Доктор биологических наук, профессор Р.М. Городничев
Кандидат биологических наук Р.Н. Фомин
Д.А. Петров

Великолукская государственная академия физической культуры,
Великие Луки

Ключевые слова: транскраниальная магнитная стимуляция, моторная кора головного мозга, двигательная система, вызванные моторные ответы.

Введение. Современные магнитные стимуляторы позволяют генерировать переменное магнитное поле с максимальной мощностью до 3,5 Т (Тесл), что вполне достаточно для регистрации вызванных моторных ответов (ВМО) со скелетных мышц [9]. Однако в зарубежной и отечественной литературе до сих пор отсутствуют данные о применении транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) с целью исследования функционального состояния двигательной системы спортсменов. На наш взгляд, ТМС может быть использована для оценки изменений функциональных свойств моторной системы человека под влиянием мышечной работы разной направленности, а также для изучения приспособительных механизмов к напряженной мышечной деятельности у лиц разной спортивной квалификации.

В связи с этим цель настоящего исследования состояла в изучении функционального состояния центрального и периферического отделов моторной системы спортсменов, адаптированных к мышечной работе разной направленности и имеющих разный уровень спортивного мастерства.

Методы и организация исследования. В исследовании приняли участие 22 практически здоровых спортсмена - мужчины 18-22 лет, специализирующиеся в лыжных гонках и спринтерском беге, имеющие спортивную квалификацию от II разряда до мастера спорта. Все испытуемые были предупреждены об условиях исследования и дали письменное согласие на участие в нём в соответствии с Хельсинкской декларацией и нормами российского и международного права.

Отведение и регистрация биопотенциалов скелетных мышц осуществлялись в состоянии покоя в положении лёжа на животе по общепринятой методике [4, 5, 7] при помощи современного 8-канального электронейромиографа "Нейро-МВП-8" (ООО "Нейрософт", Россия, 2006) с использованием поверхностных дисковых электродов диаметром 9 мм.

В исследовании использовалось три вида стимуляции: ТМС моторной коры головного мозга, МС спинного мозга и большеберцового нерва.

ТМС моторной коры головного мозга осуществлялась при помощи магнитного стимулятора "Нейро-МС" (ООО "Нейрософт", Россия, 2006), позволяющего индуцировать импульсное магнитное поле до 2 Т длительностью 100 мкс через плоский койл (внешний диаметр 150 мм), расположенный над моторной зоной коры левого полушария головного мозга [9, 14]. Центр койла располагали на 4 - 6 см впереди темени и на 2 - 3 см контрлатерально относительно стороны регистрации для вызова ВМО с мышц нижних конечностей и в точке пересечения вертекса и линии, соединяющей наружные слуховые проходы для вызова ВМО с мышц верхних конечностей. При этом подбирали такое положение койла, при котором ВМО имел постоянную амплитуду и форму. Регистрировались контрлатеральные ВМО (контр-ВМО) с мышц верхних (двуглавая плеча, лучевой сгибатель кисти) и нижних конечностей (камбаловидная, икроножная медиальная) правой половины тела. Типичный образец записи ВМО скелетных мышц нижних конечностей при ТМС моторной коры у спортсменов представлен на рис. 1.

МС спинного мозга осуществлялась через плоский койл (внешний диаметр 100 мм), расположенный на уровне шейного (С5-С7) и поясничного (L5-S1) отделов позвоночника [9]. ВМО регистрировали с тех же мышц, что и при ТМС.

МС большеберцового нерва проводилась также плоским койлом (диаметр 100 мм), расположенным в области подколенной ямки правой конечности [9]. Регистрировались гомонимные ВМО с камбаловидной, икроножной медиальной и латеральной мышц.

Рис.1. Типичная запись ВМО скелетных мышц нижних конечностей при ТМС моторной коры у спортсменов

Протокол исследования состоял из 5 последовательных проб с интервалом отдыха между ними в 5 мин: 1) ТМС моторной зоны коры верхних конечностей, 2) ТМС моторной зоны коры нижних конечностей; 3) МС шейного сегмента; 4) МС поясничного сегмента; 5) МС большеберцового нерва. В начале каждой пробы измеряли порог ВМО исследуемых мышц. За пороговую величину принималась сила магнитной индукции (Т), вызывающая ВМО с амплитудой не менее 100 мкВ. Затем в каждой пробе, не меняя положения койла, проводили стимуляцию указанных зон с шагом увеличения силы магнитной индукции 0,05 Т через 10 с до её максимальной величины. При этом анализировали амплитуду (от пика до пика), длительность, латентный период ВМО исследуемых мышц и время центрального моторного проведения (ВЦМП), определяемое как разность латентного периода при ТМС коры и МС спинного мозга.

Зарегистрированные параметры ВМО исследуемых скелетных мышц обрабатывали в специальной компьютерной программе "Нейро-МВП", а статистический анализ полученных результатов проводили при помощи прикладных программ MS Excel 2003 и Statistica 6.0. При этом рассчитывали: среднее арифметическое (М), среднеквадратичное отклонение (d), ошибку среднего арифметического (m), коэффициент вариации (V), критические значения двустороннего t-критерия Стьюдента.

Результаты и их обсуждение. Результаты исследований показали, что при ТМС моторной зоны коры нижних конечностей максимальная амплитуда ВМО икроножной медиальной и камбаловидной мышц в состоянии покоя у стайеров была существенно выше, чем у спринтеров, и составила 0,91 и 0,97 мВ соответственно, что на 47,7 и 63,8% (p<0,05) превышало значения спринтеров (см. таблицу и рис. 2). Статистически значимых различий по уровню возбудимости моторной коры между спортсменами исследуемых групп не отмечалось (p>0,05). Вместе с тем возбудимость моторной коры стайеров была несколько ниже, чем спринтеров. Длительность максимального ВМО камбаловидной и икроножной медиальной мышц у стайеров составляла 44,2 и 41,9 мс, что на 17,2 и 15,4% больше, чем у спринтеров (p<0,05). ВЦМП у стайеров также было больше, чем у спринтеров. Так, ВЦМП для камбаловидной мышцы у стайеров составило 16,6 мс, т.е. на 32,8% больше, чем у спринтеров (p<0,05). Различия в значениях латентного периода ВМО между обследуемыми группами не были достоверными (p>0,05).

Обсуждая изложенные выше факты, заметим, что различия в амплитуде ВМО и в возбудимости моторной коры могу быть обусловлены двумя обстоятельствами. Во-первых, различным процентом жировой ткани у спринтеров и стайеров, тренировочная и соревновательная деятельность которых имеет разнонаправленный характер [10 - 12]. Известно, что количество жировой ткани влияет на параметры проведения электрических токов, возникающих при активации скелетных мышц [6, 12]. Во-вторых, при ТМС моторной коры с мощностью магнитного импульса 2 Т активируются, вероятно, ДЕ типа S (медленные) и FR (быстрые, устойчивые к утомлению). У стайеров процент ДЕ таких типов представлен значительно больше, чем у спринтеров [8, 12]. ДЕ типа FF (быстрые, быстроутомляемые) в большей мере характерны для мышц спринтеров, и в таких условиях стимуляции они активируются в меньшей степени. Поэтому при использовании указанной величины стимула максимальная амплитуда ВМО у стайеров превышала значения спринтеров. На наш взгляд, вторая точка зрения предпочтительнее для объяснения полученных экспериментальных фактов.

При МС поясничного сегмента в покое среднегрупповые значения максимальной амплитуды ВМО икроножной медиальной и камбаловидной мышц у стайеров в сравнении с данными при ТМС моторной коры, наоборот, были ниже на 1,06 и 0,96 мВ, чем у спринтеров (рис. 2). При этом различия составили 90,7 и 116% (p<0,05). Каких-либо значительных отличий в уровне возбудимости между группами не наблюдалось, хотя моторный порог был несколько выше у стайеров (p>0,05). Величина латентного периода и длительность максимальных ВМО исследуемых мышц варьировалась в одинаковом диапазоне у обследуемых обеих групп.

Рис. 2. Типичная запись ВМО икроножной медиальной мышцы при ТМС моторной коры, МС спинного мозга и большеберцового нерва у спортсменов различных специализаций.

В условиях МС большеберцового нерва значения максимальной амплитуды ВМО камбаловидной мышцы в среднем по группе стайеров составили 9,9 мВ, что на 24,3% больше (p<0,05), чем у спринтеров. Возбудимость большеберцового нерва также была значительно выше у стайеров по сравнению со спринтерами. Так, моторный порог камбаловидной мышцы у стайеров составил 0,32 Т, что на 25,4% меньше, чем у спринтеров (p<0,05). Вероятно, этот факт можно объяснить тем, что при МС с величиной магнитной индукции в 1,2 Т обеспечивается активация не всех ДЕ исследуемой мышцы, а только тех, которые являются наиболее низкопороговыми. Длительность максимального ВМО медиальной икроножной мышцы в покое у стайеров составила 26,9 мс, что на 48% меньше, чем у спринтеров (p<0,05). Значения латентных периодов ВМО мышц нижних конечностей в исследуемых группах существенных различий не имели (p>0,05).

Величина максимальной амплитуды ВМО лучевого сгибателя кисти при ТМС моторной коры головного мозга у стайеров составляла 1,56 мВ, что на 60,3% меньше, чем у спринтеров (p<0,05). При этом возбудимость моторной коры мышц верхних конечностей у стайеров и спринтеров существенно не различалась (p>0,05). Длительность максимального ВМО двуглавой мышцы плеча у стайеров составляла 26,9 мс, что на 18% больше, чем у спринтеров (p<0,05).

При МС шейного сегмента значения максимальной амплитуды ВМО лучевого сгибателя кисти у стайеров составили 2,41 мВ, превышая величины спринтеров на 22,1% (p<0,05). Возбудимость моторной коры мышц верхних конечностей и латентные периоды ВМО у испытуемых той и другой групп достоверно не изменялись (p>0,05). Длительность максимального ВМО лучевого сгибателя кисти у стайеров составила 48,7 мс, что на 22,1% больше, чем у спринтеров (p<0,05).

Заметим, что у обеих обследуемых групп форма ВМО при ТМС коры, МС сегментов спинного мозга и большеберцового нерва в большинстве случаев имела полифазную структуру, включающую от 2 до 5 негативных фаз (рис. 2).

Представляло значительный интерес выяснить, существуют ли различия в параметрах ВМО при МС тех же нервных структур между спортсменами одной специализации (лыжники-гонщики), но с разным уровнем спортивного мастерства.

Анализ полученных данных показал, что при ТМС моторной зоны коры нижних конечностей значения максимальной амплитуды ВМО камбаловидной и икроножной медиальной мышц у высококвалифицированных спортсменов (ВС) были на 53,4 и 55,4% больше (p<0,05), чем у низкоквалифицированных спортсменов (НС), достигая в среднем по группе 1,2 и 1,1 мВ соответственно. Возбудимость моторной коры мышц нижних конечностей была также значительно выше у ВС. Моторный порог камбаловидной и медиальной икроножной мышц у ВС составил 1,35 - 1,4 Т, что на 11,3-15,5 % меньше (p<0,05), чем у НС (рис. 3). Не наблюдалось межгрупповых статистически значимых различий по длительности, латентным периодам и ВЦМП (p>0,05).

На наш взгляд, более высокие по амплитуде ВМО скелетных мышц у ВС объясняются тем, что в условиях использования одинаковой силы магнитной индукции у них активируется большая часть корковых нейронов, что, в свою очередь, приводит и к рекрутированию большего количества ДЕ, участвующих в формировании регистрируемых ВМО.

Рис. 3. Среднегрупповые значения максимальной амплитуды и порога ВМО скелетных мышц нижних конечностей при ТМС моторной коры у спортсменов различной квалификации

Иерархическая организация управления движениями предполагает взаимодействие систем как на одном, так и на различных уровнях [1, 2]. Для рассмотрения системного функционирования различных уровней нервной системы оценивали закономерности изменений параметров ВМО при ТМС коры, МС спинного мозга и большеберцового нерва.

В результате исследования выявлено, что при нанесении МС на спинной мозг возбудимость спинальных нейронов была значительно выше у ВС по сравнению с таковой у НС. Так, моторный порог камбаловидной и икроножной медиальной мышц у ВС составил 0,66 - 0,68 Т, что на 15,6% ниже, чем у НС (p<0,05). Длительность максимального ВМО камбаловидной и медиальной икроножной мышц у ВС составляла 40,7 и 41,7 мс, что на 16 и 22% больше, чем у НС (p<0,05). Максимальная амплитуда ВМО камбаловидной и икроножной медиальной мышц была у ВС на 0,1 мВ больше, не достигая статистически значимых различий.

Среднегрупповые значения максимальной амплитуды ВМО камбаловидной и икроножной медиальной мышц при МС большеберцового нерва у ВС составляли 11,9 и 12,6 мВ, превышая на 63 и 20,7% величины у НС (p<0,05). Возбудимость большеберцового нерва была также выше с таковой у ВС по сравнению с НС. Так, моторный порог указанных мышц у ВС был на 24 и 28% меньше, чем у НС, и составил 0,31 и 0,33 Т (p<0,05). Длительность максимального ВМО медиальной икроножной мышцы у ВС варьировалась в пределах 25 - 45 мс, превышая величины у НС в среднем по группе на 17 - 38% (p<0,05).

При ТМС моторной коры головного мозга величина максимальной амплитуды ВМО лучевого сгибателя кисти и двуглавой плеча у ВС составляла 2,52 и 0,9 мВ, что на 57 и 48% больше, чем у НС (p<0,05). При этом возбудимость моторной коры мышц верхних конечностей у ВС была выше по сравнению с таковой у НС. Так, моторный порог у ВС был ниже на 10,9% величины у НС, достигая 1,15 Т (p<0,05). Длительность максимального ВМО двуглавой мышцы плеча у ВС равнялась в среднем 45,5 мс, превышая на 24% значения у НС (p<0,05). Различия в латентном периоде ВМО мышц верхних конечностей и в ВЦМП между исследуемыми обеих групп не были достоверными (p>0,05).

Максимальная амплитуда ВМО лучевого сгибателя кисти и двуглавой мышцы плеча при МС шейного сегмента у ВС достигала 2,36 и 1,53 мВ, что на 13,8 и 54% больше, чем таковая у НС (p<0,05). В этом случае возбудимость моторной коры мышц верхних конечностей была значительно выше у ВС по сравнению с таковой НС. Моторный порог указанных мышц у ВС составлял 1,05 и 1,2 Т, что на 14,5 - 18,6% меньше, чем у НС (p<0,05).

Заключение. Адаптационные процессы, протекающие в ходе напряжённой мышечной деятельности на разных этапах многолетнего тренировочного процесса, специфически влияют на параметры ВМО скелетных мышц при МС исследуемых структур нервной системы. Для спортсменов, адаптированных к мышечной работе на выносливость, при ТМС головного мозга характерны более значительная максимальная амплитуда ВМО скелетных мышц и более высокая возбудимость моторной коры. Высококвалифицированные спортсмены отличаются от менее квалифицированных значительными по величине ВМО скелетных мышц и низкими моторными порогами возбуждения при ТМС моторной коры.

Таким образом, МС моторной зоны коры головного мозга и других нервных структур может быть использована как одно из высокоинформативных средств при комплексной диагностике функционального состояния двигательной системы спортсменов.

1. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем /П.К. Анохин. - М.: Медицина, 1971. - 143 с.

2. Бернштейн Н.А. О построении движений / Н.А.Бернштейн. - М., 1947. - 281с.

3. Гимранов Р.Ф. Транскраниальная магнитная стимуляция / Р.Ф. Гимранов. - М., 2002. - 163 с.

4. Городничев Р.М. Спортивная электронейромиография / Р.М. Городничев. - Великие Луки: ВЛГАФК, 2005. - 229 с.

5. Зенков Л.Р. Функциональная диагностика нервных болезней: Руководство для врачей / Л.Р. Зенков, М.А. Ронкин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медпресс-информ, 2004. - 488 с.

6. Козаров Д. Двигательные единицы скелетных мышц человека / Д. Козаров, Ю.Т. Шапков. - Л.: Наука, 1983. - 251 с.

7. Команцев В.Н. Методические основы клинической электронейромиографии / В.Н. Команцев, В.А. Заболотных. - СПб., 2001. - 350 с.

8. Мак-Комас A.Дж. Скелетные мышцы. - Киев: Олимпийская литература, 2001. - 408 с.

9. Никитин С.С. Магнитная стимуляция в диагностике и лечении болезней нервной системы: руководство для врачей / С.С. Никитин, А.Л. Куренков. - М.: САШКО, 2003. - 378 с.

10. Платонов В.Н. Адаптация в спорте / В.Н. Платонов. - Киев: Здоровье, 1988. - 216 с.

11. Солодков А.С. Адаптация в спорте: состояние, проблемы, перспективы / А.С. Солодков // Физиология человека. - 2000. - Т. 26. - № 6. - С. 87-93.

12. Уилмор Д. Физиология спорта: пер. с англ / Джек Уилмор, Дэвид Костилл . - Киев: Олимп. лит., 2001. - 503 с.

13. Abarbanel J.M., Lemberg T., Yaroslavski U. etc. Electrophysiological responses to transcranial magnetic stimulation in depression and schizophrenia. Biol. Psychiatry. 1996 Jul. 15; 40 (2): 148-50.

14. Barker A.T., Jalinous R. And Freeston I.L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex // Lancet. - 1985. - V.1. - P.1106 - 1107.

15. Brunholzl C., Claus D., Bianchi E. Central motor conduction time in diagnosis of spinal processes. Nervenarzt. 1993 Apr; 64 (4): 233-7.

16. Mulleners W.M., Chronicle E.P., Palmer J.E. еtс. Visual cortex excitability in migraine with and without aura. Headache. 2001 Jun.; 41 (6): 565 - 72.