Cvičení svalové síly a ovlivnění rozsahu pohybu Vacek jan 1 Cvičení svalové síly •Svalová síla kosterního svalu za normálních podmínek a fyziologického průřezu je 3.5 – 5.5 kp/cm2 •Fyziologický průřez svalu je součet všech ploch průřezu vláken svalových •Anatomický průřez svalu je plocha příčného řezu 2 Cvičení svalové síly •Ke zvyšování síly svalové je nutno sval stimulovat určitým zatížením –Absolutní síla svalu – nutno aplikovat maximální možný odpor (dochází k zapojení nevyužitých motorických jednotek do kontrakčního vzorce) –Vytrvalostní síla svalu – menší odpor při velkém počtu opakování –Dynamická rychlost – menší odpor s rychlým provedením pohybu 3 II. Nábor MU •Malé aMN začínají pálit dříve než velké, malé MU začínají pracovat dříve •Nábor MU v pořadí S, FR, FF, inhibice v opačném pořadí •Důvod – rozdílný práh dráždivosti, rozdílná hustota synapsí, rozdílná délka dendritů. Nehomogenní rozvrstvení MU ve svalu 22.4.2021 4 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Nábor MU v triceps surae •Klidný stoj, setrvalá chůze, skok •Soleus – konstantní aktivita při všech těchto aktivitách •Gastrocnemius – 8-12% MCV stoj, 25% klidná chůze, skoky – 100% MCV 22.4.2021 5 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Práh náboru MU •Závisí na rychlosti kontrakce – čím rychlejší, tím dříve se MU aktivují ( norm.pořadí) •Velmi rychlé kontrakce - projeví se rozdílná rychlost vedení axonů.. velké MU jsou aktivovány dříve •Velmi rychlá změna síly z jedné do druhé úrovně-rychlé,krátké zvýšení aktivity MN nutné k zajištění vysoké rychlosti kontrakce. Během této změny – frekvence všech MU vzroste s mohutnou aktivitou velkých MU . Po dosažení nové úrovně síly klesá aktivita všech MU, velké vypnou zcela. • 22.4.2021 6 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Ovlivnění náboru MU •1. Druh aferentního podnětu •Aferentní vstupy z kožních receptorů či stimulace rubrospinálního traktu ð výraznější stimulace velkých a inhibice malých MU.. Záleží na druhu aferentního vstupu a jeho fyziologickému vztahu k potřebě adekvátní silou v adekvátním čase zasáhnout ð 22.4.2021 7 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci •2. Podle směru pohybu •Abductor pollicis – prime mover při abdukce palce – normální pořadí náboru MU • - synergista při flexi palce – obrácený sled náboru 22.4.2021 8 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Frekvence MU •Rozsah frekvencí MU 6-8 Hz do 20-35 Hz •Výjimkou – potřeba prudkého zvýšení síly při začínající kontrakci.. 150Hz ðzkrácení času na dosažení maxima •Postupná zátěž svalu ruky .. MU(I) – 9Hz, zvýšení síly – vyšší f MU(I) a zároveň se objeví aktivita MU velkých o f 9 Hz. 40% MCV – aktivováno maximum MU, další zvýšení síly cestou zvýšení frekvence 22.4.2021 9 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci •Rozdíly náboru MU a jejich frekvencí závisí na velikosti a funkci daného svalu 22.4.2021 10 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Zvyšování síly svalu při kontrakci •Zvýšením počtu aktivovaných MU Adrian- Bronckův zákon •Zvýšením frekvence MU •Synchronní aktivace MU 22.4.2021 11 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Cvičení svalové síly •Etiologie oslabení síly svalové –Neurogenní (poškození prvního nebo druhého motoneuronu) –Synaptické (porucha v oblasti nervosvalové ploténky – myasthenia gravis, porucha iontové rovnováhy,…) –Myogenní (porucha na úrovni svalového vlákna – myopatický syndrom) –Funkční- funkční´útůum svalu na všech etážích CNS 12 V. Morfologická odpověď na zátěž •svaly jsou kontinuálně remodelovány podle funkce,kterou zastávají. •mění se průřez, délka, síla, vaskulární zásobení a v určitém rozsahu i poměr zastoupení jednotlivých typů vláken •největší změny – zátěž či imobilizace 22.4.2021 13 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Svalová hypertrofie žjako následek kontrakcí maximální či téměř maximální silou žzmnožení proteinů A i M v myofibrilách, zmnožení myofibril ve vláknech + zmnožení enzymatického aparátu svalu ži bez přítomnosti růstového hormonu, inzulinu, i v negativní N bilanci žvliv délky svalu- nejvyšší rychlost obratu proteinů je v polárních částech žsvalová hyperplazie – při extremních silových nárocích žproliferace vaziva 22.4.2021 14 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Svalová atrofie •nepoužívání svalu ð pokles počtu myofibil a úbytek proteinů rychleji než jejich výstavba •prolongovaný pobyt na lůžku ð výraznější atrofie na DK •pokles síly je výraznější než úbytek hmoty svalu díky sníženému náboru MU •5 týdenní imobilizace ð pokles síly quadricepsu o 45% …33% pokles díky snížení centrální aktivace, 12% úbytkem svalové hmoty •izometrická aktivace ð prevence atrofie, snížení poklesu síly .. zvl.v úhlech posilování 22.4.2021 15 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci žzměny vlivem atrofie se týkají i úhlu postavení vláken svalu k ose působení síly svalu … do 10% úbytku sval.hmoty je změna zanedbatelná ž žimobilizace snižuje i průřez šlach, produkce nového nezralého kolagenu při rychlejším odbourávání starého kolagenu ð úbytek vazivové hmoty ð snížení tuhosti vaziva ð prodloužení elektromechanické latence ( doba od začátku el. projevu aktivace svalového vlákna do realizace napětí na skeletu) 22.4.2021 16 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Reakce svalu na zátěž •nadměrná pohybová zátěž svalu indukuje oxidativní stres a tvorbu volných radikálů ve svalové tkáni volné radikály – zodpovědné za peroxidaci lipidů ( vzestup MDA – malondialdehyd), •cvičení vyvolává aktivitu ochranných mechanismů ( superoxid dismuthasa, glutathion peroxidasa, cytochrom c oxidaza, HSP) •cvičením vyvolané poškození svalu .. vzestup CK, •obranné faktory – vitamin E, estrogeny •problém suplementace při zvýšené zátěži ???? • 22.4.2021 17 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Změny svalu věkem •Fetální svaly – nízký stupeň diferenciace na jednotlivé typy vláken.. dominance vláken I a IIC •Do puberty – minimální rozdíly síly a rychlosti kontrakce •Puberta – vliv hormonálních změn •snad vyšší procento vláken I u žen .. větší část svalů pracuje v režimu pomalých vláken. Ženy schopny lépe využívat tukové zásoby na svalovou práci … přizpůsobeny k dlouhodobým aktivitám o nižší intenzitě 22.4.2021 18 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Změny ve stáří 1.Distribuce svalových vláken změny v poměru zastoupení vláken ve prospěch vláken I. Zastoupení vláken II se snižuje od 3 dekády. Znatelný úbytek v 8 dekádě 2.Atrofie vysoce variabilní, více svaly s převahou vl.II (úbytek velikosti a počtu vláken ??) 3.Počet vláken a/ poškození vláken – snížení schopnosti reparace, úbytek satelitních buněk b/ ztráta vláken denervací • c/ klesá počet MU , rostou MU kolaterální regenerací 22.4.2021 19 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Příčně pruhovaný sval •Počet svalových vláken –během několika let se zafixuje a zůstává delší dobu prakticky konstantní –Změny svalové síly – v naprosté většině dány změnou objemu (hypertrofie, hypotrofie) –Poškozená svalová vlákna – opravena či nahrazena vlákny ze satelitních buněk –Po 30 roku věku začíná úbytek 0.5-1% sval. hmoty za rok s prudkou akcelerací po 65.r. …sarcopenia 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 20 §Sarkopenie , Ca kachexie …zmenšení objemu a počtu vláken IIb (fázických) §Obezita – preferenční ztráta vláken I (tonických) §Ztráta vláken může být doprovázena Zánětem (Schaap 2006) Infiltrací tukovou tkání (Vettor 2009) Fibrozou (Rice 1989) Redukcí kapilární sítě (Coggan 1992) 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 21 Zevní faktory •Změna stravovacích zvyklostí •Ekonomické změny •Psychické změny …. Tendence k pohybu •Endokrinní změny •Vliv farmak ordinovaných na jiná onemocnění 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 22 Satelitní buňky §Zárodečné buňky – regenerace poškozeného svaly, udržení svalové hmoty §Věkem – snížení počtu i aktivity SB Hormonální změny prostředí Snížená senzitivita SB na stimulační vlivy Narušení interakcí s fibroblasty, makrofágy, neutrofily §Snížení kalorického příjmu a zvýšení pohybové zátěže – prodloužení vitality a funkce SB § 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 23 Poškození nervosvalového přenosu •Rozšíření plochy nervosvalové ploténky •Délka a průměr nervových vláken se snižují •Reinervace sirotčích vláken – podle typu vláken •Popisovány případy reinervace i vláken odlišného typu …. Smíšené MU … •Odolnější vlákna typu I – reinervovaná vlákna typu II se přizpůsobují 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 24 Sarkoplasmatické retikulum 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 25 •Stárnoucí SER – akumulace tubulárních agregátů v membránách… abnormity ve skladování a uvoňování Ca2+ •Narušení homeostázy Ca Je tedy účinná prevence? •pravidelná fyzická aktivita – odporová i aerobní cvičení – pozitivní trofický vliv, snížení zánětlivé, věkem zesílené reakce na zátěž •zbytečně nepřetěžovat excentrickou kontrakcí •dostatečný přísun aminokyselin •prevence obezity •budoucnost – viz výše zmíněné způsoby zásahu do degradace proteinů 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 26 •Výcvik síly ve stáří adekvátní posilování ð přírůstky síly jako mladí .. přírůstek objemu vláken II , bez zvýšení průřezu vláken I. •Výcvik vytrvalosti ve stáří hlavním faktorem - intenzita a trvání stimulu zvýšení svalové oxidativní kapacity, kapilární denzity, zvýšení procenta vláken II a proti II b 22.4.2021 27 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Programy na zvýšení svalové síly •Síla je dána schopností svalů překonávat svou kontrakcí zevní odpor •Síla statická x dynamická •Výcvik síly –hypertrofie vláken –Nácvik aktivace maxima MU •Posilování – pokud možno neunavený CNS – 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 28 a/ Metoda krátkodobých maximálních úsilí •Submaximální odpor –90-95% 2-3x opakování 4-5 serií •Blízké maximu –80-90% 3-5x opakování 7-8 •Odpor dostačující k aktivaci svalu – adaptační reakce již po prvním cviku •Pomalé pohyby – cvičíme sílu statickou •Rozbíjí útlum, učí aktivovat větší počet MU 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 29 b/ Metoda opakovaných úsilí •Odpor 80-35% - větší počet opakování- jeden cvik nenaruší homeostázu svalu – potřeba cvičit do únavy. •7-10 opakování v jedné serii • proti středním odporům - rychlost •Proti malým odporům vytrvalost •Pauzy mezi seriemi – k adaptačním reakcím dochází v klidové fázi •Hypertrofie svalových vláken 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 30 Minimální účinný odpor •K přírůstku síly nad 35% •K udržení síly 20-35 % •Síla klesá – pod 20% 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 31 Programy na zvýšení svalové síly •velký odpor , nízký počet opakování 1.Koncentrická kontrakce De Lorme : 10RM 10x50%RM, 75%, 100% 5dní , 2 dny pauza, nové 10 RM Oxford: 10x100%RM, 75%, 50% 1RM , Atha : 6RM 2.Izometrická kontrakce – přírůstky síly maximální v úhlu posilování, doporučený čas kontrakce 6sec , 1 maxim.kontrakce 1 sec pro každý sval denně 22.4.2021 32 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci Programy na zvýšení výkonnosti •nízký odpor, vysoký počet opakování •vede ke schopnosti pracovat po delší dobu •adaptace se týká jak svalů tak i KV aparátu •vyšší výkonnost svalu – pracuje více aerobně •maraton.běžci – dlouhodobá zátěž ð přeměna vláken anaerobních na aerobní – posun IIb na IIa 22.4.2021 33 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 22.4.2021 Kurz neurofyziologie v rehabilitaci 34 •zvyšuje se aktivita aerobních enzymů, zvyšuje se velikost a počet mitochondrií •zmenšuje se průměr vláken, zvyšuje se rezistence na únavu •malé intenzity zátěže preferenčně aktivují malé MU.. na většinu aktivit stačí vlákna I a IIa •elektrostimulace přednostně stimuluje velké axony ð aktivace vláken II •dlouhodobá elektrostimulace o nízké frekvenci vede k přestavbě IIb přes IIc na IIa • Možnosti terapeutického ovlivnění svalového oslabení 1.Cvičení dle svalového testu nAnalytická metoda, vychází z polohy a ze směru pohybu při svalovém testu. nJednotlivé svaly cvičíme do svalového stupně 3, pak začleňujeme do komplexu pohybu. nPasívní protahování svalu vede k udržování elasticity svalu. 35 Možnosti terapeutického ovlivnění svalového oslabení 2.Izometrické cvičení dle Hettingera – –Metoda posilování používá krátkých izometrických cvičení s 90% použité síly – počet opakování je 10, doba stahu je 6 sekund, pauza 5-10 sekund –Izometrická maxima 36 Možnosti terapeutického ovlivnění svalového oslabení •Cvičení síly svalové s využitím biofeedbacku –Jde o posílení běžné dostředivé signalizace a její využití k facilitaci stahu svalu – cvičení před zrcadlem, komentář fyzioterapeuta k prováděnému pohybu, snímaný myopotenciál povrchovými elektrodami převést na akustický signál … 37 Možnosti terapeutického ovlivnění svalového oslabení •Cvičení na posilovacích zařízeních –Vychází se ze cvičení dle svalového testu, kdy manuální odpor fyzioterapeuta je nahrazen přístrojem (posilovacím zařízením) –Požadovaný směr a rozsah pohybu bez vzniku substitučních pohybů je dán nastavením přístroje –Lze použít tam, kde stupeň svalové síly převyšuje alespoň odpor kladený gravitací 38 Možnosti terapeutického ovlivnění svalového oslabení •Elektrostimulace během svalové kontrakce –Stimulace během izometrického stahu svalu – zvětšení svalové masy a tím tenze při stahu statického charakteru –Stimulace během koncentrické kontrakce svalu – zvýšení dynamické síly 39