ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЫШЦЫ

ЧЕТЫРЕХКОМПОНЕНТНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЫШЦЫ

Шалманов Ан.А., Сагитов Р.И., Крылов А.В.,
Центр научно-исследовательской подготовки по биомеханике, РГАФК

Результаты многочисленных исследований [1,2,3,4,5,6,7] показывают, что запаздывание механического ответа скелетной мышцы по отношению к электрической активности, возникающей при ее возбуждении, связано с процессами активации и распространения возбуждения по мышце, биомеханическими свойствами контрактильных и упругих компонентов мышцы. Величина этого временного интервала (ЭМИ - электромеханический интервал) по данным разных авторов колеблется в довольно широких пределах - от 12 до 98 мс, что обусловлено по меньшей мере двумя обстоятельствами. Первое - чувствительностью приборов, регистрирующих начало электрической активности мышцы и ее механического ответа. Второе - влиянием различных факторов (утомление, режим сокращения мышцы, скорость движения и т.п.). Среди последних не достаточно полно исследован вопрос о влиянии длины и скорости сокращения мышцы на величину ЭМИ.

Цель данной работы заключается в исследовании зависимости ЭМИ трехглавой мышцы голени от угла в голеностопном суставе и скорости движения.

Методика.

Электромиограмма регистрировалась поверхностными биполярными электродами, расположенными на медиальной и латеральной икроножных мышцах и камбаловидной мышце правой ноги. Межэлектродное расстояние - 25 мм, диаметр электродов - 7 мм. Чувствительность усилителя со входа - 50 мкВ. Полоса пропускаемых частот - от 50 до 10000 Гц. Сигналы с выходов биоусилителя и тензоусилителя подавались на вход многоканального АЦП. Частота считывания сигналов - 2 кГц.

Измерение ЭМИ проводилось следующим образом. Испытуемый сидел на стуле, высота которого регулировалась, углы в тазобедренном и коленном суставах - 90° . Стопа располагалась таким образом, что пятка находилась на тензометрированной пластине, а плюстнофаланговые суставы пальцев опирались на платформу, высоту которой можно было изменять. После подачи звукового сигнала испытуемый выполнял сгибание стопы, т.е. оторвал пятку от опоры. Появление ЭМГ соответствовало началу ЭМИ, а начало уменьшения силы давления под пяткой началу тяги трехглавой мышцы голени за кость, т.е. моменту окончания ЭМИ. Кроме того определялся градиент силы. В эксперименте приняли участие 5 испытуемых, средний возраст которых равен 24,1 (=7,3) года, длина тела 185,4 (=5,3) см и масса 77,5 (=10,4) кг. Каждый испытуемый выполнял по 5 попыток с разными скоростями (быстро, медленно, средне) и из трех исходных положений (угол в голеностопном суставе - 100° , 120° и 150° ).

Результаты и их обсуждение.

С увеличением угла в голеностопном суставе при подошвенном сгибании стопы ЭМИ трехглавой мышцы голени увеличивается при всех скоростях движения. Увеличение угла в голеностопном суставе (уменьшение длины икроножной мышцы) приводит к достоверному увеличению ЭМИ при всех градациях скорости движения стопы (табл.1). Изменение ЭМИ в диапазоне углов от 120° до 150° гораздо более выражено, чем при меньших углах.

Таблица 1

Зависимость ЭМИ трехглавой мышцы голени и градиента силы от скорости движения и угла в голеностопном суставе (Х и ).

Установка

ЭМИ (мс) Градиент силы (Н/с)
100° 120° 150° 100° 120° 150°
Быстро 25,1
2,4
29,1
3,2
46,2
2,2
987
201,2
1356
324,8
1378
296,1
Средне 31,0
3,0
39,6
2,7
61,9
3,5
526
124,3
849
225,4
950
214,3
Медленно 42,4
5,8
46,0
6,4
87,4
6,0
308
92,9
490
164,2
388
182,7

Полученные данные об изменении ЭМИ при разных углах в суставе и скорости односуставного движения подтверждают гипотезу о том, что в трехкомпонентную механическую модель мышцы необходимо добавить еще одну компоненту, которая по своей природе не является ни упругой, ни сократительной, а служит передатчиком силы тяги контрактильной компоненты на последовательную упругую компоненту.

С учетом связующей компоненты последовательность механических явлений в возбужденной мышце выглядит следующим образом. Если мышца растянута и в ней отсутствует провисание связующей компоненты, то после возникновения ЭМГ в контрактильной компоненте изменяется ее длина и возникает сила тяги. Эта сила начинает растягивать последовательную упругую компоненту. Начало изменения длины последовательной упругой компоненты, а значит и появление силы тяги на ее конце, свидетельствует об окончании электромеханического интервала. Точность измерения этого интервала зависит от чувствительности приборов, регистрирующих ЭМГ и силу тяги мышцы [1, 6 ]. В дальнейшем сила тяги возрастает до величины, необходимой для начала движения звена, а та в свою очередь зависит от внешне преодолеваемого сопротивления. Быстрота нарастания силы тяги мышцы в этом случае зависит от состояния контрактильной компоненты и жесткости последовательной упругой компоненты.

Если мышца находится в укороченном состоянии, то связующая компонента деформирована и в начале возбуждения контрактильная компонента должна ликвидировать деформацию связующей компоненты и лишь потом начать растягивать последовательную упругую компоненту. Вследствие этого электромеханический интервал увеличивается и при наибольшем укорочении мышцы имеет наибольшую величину.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что величина ЭМИ мышцы определяется состоянием контрактильной и связующей компоненты, а не последовательной упругой компоненты, как это полагали ранее [5]. Разумеется данное утверждение справедливо, если моментом окончания ЭМИ считать момент появления силы тяги мышцы, а не начало движения. Состояние последовательной упругой компоненты влияет на прирост силы тяги мышцы после окончания ЭМИ.

Литература.

1. Шалманов Ан.А., Григоренко А.В., Шалманов Ал.А. Методика измерения электромеханического интервала скелетных мышц // Труды ученых ГЦОЛИФКа, - М., ГЦОЛИФК. - 1993. - С. 272-277.

2. Эльнер Б.Э. Некоторые характеристики управления мышечной активностью в позных движениях // Биофизика - 1993. Т. XXVII, вып. 5. - С. 81-87.

3. Cavanagh P.R., Komi P.V. Electromechanical delay in human skeletal muscle under concentric and eccentric contractions // Eur. J. Appl. Physiol. - 1979, N 42. - P. 159-163.

4. Komi P.V., Viitasalo J. Electromechanical delay in skeletal muscle under voluntary and reflex conditions and its dependence on muscle structure // Med. Sci. Sports Exerc.- 1980,N 12 (2). - P. 134.

5. Norman R., Komi P.V. Electromechanical delay in skeletal muscle under normal movement conditions // Acta. Physiol.Scand. - 1979. Vol. 106. - P. 241-248.

6. Viitasalo J., Komi P. EMG, reflex and reaction time components, muscle structure and fatigue during intermittent isometric contractions in man // Int. J. Sports Med. - 1980, N 1. - P. 185-190.

7. Weiss A. The Locus of reaction time change with set, motivation and age // J. of Gerontology. - 1965, N 20. - P 60-64.


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Шалманов Ан., А. Четырехкомпонентная механическая модель мышцы / Шалманов Ан. А., Сагитов Р.И., Крылов А.В. // Моделирование спортивной деятельности в искусственно созданной среде (стенды, тренажеры, имитаторы) : (материалы конф.). - М., 1999. - С. 236-240.