Abstract

În urma exercițiilor excentrice, creșterile în lungimea mușchilor modifică relația lungime-tensiune a mușchiului scheletic. Cu toate acestea, este neclar dacă această schimbare are loc în timpul exercițiului excentric. Prin urmare, 70 de acțiuni excentrice ale extensorilor genunchiului unui picior (cu stimulare electrică suprapusă) au fost efectuate la 100 °/s, de la extensie completă până la flexie completă. Forța excentrică specifică unghiului a fost înregistrată pe tot parcursul. Forța a scăzut la toate unghiurile, deși aceasta a fost neuniformă. La 70 °, forța a scăzut cu 25%, în timp ce la 130 °, forța a scăzut cu 41%. Forța inițială de vârf a fost înregistrată la 100 ° (590 ± 232 N); exercițiul fizic a indus o scădere de 21% a forței de vârf și o schimbare de 10 ° în poziția de producție a forței de vârf la 90 °. Deplasarea spre dreapta a relației lungime-tensiune musculară s-a produs astfel în timpul exercițiului excentric, unde pierderea mai mare a forței la lungimi musculare scurte a sugerat o supra-întindere a sarcomerilor indusă excentric.

Introducere

Acțiunile musculare excentrice neobișnuite pot provoca leziuni ale mușchilor scheletici [1, 2]. Întreruperea miofibrilelor inițiale în urma acțiunilor musculare excentrice a fost atribuită forței musculare [3], tensiunilor ridicate de tracțiune [4] sau un dezechilibru în tensiunea sarcomerului adiacentă [5]. S-a sugerat că sarcomerele adiacente ar putea să nu aibă o relație identică a vitezei forței și, la anumite viteze de alungire, un dezechilibru potențial între tensiunea sarcomerului adiacent poate duce la forțe de forfecare într-o fibră activă [5]. În timpul acțiunilor musculare excentrice, forțele de forfecare dintre sarcomeri pot oferi o explicație pentru întreruperea discului Z observată imediat după exercițiu [5].

Tensiunea generată de un sarcomer depinde în mod critic de lungimea sarcomerului. S-a sugerat că, datorită variațiilor aleatorii ale lungimilor unei serii de sarcomeri, întinderile care apar în timpul acțiunilor musculare excentrice au loc neuniform prin prelungirea rapidă și necontrolată a sarcomerilor dincolo de suprapunerea miofilamentului [6]. Astfel, sarcomerele cu o capacitate de generare a tensiunii care au scăzut odată cu creșterea lungimii (adică cele de pe membrul descendent al curbei lor lungime-tensiune) ar fi predispuse la instabilități în timpul unei acțiuni excentrice; acest lucru poate avea ca rezultat sarcomeri „supra-întinși”. Reducerea suprapunerii miofilamentelor și, prin urmare, reducerea tensiunii la sarcomeri pe membrul descendent al relației lor lungime-tensiune ar putea scădea în continuare prin tensiuni mai mari produse de o serie de sarcomeri pe platou sau membrul ascendent al relației lor lungime-tensiune. O astfel de distribuție aleatorie a lungimilor sarcomerului într-o miofibrilă poate explica parțial natura focală a leziunii induse de contracție [5, 6].

Experimentarea pe segmente de fibre musculare [7] a demonstrat că intervalul de lungimi ale sarcomerului a crescut în timpul unui tetanos maxim și că regiunile care conțin cele mai lungi lungimi de sarcomere (cele de pe membrul descendent al relației lor lungime-tensiune) conțin majoritatea sarcomerilor deteriorați după o singură întindere de 40% tulpină în raport cu lungimea optimă. O consecință a acestor observații este că există o schimbare în relația forță-lungime a mușchiului deteriorat în timpul acțiunilor musculare excentrice [8].

Atât modificările tranzitorii, cât și cele cronice ale lungimii musculare au fost raportate în urma acțiunilor musculare excentrice ale mușchilor scheletici ai mamiferelor. De exemplu, în urma acțiunilor musculare excentrice ale omului triceps surae, s-a observat o schimbare a curbei cuplului-unghi, în concordanță cu o creștere a lungimii mușchilor [8]. În mod similar, o schimbare tranzitorie a forței de contracție izometrică în concordanță cu un om crescut biceps brahii lungimea musculară a fost, de asemenea, raportată [9], iar constatarea a fost raportată și pentru extensorii genunchiului uman [10]. Alții au arătat o deplasare spre dreapta în curba izometrică lungime-tensiune a mușchiului scheletic exercitat excentric, deși magnitudinea deplasării a fost dependentă atât de cantitatea de daune, cât și de oboseală indusă de exercițiu [11-13]. S-a sugerat [14] că seria sarcomerogeneză indusă de efort excentric protejează mușchiul de leziuni excentrice provocate de efort [15], iar acest lucru are ca efect creșterea lungimii musculare.

O caracteristică consecventă a acestor studii anterioare este lipsa măsurilor excentrice ale forței musculare raportate în timpul luptei de exerciții. De asemenea, există rapoarte limitate care utilizează stimularea electrică suprapusă unei acțiuni voluntare maxime - această tehnică are avantajul de a minimiza influența sub-recrutării voluntare a unităților motorii în timpul luptei de exerciții excentrice. Prin urmare, scopul studiului de față a fost de a măsura forța musculară excentrică specifică unghiului în timpul unei acțiuni de acțiuni maxime voluntare musculare excentrice cu miostimulare suprapusă, la oameni. S-a emis ipoteza că modificarea lungimii mușchilor observată de autorii anteriori se dezvoltă în timpul luptei de exerciții și acest lucru ar fi evidențiat de o deplasare spre dreapta a relației articulare unghi-forță musculară către forțe relative mai mari la lungimi musculare mai mari.

Metode

Cu aprobarea corespunzătoare a comitetului de etică, opt subiecți (patru bărbați, patru femei; vârsta cuprinsă între 21 și 31 de ani) au efectuat un singur atac de 70 de acțiuni musculare excentrice folosind extensorii genunchiului unui picior.

Curs de exerciții excentric

Subiecții au efectuat un exercițiu excentric de exerciții culcat predispus pe un dinamometru izokinetic (Kin-Com, Chattecx, TN, SUA). Chingile de fixare au fost plasate în zona pelviană și în partea superioară a piciorului atât al membrelor care se exercită, cât și ale celor care nu se exercită. Pe tot parcursul luptei, fixarea subiectului a fost verificată în mod regulat, iar centrul aproximativ de rotație al genunchiului membrului de exercițiu a fost întotdeauna menținut în linie cu centrul de rotație al brațului dinamometrului. Fiecare acțiune excentrică a fost efectuată la 100 °/s, printr-o gamă de extensie aproape completă (170 °) până aproape aproape de flexie (50 °), unde flexia completă corespundea unei lungimi musculare „lungi” a extensorului genunchiului și extensia completă corespundea unei lungimea musculara 'scurta'. Frecvența de eșantionare a celulei de încărcare a dinamometrului a fost de 200 Hz. Pentru un interval de mișcare de contracție de la 170 ° la 50 °, la 100 °/s, forța dinamometrului a fost eșantionată de 250 de ori. Prin urmare, 250 de puncte de date pentru fiecare contracție de 1,2 s au permis identificarea forței de vârf cu o precizie rezonabilă, cu cel puțin două valori ale forței măsurate pentru fiecare unghi de îmbinare de 1 °.

Înainte de exercițiu („pre-”) și din nou la 5 minute după exercițiu („post”), a fost măsurată forța izometrică maximă de contracție a extensorilor de genunchi exercitați. Subiecții au fost așezați pe dinamometrul izokinetic cu genunchiul poziționat la un unghi de 110 ° flexie a genunchiului. Subiecții au fost instruiți să contracteze maxim extensorii genunchiului izometric timp de 3 secunde. Au fost înregistrate măsuri duplicate.

analize statistice

Datele despre forța de contracție pre-isometrică și post-isometrică au fost comparate folosind un student asociat t Test. Măsurătorile medii ale forței de repetiție au fost analizate folosind analiza varianței (ANOVA) cu un singur factor (numărul de repetiție). Acolo unde este semnificativ (adică. P 2> 0,8. Poziția la care s-a produs forța maximă a fost calculată, iar datele au fost analizate folosind ANOVA cu un singur factor (numărul de repetiție).

Rezultate

Un exemplu de „date brute” este prezentat în Fig. 1. În această figură, este arătată forța excentrică înregistrată pe toată gama de mișcare, cu două contracții secvențiale afișate în fiecare panou. Efortul excentric de exerciții a indus o scădere a forței izometrice maxime de contracție a genunchiului, măsurată la 110 ° flexie a genunchiului, de la 259 ± 55 N pre-exercițiu la 131 ± 42 N după exercițiu (P > 0,001). Deoarece poziția așezată a unghiului genunchiului de 110 ° corespundea poziției înclinate a unghiului genunchiului de 110 °, forța excentrică inițială la acest unghi (559 ± 218 N) a fost cu aproximativ 100% mai mare decât forța izometrică de vârf. Forța excentrică finală măsurată la 110 ° (373 ± 142 N) a fost cu aproximativ 180% mai mare decât forța de contracție izometrică maximă după exercițiu. Forța excentrică medie a scăzut cu 140 N în timpul acțiunii de exercițiu excentric (P > 0,05; vezi Tabelul 1). Scăderea forței excentrice medii a fost cea mai pronunțată între repetarea inițială și a zecea, reprezentând 64% din pierderea totală de forță (P > 0,01).

lungimii

Exemplu reprezentativ de ieșire a dinamometrului izokinetic pentru un singur subiect. Date despre panoul din stânga afișează două repetări excentrice secvențiale la începutul luptei și date despre panoul din dreapta arată două repetări excentrice secvențiale la sfârșitul luptei. Forțele de vârf pentru fiecare competiție au fost obținute utilizând software-ul Kin-Com (datele sunt prezentate sub fiecare curbă forță-unghi și s-a calculat diferența de forță de vârf între fiecare competiție secvențială).

Forța specifică unghiului a scăzut în timpul luptei (P FIG. 2

Rău (n = 8) forța musculară excentrică a extensorului genunchiului uman specific unghiului articulației la început (Iniţială) și sfârșitul (Final) dintr-o singură lovitură de 70 de acțiuni musculare excentrice voluntare maxime cu miostimulare suprapusă. Abaterile standard sunt omise pentru claritate. Montare curbă quadratică cu coeficient de determinare (R 2) și sunt prezentate scăderi relative în vigoare la limitele măsurării

Discuţie

Această investigație a măsurat relația excentrică a forței excentrică a genunchiului și a unghiului articulației genunchiului în timpul unui singur episod de acțiuni maxime excentric voluntare maxime cu miostimulare electrică suprapusă pentru a identifica orice schimbări imediate ale lungimii musculare efective. Atât o scădere a forței excentrice a extensorului genunchiului, cât și forța excentrică a vârfului muscular au fost înregistrate în timpul luptei, deși aceste scăderi nu au fost consistente pe toată gama de mișcare. Prin urmare, prezentul studiu oferă în mod unic dovezi ale unei schimbări a forței excentrice a extensorului genunchiului - relația unghiului articulației genunchiului către o forță relativă mai mare la lungimi musculare mai mari, iar schimbarea are loc în timpul efectuării atacului. Acest studiu este, de asemenea, unic prin faptul că curbele lungime-tensiune sunt derivate din forța excentrică măsurată în timpul luptei și nu din măsurătorile forțelor izometrice obținute la diferite unghiuri articulare.

Forța generată prin prelungirea unui mușchi activ este de obicei mai mare decât forța izometrică a aceluiași mușchi activ, astfel efectul imediat al unei contracții excentrice în urma unei contracții izometrice este o creștere a forței. Cu toate acestea, scăderea forței de vârf excentrică în timpul acțiunilor musculare excentrice efectuate de mușchiul uman, după cum sa raportat în studiul de față, este în concordanță cu lucrările anterioare asupra mușchilor scheletici umani [3, 16, 17]. Scăderea forței pe tot parcursul luptei este probabil o funcție atât a oboselii, cât și a leziunilor [13, 18], deși în studiul de față metoda a permis o perioadă de recuperare între repetări.

Prezentul studiu raportează observarea unei schimbări de aproximativ 10 ° în poziția la care se generează forța excentrică de vârf, indicând o lungime musculară crescută. Acest lucru este în concordanță cu constatările altora [8]. Folosind o curbă unghi-cuplu derivată de contracție izometrică pentru om triceps surae, Whitehead și colab. [8] a raportat o schimbare medie în poziția cuplului maxim de 4,4 ° spre forțe relative mai mari la lungimi musculare mai mari. De asemenea, Yeung și Yeung [12] au raportat o schimbare de 4 ° în unghiul la care cvadriceps cuplul izometric de vârf a avut loc în urma exercițiului excentric și au demonstrat, de asemenea, că deplasarea către lungimi musculare mai lungi ar putea avea loc cu leziuni musculare minime. Diferențele metodologice din prezentul studiu comparativ cu cele ale altora [8, 12, 13] explică probabil diferența de magnitudine a schimbării observate. De asemenea, trebuie remarcat faptul că deplasarea spre dreapta a curbei lungime-tensiune a mușchiului scheletic poate avea loc prin antrenament concentric [22].

Factorii mecanici, cum ar fi forțele musculare mari și ratele de încordare, atunci când sunt generați la începutul unei perioade de exerciții excentrice, pot iniția leziuni musculare [5, 10, 26, 27]. Atunci când magnitudinea și rata de deformare au fost controlate [10], forțele mari în timpul etapelor inițiale ale unui exercițiu excentric pareau a fi un factor determinant major al daunelor ulterioare. În studiul de față, cea mai mare pierdere proporțională a forței s-a produs în primele 10 repetări, adăugând astfel o oarecare sprijin la noțiunea că forțele inițiale mari au contribuit semnificativ la deteriorarea mușchilor. Cu toate acestea, alții [28, 29] au raportat că nu forța mare pare să provoace leziuni musculare în timpul contracțiilor excentrice, ci magnitudinea tensiunii în timpul prelungirii active. În prezentul studiu, gama largă de mișcare utilizată, „preîncărcarea” izometrică și miostimularea suprapusă în timpul activării voluntare maxime au contribuit atât la forța musculară ridicată, cât și la tensiune, făcând astfel imposibilă speculația asupra factorului mecanic care a cauzat schimbarea lungimii musculare optime.

Rezultatele prezentului studiu sugerează că o schimbare a lungimii musculare efective poate să apară în timpul unei perioade de exercițiu excentric, iar acest lucru adaugă o oarecare perspectivă asupra comportamentului mușchilor scheletici umani în timpul acțiunilor musculare excentrice. Pierderea disproporționată a forței la lungimi musculare mai scurte în timpul unui atac excentric și trecerea către producția optimă de forță la lungimi musculare mai lungi sunt dovezi indirecte ale unei modificări induse de efort în lungimea musculară efectivă, posibil ca urmare a supra-întinderii sarcomerilor. .

Referințe

Armstrong RB, Warren GL, Warren JA (1991) Mecanisme ale leziunii fibrelor musculare induse de efort. Sports Med 12 (3): 184-207

Stauber WT (1989) Acțiune excentrică a mușchilor. Fiziologie, leziuni și adaptare. În: Pandolf KB (ed.) Exerciții și recenzii științifice sportive, vol. 17. Williams și Wilkins, Londra