Книга: Физиология силы

Глава 8 Тренировка силы в пожилом возрасте

Глава 8

Тренировка силы в пожилом возрасте

Изменения силовых способностей у пожилых людей. Многими экспериментальными исследованиями доказано, что по мере биологического старения человека его силовые способности значительно понижаются (D.A. Skelton et al., 1994; А.Дж. Мак-Комас, 2001). Так, в зависимости от условий исследования (поперечное или лонгитудинальное сравнение), возраста исследуемой группы (пожилые или очень пожилые), состояния здоровья (т. е. наличие или отсутствие хронических заболеваний) и режима двигательной активности («сидячие» в сравнении с активными) сила, развиваемая при произвольном максимальном сокращении, уменьшается на 20–40 % в возрасте от 30 до 80 лет (W.R. Frontera et al., 1991; R. Merletti et al. 2002). Снижение максимальной силы при старении наиболее ярко выражено в мышцах нижних конечностей, в особенности у разгибателей коленного и голеностопного суставов (W.R Frontera et al., 1991; N.A. Lynch et al., 1999). Вероятно, это связано с понижением двигательной активности в пожилом возрасте, которое влияет главным образом на нижние конечности. Следует особо отметить, что максимальная сила, проявляемая при выполнении сокращений динамической формы, снижается у пожилых людей существенно больше, чем при статических усилиях.

Биологическое старение сопровождается не только уменьшением величины максимального сокращения, но также и снижением скорости его развития. Сокращения скелетных мышц становятся более медленными. Недавние исследования показали, что возрастное уменьшение взрывной силы превышает величину понижения максимальной силы с наибольшей потерей между седьмым и девятым десятилетиями жизни (C.J. McNeil et al., 2007). Такое понижение скорости развития силы наблюдалось при выполнении сокращений концентрического типа (С. Bosco, P.V. Komi, 1980; К. Hakkinen, А. Hakkinen, 1995; М. Izquierdo et al., 1999). C.J. McNeil с соавторами (2007) выявили уменьшение взрывной силы на 25 % у сгибателей стопы и бедра между третьей и седьмой декадами жизни. Это снижение увеличивалось в два последующих десятилетия таким образом, что обследуемые мужчины на девятом десятилетии своей жизни развивали скорость первоначального сокращения на 60 % меньше в сравнении с молодыми испытуемыми (средний возраст 26 лет).

Существуют разные мнения по поводу возраста, в котором произвольная максимальная сила начинает снижаться. Тем не менее работающие в этом научном направлении специалисты единодушны в том, что в период с 40 до 60 лет мышечная сила снижается незначительно. Результаты исследования A.A. Vandervoort, A.J. McComas (1986) свидетельствуют о ежегодном снижении силы сгибателей стопы на 1,3 % после достижения 52-летнего возраста.

Для разработки экспериментально обоснованных рекомендаций по поддержанию здоровья пожилых людей важно иметь точные представления о том, как способность к проявлению максимальной силы и мощности работы влияет на двигательную активность в повседневной жизнедеятельности, способность сохранять равновесие и количество падений. Были доказаны значительные взаимосвязи между взрывной силой разгибателей ног и проявлениями ежедневной двигательной активности: временем подъема на ступеньку, скоростью привычной и максимальной ходьбы, результатами 6-минутного теста ходьбы (J.F. Bean et al., 2002; M.L. Pythoff, D.H. Nielsen, 2007).

T.M. Manini с коллегами (2007) определили относительную силу мышц, обеспечивающих разгибание в коленном суставе, чтобы оценить степень риска возможного ограничения двигательной активности у пожилых лиц (возраст 70–79 лет). Оказалось, что женщины и мужчины с относительной силой в диапазоне 1,01-1,13 Н х м/кг^-1 имели высокую степень риска, а обследуемые с величинами от 1,34 до 1,71 Н х м/кг ^-1 – невысокий риск ограничения их двигательной активности. В другой работе исследовали взаимосвязь между уровнем развития силы разгибателей ноги и сохранением равновесия в группе молодых (средний возраст 21 год), среднего возраста (40 лет) и пожилых (71 год) мужчин (М. Izquierdo et al., 1999). Авторы выявили, что невысокая способность быстро развивать силу у пожилых людей связана с понижением нервно-мышечной регуляции устойчивости вертикальной позы. У пожилых людей в период наибольшего количества падений также исследовали силу нижних конечностей и величину максимального вращательного момента как факторов, ограничивающих равновесие (М. Pijnappels et al., 2008). Оказалось, что величина измеренной максимальной изометрической силы позволяет точно дифференцировать пожилых людей, с которыми случались или нет падения. В недавних исследованиях ассиметрия силы мышц нижних конечностей была определена как фактор риска падений у пожилых (средний возраст 74 года) женщин (D.A. Skelton et al., 2002). Аргументируется, что ассиметрия активности мышц нижних конечностей, вероятно, больше всего наносит ущерб регуляции центра массы тела над ограниченной поверхностью опоры (Е. Pоrtegijs et al., 2006).

Механизмы снижения силовых способностей у людей пожилого возраста. Точно установлено наличие связи между величиной массы скелетной мышцы и силой, которую она способна генерировать (D.T Kirkendall, W.E.Garrett, 1998; L.M. Maltais et al., 2015). Следовательно, уменьшение массы скелетных мышц при старении должно определять связанную с возрастом потерю силы. Действительно, проведенные исследования выявили снижение массы скелетных мышц на 30–50 % у женщин и мужчин в период от 40 до 80 лет (J. Lexell et al., 1988; Н.Н. Акша et al., 2001). При исследовании методом магнитного резонанса разнородных образцов мышц у 468 мужчин и женщин в возрасте 18–88 лет установлено понижение скелетной мышечной массы тела, начинавшееся после достижения 30-летнего возраста (I. Janssen et al., 2000). Однако значительное ее снижение происходило лишь в конце пятого десятилетия. Потеря мышечной массы всего тела не зависела от его длины и была значительнее у мужчин, чем у женщин в абсолютных и относительных величинах по отношению к массе тела. Кроме того, наблюдалось более значительное снижение массы скелетных мышц с возрастом в нижней части тела и у мужчин и у женщин. Авторы высказали предположение, что мышцы нижних конечностей требуют большей двигательной активности (ходьбы, подъема на ступеньки), поэтому тот факт, что потери мышечной массы преобладают в нижней части тела, вероятно, может быть объяснен главным образом связанным с возрастом понижением физической активности.

Понижение мышечной массы при старении зависит от снижения общего числа мышечных волокон, уменьшения их объема и комбинаций этих двух факторов (J.A. Faulkner et al., 2007). Определенное значение в снижении мышечной массы также имеют изменения внутреннего расположения мышечных волокон (мышечной архитектуры).

Снижение мышечной массы происходит в меньшей степени, чем мышечной силы (А. Дж. Мак-Комас, 2001). В некоторых мышцах уменьшение объема волокон может существенно превышать процентное снижение площади поперечного сечения мышцы вследствие замены сократительных элементов жировой и соединительной тканями. Такая замена мышечной ткани объясняет причину меньшей величины усилия, развиваемого пожилыми людьми на единицу площади поперечного сечения мышцы, по сравнению с молодыми (A.A. Vandervoort, AJ. McComas, 1986).

M.V. Narici с соавторами (2003) исследовали длину пучка икроножной мышцы, а также угол, под которым пучки вставляются в ее жилистую оболочку в группе молодых (возраст 27–42 года) и пожилых (возраст 70–81 год) физически активных мужчин. Выявлено, что пучки икроножной мышцы пожилых людей были короче на 10 % в сравнении с молодыми исследуемыми. Кроме того, величина наклона пучков к жилистой оболочке была на 13 % меньше у пожилых лиц. Эти результаты определяются связанной с возрастом потерей саркомеров в системе их последовательных соединений. По данным M.V. Narici с коллегами (2003), такое снижение числа саркомеров приводит к ослаблению функции мышцы у пожилых людей, влияя на зависимость следующих взаимоотношений соответствующей мышцы: длина – сила; сила – скорость и мощность – скорость. Результаты старения проявляются не только в потере саркомеров в последовательных соединениях, но также в уменьшении саркомеров в параллели.

Понижение массы мышц до 50-летнего возраста зависит главным образом от уменьшения поперечного сечения отдельных волокон вследствие малоподвижного образа жизни (J. Lexell, С.С. Taylor, 1991). На более поздних этапах жизни дополнительная потеря мышечной массы определяется уменьшением числа мышечных волокон. J. Lexell с соавторами (1988) наблюдали уменьшение количества мышечных волокон в наружной широкой мышце бедра на 50 % у пожилых людей (возраст 50–80 лет). Снижение числа мышечных волокон в пожилом возрасте сопровождается инфильтрацией соединительной и жировой ткани (E. Edstrom, B. Ulfhake, 2005), а также изнашиванием сателитных клеток. V. Renault с коллегами (2002) отметили понижение пропорции сателитных клеток на 1,44-1,77 % у пожилых людей (возраст 74 года) по сравнению с молодыми (средний возраст 23 года). Понижение числа мышечных волокон и сателитных клеток у пожилых лиц происходит вследствие повышенной чувствительности их клеточных структур к процессу гибели ядер без потери самих клеток (S.E. Alway, Р.М. Siu, 2008). Уменьшение числа сателитных клеток оказывает двойной негативный эффект на мышечные волокна, приводящий к их старению: ослабление регенеративного потенциала скелетной мышцы и уменьшение способности стареющей мышцы отвечать гипертрофией на адекватные тренировочные нагрузки.

Вопрос о типе мышечных волокон, ответственных за нервномышечное старение, является довольно сложным. Исследования показывают, что волокна типа II более подвержены процессам старения, чем волокна типа I (J. Lexell et al., 1988; A.R. Coggan et al, 1992) (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Функциональные изменения моторной системы человека при старении

J. Lexell с соавторами (1988) наблюдали понижение на 26 % размера волокон типа II в наружной широкой мышце бедра от 20 лет к 80 годам. Изучение методом биопсии икроножной мышцы у молодых (средний возраст 24 года) и пожилых (средний возраст 64 года) мужчин и женщин показало снижение на 13–31 % поперечной площади волокон типа 11а и 11в (A.R. Coggan et al., 1992).

Могут быть и другие механизмы, ответственные за понижение числа и размера скелетных мышечных волокон в пожилом возрасте. Понижение физической активности приводит к уменьшению размера мышцы, тогда как процесс гибели ядер в мышечных волокнах и разрушение нейронального входа в мышцу являются причиной понижения мышечных волокон типа II (T. J. Doherty, 2003; S.E. Alway, P.M. Siu, 2008). Уменьшение числа быстрых мышечных волокон является причиной последовательного устранения больших альфа-мотонейронов (S. Тегао et al., 1996). Снижение количества быстрых мотонейронов приводит к денервированию волокон типа II. Некоторые волокна становятся реинервированными аксональными ответвлениями небольших альфа-мотонейронов (M.R. Roos et al., 1997). В результате этого просходит увеличение иннервационного отношения в оставшихся медленных двигательных единицах (M.R. Roos et al., 1997). Волокна, которые не становятся ренеиннервируемыми, остаются денер-вированными и со временем погибают.

Исследования последних лет показали, что не потеря мотонейронов ответственна за снижение мышечной массы, а нарушение способности волокна к регенерации и реиннервации (Е. Ed-strom et al, 2007). Это аргументируется тем, что связанная с возрастом потеря мотонейронов относительно мала (10–15 %) и что такое понижение не может в полной мере объяснить уменьшение значительного количества мышечных волокон (В. Ulfhake et al., 2000). Кроме того, уменьшение количества и размера мышечных волокон скелетных мышц является также следствием регенерации самих волокон (Е. Edstrom, В. Ulfhake, 2005). Авторы предполагают, что хотя мотонейроны денервируют часть мышечных волокон, тем не менее через некоторое время интактные отростки этих нейронов пытаются реиннервировать разъединенные мышечные волокна. Так как пластичность моторных аксонов уменьшается при старении (В.М. Carlson, J.A. Faulkner 1998), то невозможность реиннервирования свободных волокон, в конечном итоге, может приводить к снижению общего количества мышечных волокон (Е. Edstrom et al., 2007).

Уменьшение способности развивать максимальную и взрывную силу у пожилых людей нельзя объяснить только снижением мышечной массы. Нейрональные факторы также определяют ослабление силовых возможностей в пожилом возрасте (M.R. Roos et al., 1999). Это положение доказано в экспериментах по изучению изменений функционального состояния различных структур моторной системы в процессе онтогенеза. Так, А. Macaluso с соавторами (2002) оценивали максимальный изометрический вращательный момент и регистрировали при этом поверхностную ЭМГ наружной широкой мышцы и двуглавой мышцы бедра у молодых (средний возраст 23 года) и пожилых (средний возраст 69 лет) здоровых женщин. Авторы зарегистрировали более низкие величины вращательного момента разгибателей и сгибателей колена у пожилых женщин в сравнении с молодыми, сопровождавшиеся значительным уменьшением потока нисходящих эфферентных импульсов к соответствующим мышцам-агонистам, а также увеличением коактивации антагониста при разгибании в коленном суставе. По мнению авторов, более высокие уровни коактивации антагониста приводят к ограничению силы, служат компенсаторным механизмом пониженной способности коактивации мыщцы-агониста, а также делают жестким суставной мышечный комплекс, таким образом обеспечивая большую устойчивость в поддержании вертикальной позы (А. Macaluso et al., 2002).

Снижение центрального нисходящего эфферентного драйва к мышце-агонисту может способствовать уменьшению числа активных двигательных единиц, понижению частоты разрядов отдельных моторных единиц и ухудшению синхронизации их активности (А. Macaluso et al., 2002). D.M. Connelly и соавторы (1999) наблюдали связанное с возрастом понижение частоты разрядов моторных единиц передней большеберцовой мышцы. В то же время G. Kamen, А. Roy (2000) не нашли различий в синхронизации двигательных единиц у молодых и пожилых людей в первой дорсальной тыльной мышце кисти. На основе сведений, имеющихся в современной литературе, невозможно разграничить влияние изменений частоты импульсации ДЕ и синхронизации их активности на проявление максимальной и взрывной силы у пожилых людей. Для выяснения механизмов нейронального дефицита у лиц пожилого возраста необходимы дальнейшие исследования.

Программы силовой тренировки в пожилом возрасте. Снижение качества жизни пожилых людей связано как с социальными факторами, так и с биологическими процессами старения, сопровождающимися значительным ухудшением физических возможностей. Снижение мышечной силы и других физических кондиций сказывается и на качестве двигательной активности пожилого человека. У 28–35 % человек в возрасте более 65 лет зафиксировано не менее одного падения в течение года (A.J. Campbell et al., 1981; A.J. Blake et al., 1988). В возрасте свыше 75 лет это число возрастает до 32–42 % (М.Е. Tinetti et al., 1988; J.H. Dowton, К. Andrews, 1991). Около 20 % из общего числа перенесших падение обращаются за медицинской помощью, у 15 % таких пациентов происходят вывихи суставов, повреждения мягкой ткани и контузии, 5 % падений завершается переломами, из которых 1–2% случаев – шейки бедра (Р. Kannus et al., 1999).

Такие повреждения, сопровождающие падения, приводят к высоким финансовым затратам на обеспечение защиты здоровья пожилых людей. Так, в Соединенных Штатах Америки медицинская стоимость лечения повреждений, связанных с падениями, составила в 2000 г. порядка 19,2 млрд долларов (J. A. Stevens et al., 2006). К тому же, это еще и финансовые затраты на поддержание здоровья пожилых людей в периоды ограничения подвижности и ухудшения функционального состояния организма вследствие падений. Многочисленные комплексные исследования идентифицировали увеличение факторов риска падений (S.R. Lord, J. Day-hew, 2001). Понижение мышечной силы также ограничивает способность к сохранению равновесия, что приводит к повышению факторов риска возможных падений у людей пожилого возраста (J.M. Hausdorff et al., 2001; М. Pijnappels et al, 2008).

Улучшение качества жизни пожилых людей имеет огромное социальное значение. Вполне естественно, что на государственном уровне предусмотрены самые разные способы его поддержания. Одним из наиболее доступных, не требующих больших финансовых затрат, является оптимальная силовая подготовка пожилых людей, которая может обеспечить необходимый уровень их повседневной двигательной активности.

В целом ряде исследований изучалось влияние силовой тренировки на максимальное произвольное сокращение, скорость развития силы и способность сохранять равновесие у людей пожилого возраста (М. Brochu et al., 2002; М. Izquierdo et al., 2003; J.H. Holviala et al., 2006, M. Mueller et al., 2009).

Обнаружено, что и в таком возрастном периоде силовая тренировка приводит к увеличению максимальной и взрывной силы (R.U. Newton et al., 2002). Утверждается, что способность быстро развивать мышечное усилие имеет более важное функциональное значение, чем способность к проявлению как можно большей по величине силы (С. Suetta et al., 2007). В практическом отношении такое утверждение имеет первостепенное значение, так как ориентирует на использование тренировочных программ, которые обеспечивают повышение способности развивать взрывную силу. Исследования показали, что силовая тренировка, включающая комплексы упражнений для максимально быстрого наращивания усилия, является более эффективной для развития взрывной силы в пожилом возрасте по сравнению с традиционной силовой тренировкой (S.P. Sayers, 2007).

С методологической точки зрения важно определить, какая из тренировочных программ, обеспечивающих прирост мышечной силы, может быть выдержана в пожилом возрасте. Smith К. с соавторами (2003) исследовали влияние продолжительных силовых тренировок на 2 группы пожилых людей (средний возраст 72 года). У всех испытуемых измерялась динамическая мышечная сила (1ПМ) сгибателей и разгибателей рук, разгибателей ног. Первая группа выполняла силовую тренировку непрерывно в течение 5 лет. Группа II прекратила тренировку после двух лет занятий, а группа III была контрольной. После еще 3 лет тренировок (группа I) или детренировки (группа II) мышечная сила оставалась значительно более высокой по сравнению с ее величиной у исследуемых контрольной группы. Средняя величина силы у испытуемых группы II также была выше исходного фонового уровня, тогда как в контрольной группе динамическая мышечная сила уменьшалась в течение 5-летнего периода.

Обобщенные данные о силовых тренировочных программах для пожилых людей приводятся в обзорной статье N.A. Ratamess с соавторами (2009), написанной по предложению Американской Ассоциации спортивной медицины. В обзоре отмечается, что тренировка 1, 2 или 3 дня в неделю вызывает примерно одинаковые изменения мышечной силы у пожилых людей. Трехразовая тренировка была более эффективна для повышения мышечной выносливости, улучшения равновесия и состояния сердечно-сосудистой системы. Указывается на целесообразность использования разнообразного диапазона мышечных усилий (50–80 % 1ПМ), особенно в начале тренировочного процесса. Обращается особое внимание на необходимость выполнения силовых упражнений в водной среде. Такая форма силовых тренировок наиболее оптимальна в пожилом возрасте, поскольку устраняет многие риски, связанные с поднятием тяжестей в обычных тренировочных условиях, и в то же время эффективна для развития силы. По мнению авторов, нет сомнений в том, что силовая тренировка может повысить силовые возможности у людей пожилого возраста.

Не столь однозначные результаты получены при исследовании эффекта долгосрочной силовой тренировки на способность поддерживать равновесие. М. Brochu с коллегами (2002), J.H. Holviala и др. (2006) наблюдали у пожилых людей после нее повышение способности к сохранению равновесия, тогда как другие авторы такого влияния не обнаружили (J. Schlicht et al., 2001). Системный обзор результатов исследования в этом направлении сделан в работе R. Orr и др. (2008). Влияние силовой тренировки на способность сохранять равновесие исследовалось в работе J.B. Moore с соавторами (2005). На основе полученных данных авторы предлагают обратить особое внимание на помощь пожилым занимающимся после окончания каждой тренировки, так как вызываемое силовыми упражнениями утомление оказывает негативное влияние на способность поддерживать равновесие.

Многие работы посвящены изучению влияния различных тренировочных программ на предотвращение падений. К сожалению, лишь в немногих из них изучалось воздействие на это только силовой тренировки. При исследовании изменений различных двигательных качеств под влиянием комплексных тренировочных программ, включающих упражнения на силу, выносливость, равновесие и гибкость, установлено снижение количества случаев падения у лиц пожилого возраста после курса таких занятий (L.Z. Rubenstein et al., 2000).

Функциональные изменения, сопровождающие тренировку силы в пожилом возрасте. Общепризнано, что нервно-мышечная система пожилых людей отвечает функциональными изменениями на адекватные тренировочные программы (А.А.Vandervoort, 2002). Увеличение силовых возможностей в таком возрасте определяется различными факторами: длительностью тренировочного периода, выполняемым объемом нагрузки, типом силовой программы и др.

В течение первых двух недель силовой тренировки прирост силы проявляется, в основном, в формировании более совершенной двигательной координации, которая может быть рассмотрена как эффект обучения. После 3–4 недель силовой тренировки улучшение мышечной силы объясняется, преимущественно, нейрональными адаптивными механизмами (D.G. Sale, 2003). По мнению К. Hakkinen (2003), вызываемый прирост силы в течение этой фазы тренировочного процесса определяется созданием более совершенных условий рекрутирования ДЕ, повышением частоты их разрядов, а также более синхронной активностью двигательных единиц. Изменения в работе ДЕ сопровождаются более оптимальной коактивацией мышц-агонистов и понижением коактивации мышц-антагонистов. Если адекватные прогрессивно нарастающие тренировочные нагрузки продолжаются 6 недель и более, то прирост силовых возможностей определяют мышечные факторы. С помощью метода компьютерной томографии показано увеличение площади поперечника мышцы на 5-17 % у пожилых людей под влиянием силовой тренировки, продолжавшейся 3 месяца (К. Hakkinen, А. Hakkinen, 1995; А. Ferri et al., 2003). Выявлена гипертрофия мышечных волокон типа I, 11а и IIb при силовых нагрузках (S. Trappe et al., 2000; J.J. Widrrick et al., 2002). Более того, 10-недельные прогрессирующие нагрузки для развития силы приводили к трансформации структуры мышечных волокон типа II: от подтипа 11а к IIb у пожилых мужчин (средний возраст 61 год) (К. Hakkinen et al., 1998). Эти результаты были подтверждены M.J. Sharman с соавторами (2001), которые наблюдали в наружной широкой мышце бедра преобразование изоформ миозиновых тяжелых цепочек из формы IIb в форму IIa у пожилых мужчин и женщин (средний возраст 65 лет) после 6 месяцев высокоинтенсивной силовой тренировки мышц нижних конечностей.

Определены некоторые механизмы, лежащие в основе гипертрофии мышц, вызываемой тренировкой в пожилом возрасте. В связи с тем, что мышечные волокна являются пост-митоти-ческими клетками, в них не происходит клеточного деления после эмбриональной дифференциации. Тем не менее вызываемое тренировкой увеличение поперечной площади мышцы первоначально наблюдается в период появления в мышечных волокнах новых дополнительных ядер. Такой миоядерный постнатальный рост мышечных волокон обеспечивается сателитными клетками. Предполагается, что эти резервные клетки остаются митотически неактивными, но они мобилизуются при увеличенной мышечной нагрузке или повреждении мышечного волокна и играют роль в адаптации и восстановлении мышцы (G. Goldspink, S. Harridge, 2003). Активация сателитных клеток обнаружена у молодых мужчин через 4 и 8 дней после одной максимальной тренировки (Crameri R.M. et al., 2004). Установлено, что количество сателитных клеток возрастало у молодых мужчин на 19 % в последующие 30 дней силовой тренировки и на 31 % – за 90 тренировочных дней. По сравнению с исходным уровнем число сателитных клеток оставалось значительно повышенным через 3, 10 и 60 дней после прекращения занятий (F. Kadi et al., 2004). В этой работе также исследовалась взаимосвязь между вызываемым тренировкой увеличением поперечного сечения (площади) мышечных волокон и приростом числа ядер в отдельном мышечном волокне. Выявлено, что пролиферация сателитных клеток способствует гипертрофии мышцы. В опытах на пожилых мужчинах и женщинах (средний возраст 76 лет) было показано, что пролиферация сателитных клеток (27 %) может быть вызвана 12-недельной силовой тренировкой мышц нижних конечностей (A.L. Mackey et al., 2007). Эти результаты свидетельствуют, что продолжительная силовая тренировка приводит к одинаковой степени пролиферации сателитных клеток у молодых и пожилых людей.