А.Шалманов, А.Григоренко

Российская государственная академия физической культуры,
Москва, Россия

Введение. 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 и биомеханическими свойствами структурных элементов мышцы. Величина этого временного интервала (ЭМИ - электромеханический интервал) по данным разных авторов колеблется в довольно широких пределах - от 17 до 98 мс, что обусловлено по меньшей мере двумя обстоятельствами. Первое - условия регистрации ЭМГ мышцы и ее механического ответа, а также точность определения начала и окончания ЭМИ. Второе - влияние различных факторов (утомление, режим сокращения мышцы, скорость движения и т.п.). Среди последних не исследован вопрос о влиянии длины 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 вxода - 50 мкВ. Полоса пропускаемыx частот - от 50 до 100000 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 град. 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. В эксперименте приняли участие 5 испытуемых, средний возраст которых равен 26,3 (d =3,6) года, длина тела 179,4 (d =4,1) см и масса 81,3 (d =5,4) кг.

Результаты и их обсуждение. С увеличением угла в голеностопном суставе при подошвенном сгибании стопы ЭМИ трехглавой мышцы голени увеличивается. Изменения среднего ЭМИ и ЭМИ каждой из головок этой мышцы имеют существенные индивидуальные особенности, среди которых отметим следующие:

1. При увеличении угла в голеностопном суставе статистически значимое увеличение ЭМИ у разных испытуемых начинается при разных углах в голеностопном суставе.

2.У разных испытуемых при равных приращениях угла в суставе (в области больших углов) прирост величины ЭМИ разный. Например, у одного испытуемого, при изменении угла от 130 до 140 градусов диапазон изменения ЭМИ составил 46,4 мс, в то время как у другого - 16,4 мс.

3. Диапазон изменения ЭМИ разных мышц для разных испытуемых не одинаков. Так например, у одного испытуемого среднее значение ЭМИ икроножной мышцы изменяется от 26,7 мс до 81,5 мс (на 54,8 мс), в то время как для другого - от 22,4 мс до 44,6 мс (на 22,2 мс).

Полученные результаты заставляют по новому взглянуть на характер изменения механического состояния мышцы в процессе возбуждения и сокращения. Полученные нами данные указывают на то, что в трехкомпонентную механическую модель мышцы необходимо добавить еще одну компоненту, которая по своей природе не является ни упругой, ни сократительной. Назовем ее - связующая компонента. Ее можно уподобить нити постоянной длины, но изменяющейся формы, которая служит передатчиком силы тяги контрактильной компоненты на последовательную упругую компоненту.

Таким образом, величина ЭМИ включает в себя две составляющие - время активации мышцы и время необходимое для исключения провисания (деформации) связующей компоненты. Отсюда, наблюдаемое изменение ЭМИ мышцы с изменением ее длины (угла в суставе) в первую очередь определяется состоянием связующей компоненты.

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. Причем 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.

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.

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Шалманов, А. Электромеханический интервал и механическая модель мышцы / Шалманов А., Григоренко А. // Человек в мире спорта : Новые идеи, технологии, перспективы : Тез. докл. Междунар. конгр. - М., 1998. - Т. 1. - С. 36-37.