МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ МЫШЕЧНЫХ СУДОРОГ

Мышечная судорога — это внезапное непроизвольное болезненное сокращение мышцы или ее части, длящееся несколько секунд или минут, часто сопровождаемое легко обнаруживаемым при пальпировании вздутием мышцы. 

Судороги обычны для пациентов с расстройствами нижних моторных нейронов, невропатиями, нарушениями метаболизма и остро выраженным дефицитом межклеточной жидкости. 

Но они также наблюдаются и у здоровых людей, не имеющих подобных заболеваний, во время сна, в период беременности или напряженных физических упражнений. 

Часто судороги без видимых причин объясняются обезвоживанием (вместе с падением уровня электролитов), но это утверждение не подтверждено научно-медицинскими исследованиями. 

Перечень факторов риска возникновения судорог ограничен общими факторами – прецеденты в семейной или личной истории, усиление интенсивности нагрузок или увеличение продолжительности упражнений, сопровождаемые недостатком свежего воздуха. Распространенность судорог варьируется в разных источниках от 30% до 95% в зависимости от исследуемой аудитории. 

Группа европейских специалистов из Италии, Словении и Германии представила на суд общественности обзор исследований на эту тему, призванный систематизировать и углубить понимание патофизиологии мышечных спазмов, отличая их от видов конвульсий, не сопровождающихся электрической активностью. Обзор опубликован в первом номере этого года журнала 

Ввиду непредсказуемого характера данного явления исследователям приходилось применять различные виды стимуляции судорог — от чисто механической стимуляции (достижение максимального уровня сокращения мышц с помощью специальных сгибателей, серии изнуряющих нагрузок, применение спортивных лент, ноцицептивная стимуляция определенных точек) до магнитной (чаще электрической) стимуляции нервов и моторных точек, в которых находятся периферические окончания нервов. 

Обзор методов выявил некоторые общие закономерности. Так, частота стимулирующих импульсов оказалась критическим параметром стимуляции судорог, что позволяет использовать ее в качестве меры предрасположенности человека к судорогам. Также у некоторых групп мышц (мышцы ноги) стимулировать судороги легче, чем у других (мышцы стопы), и это не зависит от их расположения относительно оси тела. 

И, наконец, невозможно стимулировать судорогу мышцы, если она не сокращена. К сожалению, факторы и механизмы, лежащие в основе различий в восприимчивости к судорогам между разными мышцами и разными людьми, так и остаются для сегодняшней науки терра инкогнито. 

И это не единственный пробел в знаниях о судорогах. Авторы особо подчеркивают, что невыясненным остается происхождение болевых ощущений во время судорог, в то время как они доставляют львиную долю всех неудобств и снижают как моральный дух человека, так и его физическую работоспособность.

Вместе с тем внесена определенная ясность в давний спор об основе судорог. Все согласны, что они имеют нейрогенную природу, но одна часть ученых полагает виновником гипервозбудимость двигательных нейронов (гипотеза центральной нервной системы или спинная гипотеза), в то время как другая настаивает на произвольных разрядах моторных нервов или ненормальном возбуждении конечных ветвей аксонов (периферическая или аксональная гипотеза) как первопричине неприятностей. 

Обе рассматриваемые гипотезы предусматривают электрические процессы, способные привести к сокращениям мышц, аналогичным судорожным, обе имеют ряд экспериментальных исследований в свою поддержку, хотя многие из полученных опытных путем доказательств лежат в рамках одновременно обеих гипотез. 

Детально разбирая приведенные в различных работах (включая свои собственные) картины развития судороги, авторы приходят к единогласному выводу о несомненности участия центральной нервной системы, но величина ее вклада по сравнению с периферическими отделами остается неизвестна. 

В качестве отправной точки для дальнейших исследований предлагается модель судорог как перевозбудимость моторных нейронов, спровоцированная афферентными синаптическими каналами и усиленная супраспинальными входами. Косвенным доказательством может служить успешное применение для снижения частоты судорог препаратов, влияющих на центральную нервную систему (баклофен, диазепам, габапентни, карбамазепин). 

Поэтому следует сосредоточиться на возбудимости моторных нейронов человека в ходе судорог и возбудимости моторной коры в условиях магнитной ее стимуляции. Это, по мнению авторов, и позволит поставить точку в затянувшемся споре о физиологии развития судорог и о степени вклада центральной и периферической нервных систем в этот процесс.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОСЛЕ ТЯЖЕЛОЙ ТРЕНИРОВКИ, НАУЧНЫЙ ПОДХОД

 

Качественное восстановление после развивающей скоростной тренировки – одна из ключевых проблем у легкоатлетов, и этот вопрос гораздо сложнее, чем вы думаете. В конце концов, свое самочувствие на следующий день после «работы» мы оцениваем лишь по ощущениям, и довольно сложно отличить состояние «хорошо восстановился» от «неплохо восстановился» и «самую малость недовосстановился». Вот что наука рассказывает о популярных стратегиях восстановления.

Антиоксиданты

Тяжелая тренировка вызывает в организме появление большого количества «свободных форм кислорода», или свободных радикалов, которые могут вызывать повреждения на клеточном уровне. Антиоксиданты способны подавлять свободные формы кислорода. Исследования показывают, что прием витамина С за неделю до марафона и неделю после него положительно сказывается на иммунитете и целостности клеточных мембран. Но, следует учесть, что свободные радикалы – это основной триггер (стимул) для запуска адаптационных изменений в наших мышцах. Использование антиоксидантов после напряженных развивающих тренировок значительно тормозит развитие силы и выносливости мышц. По этой причине лучше ограничить использование антиоксидантов в те периоды, когда мы проводим развивающие тренировки. Но их целесообразно применять, когда идет соревновательный период, и речь идет не о развитии спортивной формы, а лишь о ее поддержании, и в этом случае антиоксиданты позволят быстрее восстанавливаться между стартами.

Бег трусцой

Сразу оговоримся – молочная кислота не является причиной болей в мышцах. Поэтому заминка легкой трусцой после скоростной тренировки не защитит мышцы от воздействий лактата, но ускорит его утилизацию мышцами. Норвежские исследователи обнаружили, что 20-минутная разминка трусцой перед интенсивной тренировкой эффективнее, чем 20-минутная заминка для снижения мышечных болей на следующий день. То есть, заминка помогает выводить молочную кислоту, но еще более важную роль играет качественно сделанная разминка.

Ледяные ванны и охлаждение мышц после бега

Каждые несколько месяцев выходят исследования, где изучается влияние холода на восстановление мышц. В 2012 году английские исследователи объединили результаты из 14 лучших исследований, чтобы получить общую картину. Измерения восстановления мышц после тренировки были противоречивыми, но важен факт, что после ледяной ванный атлеты чувствовали себя лучше. Одним из объяснений противоречивости может быть тот факт, что каждый спортсмен имеет свою чувствительность и восприимчивость к ледяным ваннам. Также данные свидетельствуют, что контрастные ванны или душ менее эффективны, чем просто ледяная ванна. Шона Хальсон (Shona Halson), глава института восстановления из Австралии говорит, что оптимальным вариантом восстановления является 10 минут в ледяной ванне.

Массаж

По данным специалистов, массаж уменьшает отеки, ускоряет восстановление силовых показателей. Эффект от массажа является максимальным, если массаж применен сразу после тренировки, после его эффективность значительно падает. Другие исследования показывают, что массаж снижает маркеры воспаления в мышцах. Возможно, это происходит, когда внутренние рецепторы в мышцах начинают реагировать на силовое воздействие извне. Общий итог таков, что массаж является отличным средством восстановления, но только сразу после тренировки, на следующий день его эффективность уже минимальна.

Криосауна

Если ледяные ванны способствуют восстановлению после нагрузки, то как быть с парами азота, охлажденного до - 150 градусов? Смысл криосауны в том, что наши кровеносные сосуды сокращаются в ответ на резкое охлаждение, борясь с мышечным воспалением и болями. Из немногочисленных исследований можно сделать вывод, что криосауна вызывает острую физиологическую реакцию в ответ на холод. Но, насколько этот эффект превосходит ледяные ванны ответа пока нет.

Компрессия

Эффективность компрессии для ускорения восстановления пока под вопросом. Существует множество исследований, но все они имеют противоречивую информацию. Нет достоверных свидетельств, что компрессионное белье способствует росту результатов, но существуют данные, показывающие, что восстановление может проходить быстрее. Для видов спорта на выносливость на следующий день после нагрузки болезненность была меньше при использовании компрессионного белья. Совет: как можно раньше после нагрузки желательно надеть компрессионные гетры и носить их в течение 30-60 минут.

Другие техники восстановления

Помимо вышеописанных, в мире существует множество других средств и методов, помогающих быстрее прийти в себя после бега. Эффективность многих не доказана, но все необходимо пробовать на себе и экспериментировать. Таким образом, вы сможете найти свой собственный оптимальный рецепт восстановления. Но ничто не способно заменить качественный сон, помните об этом.

ТРИ КОРОТКИХ ПУТИ, КОТОРЫХ СЛЕДУЕТ ИЗБЕГАТЬ БЕГУНАМ

 Люди в целом, а спортсмены в особенности, любят искать короткие пути. Каждый хотел бы выпить таблетку, от которой сразу получилось бы пробежать марафон за 2:15, или намазать травмированное колено волшебной мазью, заживляющей все моментально. 

Несколько лет назад в Тайване волонтерам предложили принять участие в медицинском эксперименте. Добровольцы должны были принять таблетку, оценить ее текстуру и цвет. Первой группе сказали, что это мультивитамин, а второй — что плацебо (чем оно и было в действительности). Во время исследования две группы вели себя кардинально по-разному: члены группы, которой давали «витамины», были склонны проходить меньшую дистанцию в течение дня и есть менее здоровую пищу за обедом. А во время опроса они выше оценивали свою неуязвимость и ниже желание тренироваться.

Казалось бы, при чем тут бег? Если вы хотите достичь своего максимума в беге, то надо следить за многими аспектами тренировок и образа жизни — длительные кроссы, интервалы, сон, питание — все это влияет на ваши результаты. Описанное выше исследование является примером феномена под названием «licensing effect»: когда вы делаете что-то, что по идее должно помочь вам (в данном случае прием «мультивитаминов»), то подсознательно не так стараетесь в других аспектах, помогающих достичь той же цели (например, здоровое питание). Вам необходимо научиться отличать факторы, которые действительно влияют на вашу форму, от тех, которые можно игнорировать. Вот три примера, на которые хорошо бы обратить внимание:

№1

Короткий путь: Обезболивание

Конечно, легко принять обезболивающее для устранения неприятных ощущений после тренировки или микротравмы, но это не поможет устранить их причину — слабые мышцы и связки. Компрессионная одежда и ледяные ванны — это конечно хорошо для восстановления, но все равно это лишь краткосрочный «пластырь».

Правильный путь: Профилактика

Сложно думать о профилактике травм, когда ты здоров, но именно тогда это имеет наибольшее значение. Минимум дважды в неделю выделяйте 10-15 минут на специальные беговые упражнения, которые призваны сделать мышцы ног сильнее и эластичнее, также укрепляйте бедра, стопы и голени. Это занимает примерно столько же времени, как и ледяная ванна, но имеет намного больший эффект для вашего здоровья.

№2

Короткий путь: Спортивные добавки

В теории прием мультивитаминов или пищевых добавок атлетами в качестве своего рода «страховки» имеет смысл — в конце концов никто не ест правильно все время. Но нет доказательств того, что эти добавки оказывают какое-либо существенное положительное влияние на здоровье или результаты, а некоторые исследования доказали, что, например, прием больших доз витамина C может препятствовать восстановлению мышц и сказывается на выносливости.

Правильный путь: Здоровое питание

Наилучший источник всех микроэлементов — натуральные продукты. Да, это требует определенных усилий и планирования, ведь необходимо следить, чтобы всегда под рукой была здоровая пища: овощи, фрукты, рыба и т.д. Каждый день, во время каждого приема пищи. Тут никогда не получится достичь идеала, но, если вы не будете оправдываться: «Ну и ладно, я съел мультивитаминов сегодня утром» — то приблизитесь намного ближе к оптимальной диете.

№3

Короткий путь: Энергетики

Без сомнений кофеин увеличивает производительность и является неотъемлемой частью ежедневной жизни многих бегунов. Но стоит помнить о небольшом нюансе: кофеин лишь помогает замаскировать усталость, но на самом деле он не избавляет нас от нее.

Правильный путь: Сон

Пока вы спите, тело восстанавливается после дневной тренировки, «латает» повреждения и перезаряжается энергией. Нет ничего плохого в том, чтобы начать день с чашечки кофе, даже можно выпить еще перед тренировкой, но, если в то же время вы недосыпаете (большинству взрослых необходимо спать от 7 до 9 часов в сутки), то вам со временем будет сложно последовательно улучшать свои результаты.

 

ПОЛУМАРАФОНЦАМ НУЖНЫ УГЛЕВОДЫ, А НЕ ЖИРЫ

Углеводы являются основным источником энергии в организме во время длительных забегов высокой интенсивности. Об этом сообщается в новом исследовании, опубликованном в Journal of Applied Physiology.

Как углеводы, так и жиры, содержащиеся в организме, важны для мышц в качестве источника энергии во время физических нагрузок, но они действуют по-разному.

Углеводы могут быть использованы немедленно, но имеют ограниченный срок хранения. Жирам необходимы дополнительные этапы обработки, прежде чем они могут быть использованы, зато в организме их очень много. 

Хотя углеводы являются основным источником энергии во время физических упражнений высокой интенсивности, в недавних исследованиях были изучены стратегии по улучшению способности мышц сжигать жиры, а не углеводы во время длительных тренировок. 

Задавшись целью помочь спортсменам повысить производительность, исследователи предположили, что такой подход будет более эффективным, потому что в организме жировых запасов больше, чем углеводных, и они могут стать источником значительно большего количества энергии.

Исследователи из Института медицинских исследований Мэри МаКиллоп при Австралийском католическом университете протестировали роль каждого из двух источников энергии для выносливости спортсменов, путем блокирования использования жиров.

В рамках исследования профессиональные полумарафонцы мужского пола должны были бежать на беговой дорожке до изнеможения с темпом, равным 95% от лучших показателей. Они ели некалорийную или углеводную пищу до и во время забега и принимали никотиновую кислоту, препятствующую использованию жировых запасов.

Исследователи обнаружили, что блокирование способности сжигать жир не повлияло на расстояние, которое спортсмены могли преодолеть до наступления изнеможения. Более того, никотиновая кислота не повлияла на качество использования углеводов. 

По словам исследовательской группы углеводы составили 83-91% от общей энергии, израсходованной мышцами спортсменов. Исследование показывает, что для высокоинтенсивных длительных забегов, мышцы предпочитают углеводы в качестве источника энергии, независимо от того, поел бегун или нет, говорит Джилл Лекей, главный автор исследования.

«Профессиональным бегунам необходимо выбрать стратегию питания, которая повысит запас углеводов до и во время соревнований, чтобы оптимизировать производительность в забегах продолжительностью до 90 минут», – говорит Лекей. 

Хотя исследование было проведено с участием профессиональных бегунов, выводы также могут быть применимы к бегунам-любителям, говорит Лекей. «Именно относительная интенсивность упражнений, например, процент максимального потребления кислорода или максимальная частота сердечных сокращений, определяет пропорцию жиров и углеводов, которые используются мышцами во время нагрузки, а не темп бега».

Допинг: поиск запрещенных препаратов

Какие соединения являются допингом, какова технология выявления запрещенных веществ у атлетов и для чего нужны биологические паспорта

 

Допинг — это самые разнообразные методы воздействия на организм, которые потенциально могут улучшить спортивный результат, что делает их применение атлетами неэтичным и противоречит самой концепции спорта.

В допинг входят в основном лекарственные препараты, разработанные для лечения различных заболеваний и применяемые в различных лечебных целях. Периодически лист допинг-препаратов меняется, и появляются дополнения. Так, мы знаем, что в 2016 году в него попал мельдоний — препарат метаболический. Некоторые соединения включены в этот лист целыми группами — к применению запрещены все стероиды. В этом листе есть отдельный раздел, говорящий о том, что запрещены все так называемые дизайнерские лекарства и препараты, находящиеся на стадии клинических исследований. То есть, даже если нам не понятно, будет ли новорожденное лекарство улучшать результаты спортсменов, оно по умолчанию запрещено. В допинг-лист также попали и благородные газы — аргон и ксенон, которые сейчас очень активно применяются в медицине и вызывают ряд удивительных физиологических эффектов.

Для выявления факта использования многих препаратов, включенных в список ограничений, проводятся стандартные и довольно простые тесты, основанные на иммунно-ферментном анализе и других рутинных биохимических методах, и по тому же принципу, что и тестирование крови в биохимических лабораториях.

Но поиск некоторых видов допинга в крови и моче является очень сложной технологической процедурой. Нам может казаться, что анализ на допинг прост, потому что мы все ходим в лаборатории для сдачи анализов крови и мочи. При этом технологически тщательный анализ на допинг представляет собой кардинально более сложный процесс. В основном, для того чтобы выяснить, принимал спортсмен допинг или нет, используется анализ мочи, но сейчас к нему подключился и анализ крови. Чаще всего тестирование на допинг происходит во время спортивных соревнований, но есть вероятность того, что между соревнованиями офицер Всемирного антидопингового агентства (WADA) приедет и заберет пробу у спортсмена, чтобы выяснить, не принимал ли он допинг в период подготовки. Это связано с тем, что все лекарственные препараты вымываются из организма, поэтому чем ближе к моменту приема препарата проведен анализ, тем более он чувствителен.

Методы выявления допинга

К запрещенным веществам относятся все стероиды и многие «сложные» органические молекулы, для выявления которых используется очень продвинутая технология высокоэффективной жидкостной хроматографии в тандеме с масс-спектрометрией.

Разнообразные вещества, находящиеся в крови, можно «разогнать», то есть выделить их спектр на колонке для проведения жидкостной хроматографии. После этого мы видим спектр различных соединений и знаем, в какой полоске спектра находятся те или иные соединения, причем похожие по химическим свойствам молекулы могут сливаться в одну полоску. И чтобы узнать, что за соединения входят в каждую полоску этого спектра, нам нужно «взвесить» их микроколичество и определить их точный качественный состав. Это делается при помощи метода масс-спектрометрии.

Для более точного определения соединений, входящих в спектр, отдельный фрагментик спектра, полученного с использованием жидкостной хроматографии, переносится в масс-спектрометр (в форме ионов). На масс-спектрометре мы видим пики соединений, имеющие различную молекулярную массу, и чем больше соединения в моче, тем выше пик. Очень упрощая, можно сказать, что исследователь, проводящий высокоэффективную жидкостную хроматографию в тандеме с масс-спектрометрией, наблюдает большую «горную гряду» различных пиков и, пока он не заинтересовался конкретным пиком, не понимает, что за соединение за ним прячется.

На данный момент не существует методологии, которая бы позволила с высокой долей достоверности проанализировать в автоматическом режиме и без значительных трудозатрат оператора, сколько каких соединений находится в моче. Количество различных липидов, к которым относятся стероиды, крайне сложно установить, несмотря на бурное развитие биохимических технологий. Метод ЯМР-спектроскопии способен значительно быстрее выявить и отсортировать молекулы, чем масс-спектрометрия, но у него есть ряд ограничений: стоимость метода, доступность установки и сложность обслуживания. Этот метод подходит только для идентификации молекул с небольшой молекулярной массой, коими является большинство запрещенных лекарственных препаратов и стероидов.

Существует список, включающий несколько десятков стероидов, молекулярная масса и свойства ионов которых нам хорошо известны, и мы знаем, какому пику соответствует тот или иной стероид или его метаболит. Если спортсмен не употреблял, к примеру, стероид метандиенон, то в том месте, где он мог появиться на горной гряде, будет провал. Если же он его принимал, то в этом месте будет маленький пик, и чем дольше он его принимал, тем выше пик.

Естественные стероиды, содержащиеся в организме человека, также образуют пики, но если человек употребляет избыточное количество какого-то естественного стероида, то этот пик будет невероятно высоким. Это касается тех стероидов, которые мы знаем. Но настоящая сложность с тестами заключается в том, что спортсмены могут принимать «дизайнерские» (сделанные под заказ) стероиды с самыми различными молекулярными массами, которые могут прятаться за более высокими пиками естественных стероидов или других соединений, присутствующих в нашей моче или крови. Чтобы вычислить это, нужно догадаться выделить и проанализировать определенный пик горной гряды, к которому ранее не присматривались. И следует отметить, что метод, способный в определенной мере упростить эту процедуру и поставить на поток выявление запрещенных веществ, был разработан только в 2005 году.

Биологические паспорта

Для того чтобы сделать спорт честным, придумали биологические паспорта. Раньше они были введены для того, чтобы прекратить манипуляции с кровью — введение себе той крови, которая была заготовлена перед соревнованием, или введение гормона эритропоэтина, увеличивающего количество эритроцитов и повышающего выносливость атлета. Даже если вы не можете найти в моче сам эритропоэтин, вы видите кардинальное увеличение красных кровяных телец.

Несколько лет назад были введены и «стероидные паспорта», то есть теперь в моче атлетов фиксируется общее количество стероидов. Это значит, что уже не столь важно, какие пики есть на масс-спектрометре и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Если количество стероидов в тесте спортсмена серьезно превысит то, которое было зафиксировано ранее, то будет установлен факт употребления стероидов, даже если конкретный стероид не был определен.

Процесс метаболизма различных соединений в организме крайне сложен, поэтому, даже если спортсмен принимает молекулу синтетического стероидного гормона, о котором мы знаем все, она может модифицироваться в его организме в совершенно другое соединение. На сегодняшний день у нас нет моделей, которые могли бы достоверно предсказывать, что конкретно наша печень сделает из той или иной молекулы. Некоторые исследователи, для того чтобы точнее предсказывать спектр метаболитов, предлагают использовать особых мышей, которым была вживлена человеческая печень. Метод состоит в том, чтобы давать мышам запрещенные WADA соединения и анализировать в их моче метаболиты, которые будет давать гуманизированная печень. Полученная информация позволит по-новому взглянуть на спектры хроматографии в тандеме с масс-спектрометрией и обратить внимание на те области, которые ранее не представляли интереса.

Лаборатория Шерлока Холмса

Таким образом, поиск запрещенных препаратов представляет собой очень сложную технологическую процедуру, поэтому в мире только 34 лаборатории, аккредитованные WADA, которые могут проводить такие тесты. Чем серьезнее состязания, тем более серьезные методы идентификации соединений в них используются. В не самых крупных чемпионатах поиск допинга проводится по списку с помощью не самого чувствительного метода (без масс-спектрометрии), позволяющего в ряде случаев спрятать стероиды. Если на обычном соревновании можно утаить факт применения допинга, то на крупных спортивных соревнованиях это становится практически невозможно.

Нужно понимать, что скрупулезное липидологическое и масс-спектрометрическое тестирование проводится лишь в особых случаях, оно никогда не было широкомасштабным. А при рутинной масс-спектрометрии, даже проводящейся в аккредитованной WADA лаборатории, проводится определение фиксированного перечня запрещенных молекул и их метаболитов, то есть проводится поиск того, что уже хорошо известно, как искать. Продвинутый специалист по масс-спектрометрии подобен Шерлоку Холмсу — это единичные люди со сверхвысокой квалификацией, подключающиеся к тестированию только в случаях высокой вероятности применения спортсменом запрещенных (в том числе дизайнерских) препаратов, которые не удалось найти обычным путем.

Представляется, что если провести массовый углубленный анализ мочи и плазмы крови атлетов из разных стран, которые победили на соревнованиях, с использованием масс-спектрометрии последнего поколения и МР-спектроскопии, то, весьма вероятно, там могут обнаружиться очень интересные субстанции, присутствующие только в моче и крови элитных атлетов.