис.3.5. Схема аппликации электродов и составления программы электростимуляции

а

61

б

в

Рис. 3.6. Продольная (а) поперечная (б) и перекрестная (в) аппликация электродов.

Втех случаях, когда вызывать движения нежелательно, расположенные мышцы (например, при гипсовой иммобилизации или воздействии на сустав) применяется поперечная или перекрестная аппликация электродов (рис. 3.6.)

Вотдельных случаях для воздействия на кожу, мелкие мышцы. околосутавные структуры и др. используют технику подвижной стимуляции или электромассажа с применением одного подвижного электрода специальной конструкции и второго неподвижного (индиферентного) больших размеров. Техника

иметодика электромассажа подробно описаны в пособии «Электромассаж и самомассаж».

3.7Оценка и контроль функционального состояния нервномышечной системы и длительность сеанса электростиму ляции.

3.7.1Введение. Краткий литературный обзор. Обоснование целей и задач исследования.

Электростимуляция нервно-мышечных структур получила чрезвычайно широкое распространение при лечении и коррекции двигательных нарушений различного генеза, а также в области профилактики последствий гипокинезии и в спортивной медицине. В последние годы электростимуляция довольно активно внедряется в косметологию, коррекцию и реконструкцию фигуры.

Анализ многочисленных публикаций о применении электростимуляции мышц в клинической и спортивной практике показывает, что подавляющее большинство их посвящено обоснованию параметров и режимов стимулирую-

62

щих сигналов и режимов стимуляции [1...15 и др.]. В то же время весьма важный вопрос об оптимальной длительности сеанса электростимуляции, наиболее адекватной для процессов восстановления или улучшения функции нервномышечных структур, еще требует своего решения. Так, продолжительность сеанса электростимуляции определяется умозрительно и, по современным методикам, колеблется от 10 до 30 минут, не отличаясь от длительности большинства физиотерапевтических процедур.

Основные фундаментальные положения метода электростимуляции разработаны еще не до конца, электростимуляция у различных субъектов проводится по общим стандартным рекомендациям. Между тем, у каждого из пациентов имеются существенные различия в функциональном состоянии нервномышечных структур. При этом процедура электростимуляции, незначительно влияющая на нервный аппарат и мышцы в одних случаях может иметь чрезмерную длительность в других , тем более больного человека (приводя к истощению нервных приборов, изменениям биохимизма мышц и нежелательным последствиям) и недостаточную продолжительность в третьих.

Втаких условиях электростимуляция даже оптимальными по форме и режиму подачи импульсов не только не способна улучшить состояние пациента, но и может оказать повреждающее, угнетающее воздействие на нервномышечные структуры.

Отсутствие обоснованных критериев выбора времени сеанса электростимуляции на практике приводит к получению отрицательных результатов и дискредитации метода в глазах как больных так и специалистов.

Вто же время недостаточное по времени воздействие на нервномышечный аппарат сопровождается малым лечебным или стимулирующим эффектом.

Впроцессе элекростимуляционного воздействия функциональное состояние нервно-мышечного аппарата меняется. Мышца утомляется и ее сократительная способность падает. Это физиологическое явление и должно быть положено в основу разработки электростимуляторов с биологической обратной связью (БОС).

БОС представляет собой комплекс процедур, при проведении которых осуществляется непрерывный, тщательный мониторинг физиологических показателей с помощью компьютерной (или иной) техники в реальном масштабе времени.

Результаты, полученные экспериментаторами и врачами [16,17] свидетельствуют о существенном росте интереса к методам биоуправления, разнообразным возможностям его применения в клинике.

Система БОС – одна из форм биотехнического управления (в русскоязычной литературе часто используется термин "адаптивное биоуправление"[18,19]). Теоретической основой адаптивного биоуправления является теория автоматического регулирования (рис. 3.7) и формальных противоречий не имеет. Однако на пути практического решения мы сталкиваемся с рядом трудностей. Основная из них состоит в том, что "средняя физиологическая норма"

63

здорового человека, полученная на основе обследования большого числа лиц, оказывается весьма приближенной и не может быть использована при аппаратном контроле состояния конкретного индивидуума. Как показали многочисленные исследования [20,21 и др.] физиологическая норма является сугубо индивидуальной и зависит от: возраста, пола, генетических и фенотипических особенностей, привычной среды обитания и др.

Общепринятые в медицине средние показатели физиологической нормы и вариации параметров функциональных систем могут быть использованы в качестве обобщенной оценки здоровья популяции. Для осуществления строгого контроля за динамикой функционального состояния человека требуется точное измерение индивидуальных вариаций параметров основных функций организма

Обычный контур обратной связи

Входной

Возмущение

Σ

Сигнал

Регулятор

Управляющее

Объект

сигнал

ошибки

действие

управле-

Выходная

ния

величина

Контур

"адаптивно-

го" управле-

Оптимальная настрой-

Вычисление критерия

Идентификация пара-

качества как функции

ка параметров

регулируемых парамет-

метров объектов

ров

Рис. 3.7. Функциональная схема системы одаптивного управления (по Дж.Милсуму, 1972).

Следующей трудностью является отсутствие портативных электронных устройств, позволяющих осуществлять контроль за динамикой нескольких физиологических параметров одновременно в сопоставлении с их исходными индивидуальными значениями. Поддержание определенного функционального состояния обеспечивается взаимодействием ряда систем организма, следовательно, системы контроля должны позволять оценивать это взаимодействие и сравнивать его с "паттерном состояния". Отдельные физиологические переменные могут быть стабильными, а потому мало информативными для контроля за изменением состоянияотдельногооргана, системыиорганизма вцелом.

Основными показателями функционального состояния мышц являются:

•сила сокращения;

•скорость сокращения;

64

• работоспособность.

Из классической физиологии известно, что в эксперименте на отпрепарированной мышце мы можем отследить изменение функционального состояния при различных условиях эксперимента. Так при электростимуляции нервномышечного препарата, мы можем первые признаки утомления наблюдать по увеличению продолжительности фазы расслабления. По мере утомления уменьшается и амплитуда сокращения, а еще больше увеличивается фаза расслабления (рис. 3.8).

Эта закономерность была взята на вооружение изобретателями в надежде разработать программируемый самонастраивающийся электростимулятор с обратной связью.

1 2 3

4 5 6

Рис.3.8. Схема последовательности изменения параметров одиночного сокращения нервно-мышечного препарата при утомлении.

Однако, несмотря на, то что было получено авторское свидетельство на изобретение [22], практически замысел реализовать не удалось. Не увенчались успехом попытки реализовать идею использования для БОС биоэлектрическую активность мышц (ЭМГ) из-за сложности технического решения [23].

Более успешно БОС применяется при функциональной электростимуляции для восстановления лекомоций у больных с параплегией.

После инсультов и спинно-мозговых травм часто утрачивается способность к управлению нижними конечностями. Это резко ограничивает самостоятельность больных в повседневной жизни. Во многих странах ведутся работы в направлении восстановления утраченных функций путем использования нейропротезов - устройств, создающих электрическую стимуляцию мышц в обход поврежденных звеньев нервной системы. В работах [24,25] применение систем функциональной нервно-мышечной стимуляции (ФНС) для восстановления функций парализованных нижних конечностей рассматривается с точки зрения управления такими системами. В отличие от способов, основанных на возбуждении рефлекторных реакций, их подход предусматривает непосредственное электростимуляционное управление парализованных мышц. При помощи ЭВМ разработанные авторами образцы ФНС дают парализованным пациентам возможность ходить до 8 км в день, преодолевать препятствия, подниматься и спускаться по лестнице (рис. 3.9).

65

В этой связи весьма актуальным является поиск объективных, научно обоснованных критериев, которые позволили бы определить, в какой момент времени целесообразно прекращать миостимуляцию для получения максимального положительного результата у данного субъекта. Так, Н.И. Путилин [26] указывал, что необходим надежный контроль за эффектом электростимуляции, который давал бы возможность прекратить воздействие на нервномышечный аппарат и не допустить перехода утомления в переутомление, особенно опасное при патологических состояниях. Трудности решения проблемы усугубляются тем, что электромиографические данные не могут быть использованы для этой цели, а также необходимостью достигать при электростимуляции определенную степень утомления для повышения работоспособности путем тренировки.

управление
сенсоры	элементы питания
элементы питания

сенсоры

Рис. 3.9. Система многоканальной электростимуляции с обратной свя-

зью [25].

Перед нами стояла задача изучить изменения температуры кожи в области сокращающихся мышц в процессе их произвольной работы и электростимуляциии и сопоставить их с данными объективного контроля с помощью гло-

66

бальной и интегральной электромиографии и динамометрии и субъективными ощущениями исследуемых в динамике определенного режима мышечных сокращений при электростимуляции и активной мышечной деятельности .

При этом мы исходили из имеющихся в литературе сведений о том, что локальное повышение температуры является следствием усиления термогенеза работающей мышцы и увеличения регионального кровотока.

3.7.2Материал и методика исследования

Спомощью интегральной и глобальной электромиографии (ЭМГ), термографии, динамометрии и стимуляционной электронейромиографии (ЭНМГ) обследовано 25 здоровых испытуемых в возрасте то 19 до 29 лет. Проведено 3 серии опытов.

В 1-ой серии опытов испытуемые активно сокращали мышцы-сгибатели правого предплечья, сжимая пальцами резиновое кольцо с максимальным усилием. Режим работы: сокращение мышц в течении 2-2.5 секунд.

Во 2-ой серии опытов испытуемые подвергались стимуляции мышцсгибателей правого предплечья, в результате которого происходило сжатие пальцев кисти. При этом испытуемые должны были активно сокращать раздражаемые током мышцы, усиливая движения, вызываемые миостимуляцией.

В3-ей серии опытов проводили миостимуляцию по схеме, аналогичной режиму 2-ой серии, но испытуемые получали указание не производить произвольных движений стимулируемыми мышцами. Проведение опытов 3-ей серии имело целью смоделировать состояние, близкое состоянию, возникающему при денервации.

Регистрация физиологических параметров проводилась в динамике мышечной работы или ЭС, продолжавшейся до отказа от работы вследствие значительного ослабления сокращений при появлении признаков выраженного утомления. Термография осуществлялась с помощью многоканального термографа автоматически, в заданном режиме осуществляющего графическую регистрацию кожной температуры испытуемого использовались поверхностные электроды, укреплявшиеся над сокращающимися мышцами, а также в симметричных точках интактных конечностей.

ЭМГ и ЭНМГ проводились с помощью миографической системы MG-42 "Medicor"; точность регистрации параметров составляла до 0,03 мс и 0,5 мкв. При глобальной электромиографии оценивали амплитуду суммарной биоэлектрической активности максимального мышечного сокращения, при интегральной – записывали в условных единицах площадь электромиограммы. Стимуляционное электронейромиографическое исследование заключалось в регистрации амплитуды вызванного стимуляцией серединных нервов максимального мышечного ответа (М-ответа), а также в определении числа функционирующих двигательных единиц в мышцах предплечья и кисти.

При динамометрии с помощью пальцевого динанометра определяли величину максимального усилия стимулируемых и работающих в режиме активных сокращений мышц.

67

Одновременно с регистрацией параклинических параметров фиксировали ощущения испытуемых, сведения о времени появления и нарастания субъективных признаков утомления заинтересованных мышц и общей реакции организма.

Всего проведено 72 опыта, в процессе которых постоянно регистрировали параметры функционального состояния нервно-мышечных структур испытуемых.

3.7.3Результаты исследования

Проведено 38 опытов, в которых у испытуемых предварительно определяли фоновые параметры, затем испытуемые начинали производить мышечные сокращения в заданном режиме при многократном определении параметров функционального состояния нервно-мышечной системы и температуры.

При анализе полученных данных выявлены следующие закономерности. У всех испытуемых обнаруживалась определенная зависимость в изменениях температурных кривых, показателей динамометрии и электромиографии, а также субъективных проявлений утомления.

Так, в начальном периоде работы температура над работающими мышцами повышалась весьма интенсивно, примерно на 0,2-0,4 и более градусов за каждые 3 минуты (температурные параметры в одной и той же точке регистрировалась через каждые 1,5 минуты). В первой фазе этого периода максимальная мышечная сила, развиваемая работающими мышцами, обычно повышалась по сравнению с исходной. Затем по мере нарастания ощущения утомления и падения работоспособности, выражавшемся в снижении показателей динамометрии и амплитуды максимального мышечного сокращения, прирост температуры в единицу времени становился все менее выраженным, и подъем кривой, становясь все менее крутым, переходил в плато. Характеризуемый период работы мышц отражен на рис.3.10., к нему относятся участки графиков между точками А и Б. В конце периода А-Б обычно уже недостаточно силы, развиваемой при сокращении мышцами предплечья, для поддержания величины максимального усилия на постоянном уровне; поэтому в мышечное сокращение начинают включаться новые, не работавшие первоначально мышцы предплечья и плеча, происходит как бы генерализация площади, захватываемой мышечным сокращением. Это проявляется повышением температуры над не работавшими ранее мышцами, появлением и возрастанием их биоэлектрической активности.

Включение дополнительной мускулатуры в движение, осуществляется первоначально меньшим числом мышц, свидетельствует о появлении и прогрессировании утомления в первоначально работающих мышцах и контролирующих их центрах нервной системы, а также о снижении дифференцированности этого движения. Кроме того, при этом возрастают затраты энергии на движение, которое в начальной фазе опыта выполнялось более экономно. В конце периода А-Б возрастает утомление, несмотря на подключение дополни-

68

тельной мускулатуры, происходит падение величины максимального мышечного усилия. Однако в этой конечной фазе периода А-Б еще возможно уменьшение или исчезновение субъективных признаков утомления, то есть возможна адаптация и подъем показателей динамометрии.

F, кг

toC
37				2	1
					3
36	780				4
				4100
35				6	5
Фон 0		15	30	Время, мин.
		Миостимуляция

Рис. 3.10. Изменение функциональных показетелй в процессе электростимуляции мышц предплечья: 1 – самочувствие; 2 – показатели силы сгибатели срединного и безымянного пальцев при супрамаксимальной стимуляции через нерв; 3,4 – показатели температуры кожи над стимулируемыми мышцами в различных точках; 5 – показатели силы сгибания срединного и безымянного пальцев при максимальном волевом усилии; 6 – амплитуда М-ответа.

Адаптация эта, однако, имеет нестойкий характер, и при ней во всех случаях не достигается величины исходных параметров.

Через короткий период (Б-В) состояние адаптации к мышечной нагрузке сменяется резким падением показателей функционального состояния нервномышечных структур (период В-Г). При этом, несмотря на продолжающуюся мышечную работу, не происходит повышения температуры над её работающими мышцами или наступает даже понижение её.

Температура, регистрируемая в наших исследованиях, определяется двумя факторами: кровотоком через работающие мышцы и метаболическими процессами в них. Мы полагаем, что при определенной продолжительности мышечной работы постоянной интенсивности вслед за нарастанием кровообеспечения мышцы термогенеза достигаются их максимальные показатели, перестают расти кровоснабжение мышцы и интенсивность обменных процес-

69

сов в мышечной ткани. В этой связи плато на кривых теплообразования, повидимому, следует рассматривать как достижение некоторого константного уровня в кровообеспеченности и обмене веществ в мышце. Период адаптации сегмента А-Б может отражать изменения в соотношении аэробных и анаэробных процессов мышце.

Падение силы мышечного сокращения (период В-Г) является следствием его неадекватного энергообеспечения работающих мышц в условиях продолжающихся сокращений.

Необходимо разграничить состояние компенсируемого и некомпенсируемого утомления, возникающих в процессе мышечных сокращений. Мы исходим из того, что состояние, при котором еще возможна адаптация (то есть поддержание на высоком уровне волевого мышечного сокращения, является компенсируемым утомлением. От него отличаем состояние некомпенсированного утомления, при котором падение показателей при дальнейшем продолжении мышечных сокращений не сопровождается возникновением адаптации, а наоборот, приводит к еще более выраженному ухудшению функции мышцы, возникновению чувства сильного утомления, появлению мышечных болей и утрате способности мышцы совершать эффективную работу.

Как показано на графике, вслед за периодом В-Г следует отказ от работы вследствие сильного утомления, невозможности сокращения мышц и осуществления произвольной мышечной деятельности, падения силы сокращения до 0. Хотя сила сокращения при стимуляции их через нерв, остается еще довольно высокой. Как указано выше, динамика изменений температурных кривых и функциональных показателей мышечной деятельности, а также субъективных ощущений в процессе мышечной работы у различных испытуемых была одинаковой, варьировало лишь время эксперимента, то есть длительность работы до полного её прекращения от 25 до 45-55 минут.

При постановке опытов 1-ой серии принимали во внимание то очевидное обстоятельство, что выявленные закономерности будут иметь место при ином режиме работы, в частности, при электростимуляции с наличием активных произвольных мышечных сокращений (серия 2) или без них (серия 3).

На основании данных, полученных в опытах 1-ой серии, могут быть сделаны следующие выводы.

1.Субъективное ощущение усталости не может служить критерием для прекращения сеанса электромиостимуляции, так как на фоне возникающего чувства мышечного утомления наблюдаются несколько периодов адаптации к мышечной деятельности.

2.Динамика показателей динамометрии и ЭМГ не может предоставить критерии для решения вопроса о продолжительности сеанса электростимуляции, так как, в процессе эксперимента имеются несколько периодов падения величин этих показателей с последующим восстановлением.

3.Объективную информацию, пригодную для решения вопроса о максимальной длительности миостимуляции, можно получить на основании сопос-

70

тавления изменений температурных кривых, отражающих теплообразование в работающих мышцах, с показателями функционального состояния мышечной системы и субъективными ощущениями больного или испытуемого.

При этом на основании анализа температурной кривой можно прийти к заключению, что состояние переутомления наступает на фоне стабилизации температуры (плато кривой), когда температурные показатели не обнаруживают сколько-нибудь значимых изменений или уменьшаются в процессе мышечной работы. При этом состояние равновесия обменных процессов в нервномышечной системе становится неустойчивым, что находит отражение в колебании функционального состояния от утомления до адаптации и наоборот.

С учетом того обстоятельства, что у больных с патологией нервномышечной сферы страдают механизмы компенсации, и периоды адаптации могут быть не выражены, существует реальная опасность перехода утомления у таких лиц в переутомление. В этой связи целесообразно прерывать ритмическую мышечную работу (или сеанс электростимуляции) одновременно с достижением температурной кривой своей максимальной точки, при переходе ее в плато, когда резко уменьшается прирост температуры за единицу времени ( не превышает 0,1 С за 3-4 минуты).

При прекращении прироста температуры или резком его ограничении, несмотря на продолжаюшуюся мышечную работу (равно как и миостимуляцию) достигается состояние утомления, объективно регистрируемое в виде падения показателей мышечной силы или амплитуды ЭМГ и необходимое для тренировки мышц и прироста мышечной силы. Именно по достижении плато на температурной кривой обеспечивается максимальный кровоток через сокращающуюся мышцу и максимальная интенсивность обменных процессов без опасности перехода состояния утомления в переутомление с последующим срывом компенсирующих механизмов.

Таким образом можно сформулировать следующий вывод:

4. Наиболее целесообразно заканчивать сеанс электромиостимуляции в период прекращения или резкого ограничения прироста температуры кожи, регистрируемой в области над работающими мышцами. При этом достигается оптимальный кровоток через сокращающуюся мышцу, наибольшая интенсивность обменных процессов без опасности срыва механизмов компенсации и возникновения состояния переутомления и истощения нервно-мышечных механизмов. Дозируемая таким образом мышечная нагрузка обеспечивает тренировку механизмов адаптации. Другими словами – такой режим стимуляции является оптимальным для укрепления и развития периферической кровеносной сети.

Результаты опытов 2-ой серии

Проведено 20 опытов (стимулировались мышцы-сгибатели предплечья, испытуемые получали указание активно производить возникающие при этом движения).

71

Динамика показателей, регистрировавшихся у испытуемых 2-ой серии, не отличались по своему характеру от изменений одноименных параметров в опытах первой серии. Отмечено, что утомление в связи с использованием миостимуляции в режиме 2,5-секундного сокращения и аналогичной паузы наступает позднее, чемпри активной мышечной работебез применения стимулятора.

Результаты 3-ей серии опытов

Проведено 14 опытов со здоровыми испытуемыми, у которых стимуляции подвергали мышцы предплечья. При этом сокращения мышц под влиянием импульсов от электростимулятора не сопровождались активными движениями испытуемых.

Динамика зарегистрированных показателей не отличалась от результатов опытов предыдущих трех серий, однако величина прироста температуры была несколько меньшей.

Таким образом, электростимуляции и произвольной мышечной деятельности присущи общие закономерности динамики термогенеза, соотношения процессов утомления и адаптации, динамометрических показателей.

Заключение

Выводы, сделанные на основании наших данных, подтверждаются заключением В.Б.Лысенко и В.И.Тхоревского [27] о том, что изменения кровоснабжения, наступающие в результате электростимуляции и физической нагрузки, идентичны.

Поскольку ход окислительно-восстановительных процессов в мышцах в значительной мере определяется их кровоснабжением, становится очевидным, что наш вывод относительно наличия общности изменений мышечной силы, термогенеза и субъективно ощущаемого чувства утомления при электростимуляции и при физической нагрузке вполне правомерен.

Взависимости от состояния стимулируемых нервно-мышечных структур

иразличий режимов электростимуляции ( разной длительности мышечного сокращения, паузы между стимулирующими сигналами) изменяются только временные параметры исследованных функций: раннее или позднее утомление переходит в переутомление, повышается и затем понижается мышечная сила. Однако направленность сдвигов, закономерность в последовательности изменений и соотношения между изменениями теплообразования в мышцах, утомления и мышечной силы не нарушаются.

Г.Ф.Колесников [7,8] ранее указывал, что при снижении любого параметра, характеризующего величину мышечного сокращения, более чем на 30% от исходного, продолжение электростимуляции нецелесообразно, так как наступает утомление. Однако величину мышечного сокращения нельзя определить при утрате произвольных движений в результате центрального или периферического паралича. Н.И.Путилин [26] также высказывался о непригодности данных ЭМГ для решения вопроса о длительности сеанса электростимуляции и о необходимости достижения при миостимуляции некоторой степени утомле-

72

ния для повышения работоспособности путем тренировки. Автор предостерегал от опасности перехода утомления в переутомление.

Наши данные также свидетельствуют о том, что при решении вопроса об оптимальной длительности сеанса электростимуляции нельзя исходить из ЭМГ-результатов, так как в динамике миостимуляции или мышечной работы наличиствует несколькопериодов существенного подъема и спада амплитуды ЭМГ(а также М-ответа, показателей интегральной миограммы). Для одного больного или здорового испытуемого потеря 30% величины мышечного усилия является существенной утратой сил и показателем глубокого утомления, для другого (в зависимости от исходной величины силы, состояния нервномышечного аппарата, вида патологии) – не является препятствием для продолжения эффективной работы. На величину ЭМГ, а также величину максимального мышечного усилия влияют и состояние нервных центров, и способность человека к мобилизации. Мышечная сила характеризуется не только максимальной амплитудой, но и способностью более или менее длительное время сохранять величину мышечного усилия на определенном уровне.

Поэтому наиболее точные критерии для решения вопроса о прекращении сеанса электростимуляции может дать анализ теплообразования в мышцах, регистрируемого в области кожи над сокращающейся мускулатурой.

На основании изложенного следуют выводы:

1.Субъективное ощущение утомления не может служить критерием для прекращения сеанса электростимуляции, так как на фоне наступающего чувства мышечного утомления наблюдается несколько периодов адаптации к мышечной деятельности.

2.Показатели динамометрии и ЭМГ не являются критерием для решения вопроса об оптимальной продолжительности электростимуляции, так как в процессе миостимуляции имеется несколько периодов существенных колебаний этих показателей.

3.Объективную информацию, пригодную для решения вопроса о продолжительности сеанса электростимуляции мышц, можно получить на основании сопоставления изменения температуры кожи в области работающих мышц

споказателями их функционального состояния и субъективными ощущениями утомления больного или испытуемого.

При прекращении прироста температуры, регистрируемой над сокращающимися мышцами, или при резком ограничении этого прироста констатируется состояние утомления, необходимое для тренировки мышц и прироста мышечной силы. В этой связи электростимуляцию под контролем электро-кожной термометрии, производящейся с области над работающими мышцами, целесообразно продолжатьдомоментапереходавосходящейчаститемпературнойкривойвплато.

Практические рекомендации

1.Электростимуляцию следует проводить под термографическим контролем путем регистрации температуры кожи над сокращающимися мышцами.

2.Длительность сеанса электростимуляции должна определяться индивидуально при каждом сеансе миостимуляции в связи с возможностью перехода утомления в переутомление и истощение нервно-мышечных механизмов.

73

3. Показанием для прерывания сеанса электростимуляции служит резкое ограничение прироста температуры за единицу времени (до 0,1 С за 3-4 минуты) или его полное прекращение.

ГЛАВА 4. БИОХИМИЧЕСКИЕ И МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СРОКАХ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ

Огромный материал клинического применения ЭС при различных поражениях нервно-мышечной системы показывает, что многие методы ЭС оказываются эффективными даже в тех случаях, когда другие средства лечения существенно помочь не могут.

Экспериментальные исследования при различных видах денервации показали, что ЭС мышц при этом задерживает уменьшение их массы, снижение уровня энергетических резервов, активности ряда ферментов и функциональных возможностей, а также, изменения соотношения между структурными элементами. В результате этого работоспособность денервированных мышц, подвергавшихся ЭС, гораздо выше, а утомление при работе наступает значительно позже, чем денервированных, но не стимулированных. ЭС денервированных мышц значительно увеличивает их кровоснабжение и содержание миоглобина в них, приводит к увеличению содержания в мышцах креатина, креатинфосфата, АТФ, гликогена, задерживает изменения в белках, уменьшает снижение активности АТФ – креатинфосфоферазы, дегидразы. Таким образом, ЭС денервированных мышц, изменяя течение биохимических процессов в них, тем самым задерживает их атрофию, поддерживает их работоспособность.

Гораздо меньше работ посвящено ЭС здоровых мышц. Однако, следует отметить, что имеются данные, сыгравшие известную положительную роль в создании биохимических и физиологических основ физической тренировки, которые получены при ЭС здоровых мышц. Они стали уже хрестоматийными и признаны как данные, полученные при физической тренировке.

4.1Особенности состава и обменных свойств стимулированных мышц

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 со-

74

держания белков в тренированной мышце свидетельствует о глубоком, коренном измененииобмена белков вскелетныхмышцахподвлиянием ЭС[1,2].

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 [3], 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 [4] 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.

Вряде работ влияние ЭС на окислительно-восстановительные процессы авторы оценивали по содержанию в мышцах окислительновосстановительного 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.

Всвоих ранних работах, применяя ЭС 2 раза в день по 20 минут для тренировки задней конечности кролика и определяя окислительновосстановительный потенциал экстрактов из этих мышц, он показал, что ЭС

обуславливает сдвиг кривых падения редокс-потенциала (Eh) 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 [5].

Сходные результаты были получены при изучении редокс-потенциалов целых мышц кроликов [6]. Установлено, что ЭС мышцы приводит к изменению соотношения между окисленными и восстановленными фазами окисли- тельно-восстановительных систем в направлении относительного нарастания восстановительных фаз. Важно подчеркнуть, что авторы отмечали возникнове-

ние 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 [7]. Доказано, что ЭС вызывает повышение анаэробного и эаробного окисления в мышечной ткани.

75

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 [8].

При ЭС мышц увеличивается количество миоглобина в них [9]. 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 [10], 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

впредварительно 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 [12], играющих важную роль в энергетике мышечных сокращений.

Р.В. Чаговец [11,12], 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

вмышце, 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 [13].

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 [7], 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

76

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 [14,15] 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 [16].

A. Nowakowska [17] 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.

4.2Содержание кофермента ацетилирования (КоА) и ацетилирующая способность скелетных мышц при больших нагрузках

Е. Ф. Сопин и соавт. [18] 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

77

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 уровнякоферментаацетилированияиацетилирующей 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 [19], пытаясь проверить данные, полученные Н.Н. Яковлевым [7] 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.

78

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 даженесколькосотразвдень, тоувеличения силынепроизойдет.

Еще в 1941 г. в своих ранних исследованиях Нобелевский лауреат по электрофизиологии Дж. Экклз [20] на обширном экспериментальном материале доказал, что качество электростимуляционного воздействия на мышцы зависит от того, насколько физиологично проводится этовоздействие. 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 достаточностимулировать этимышцынесколькоминутв день.

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

Всвязи с этим нами [21] 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.

4.3АТФ-азная активность и интенсивность накопления Са2+ при различной продолжительности электростимуляции

Впроведенных исследованиях с целью характеристики состояния обменных процессов определяли содержание аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), креатинфосфата (КФ) и неорганического фосфата в мышечной ткани. Исходя из важной роли саркоплазматического ретикулума мышечного волокна

в процессе сокращения-расслабления изучали также АТФ-азную активность и потребление кальция (Са 2+) в этой структуре.

Исследования проводили на взрослых кроликах весом 1800-2500 г. Стимуляция осуществлялась с помощью электростимулятора ПМС-2. Длительность одиночного импульса 0,7-0,8 мс. Длительность фазы модулированного сигнала 2 с (период напряжения 0.6-0.8 с, расслабления – 1.2- 1.3 с, т.е. 30 сокращений в минуту). Стимулировали мышцы правого бедра

79