FULL TEXT - Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja

O r t o p e d i a Traumatologia Rehabilitacja
© MEDSPORTPRESS, 2006; 6(6); Vol. 8, 680-685
Zaanga¿owanie Autorów
A – Przygotowanie projektu
badawczego
B – Zbieranie danych
C – Analiza statystyczna
D – Interpretacja danych
E – Przygotowanie manuskryptu
F – Opracowanie piœmiennictwa
G – Pozyskanie funduszy
Maciej P³aszewski
ed
.
Wydzia³ Fizjoterapii, Wy¿sza Szko³a Administracji Towarzystwa Szkolnego
im. M. Reja, Bielsko-Bia³a
tio
np
roh
ibit
Zmiany czêstoœci skurczów serca
pod wp³ywem æwiczeñ izometrycznych
i rosyjskiej stymulacji miêœni
prostowników stawu kolanowego
Author’s Contribution
A – Study Design
B – Data Collection
C – Statistical Analysis
D – Data Interpretation
E – Manuscript Preparation
F – Literature Search
G – Funds Collection
Heart rate changes following isometric exercise
of the knee extensor and Russian stimulation
-d
istr
ibu
S³owa kluczowe: kinezyterapia, elektrostymulacja przezskórna, akcja serca
Key words: kinesytherapy, transdermal electrostimulation, pulse rate
STRESZCZENIE
on
al
us
eo
nly
Wstêp. Æwiczenia izometryczne powoduj¹ wiêkszy wzrost czêstoœci skurczów serca ni¿ porównywalne wysi³ki dynamiczne. Ma to znaczenie dla pacjentów ze schorzeniami sercowo-naczyniowymi. Alternatyw¹ æwiczeñ izometrycznych jest
elektrostymulacja nerwowo-miêœniowa. W pracy porównano wzrost akcji serca w wyniku obu rodzajów wysi³ków statycznych miêœni prostowników kolana.
Materia³ i metody. Badano 65 zdrowych osób (33 mê¿czyzn, 32 kobiety) w wieku 20-22 (x = 20,94) lat. W kolejnoœci losowej, co 48 godzin, prowadzono æwiczenia izometryczne i rosyjsk¹ elektrostymulacjê. Wykonywano pomiary tensometryczne najwy¿szych wartoœci si³ ka¿dego skurczu. Akcjê serca mierzono przed i po wysi³ku.
Wyniki. Podczas æwiczeñ si³a kolejnych skurczów mala³a i wynosi³a w pierwszym i ostatnim powtórzeniu 380,7 N
(±63,9) i 349,2 N (±51,9) oraz 635,3 N (±120,0) i 562,1 N (±102,7), odpowiednio u kobiet i mê¿czyzn. Podczas stymulacji
wyniki analogicznych pomiarów wynios³y kolejno 126,7 N (±84,5) i 137,63 N (±70,1) oraz 282,2 N (±102,81) i 262,2 N
(±117,7). Czêstoœæ skurczów serca wzros³a po æwiczeniach u kobiet o 52,2 uderzeñ na minutê, a ró¿nice istotne statystycznie utrzymywa³y siê do 2 min. po wysi³ku. U mê¿czyzn wzrost akcji serca wyniós³ 56,9 ud/min, a ró¿nice by³y istotne do 3
min. po wysi³ku. Po elektrostymulacji akcja serca wzros³a u kobiet o 12,9 ud/min (p<0,001), a u mê¿czyzn o 9,9 ud/min
(p<0,001). U obu p³ci wykazano brak istotnych ró¿nic czêstoœci skurczów serca w kolejnych pomiarach w stosunku do wartoœci spoczynkowych.
Wnioski. U m³odych, zdrowych kobiet i mê¿czyzn intensywne æwiczenia izometryczne prostowników kolana prowadz¹
do znacznie wiêkszego i d³u¿szej trwaj¹cego wzrostu akcji serca ni¿ typowa rosyjska elektrostymulacja,.
pe
rs
SUMMARY
is c
op
y is
for
Background. Isometric exercise leads to a greater heart rate increase than comparable dynamic exertion, which is of
considerable importance in cardiovascular disorders. Neuromuscular electrical stimulation is an alternative to isometric
exercise. We compared heart rate increases following both kinds of static exertion of the knee extensors.
Material and methods. 65 healthy volunteers (33 males, 32 females) 20-22 years of age (mean 20.94) completed the
trial. Isometric exercise and electrical stimulation were performed randomly, with a 48-hour rest period. The peak contraction forces were measured at each repetition. The heart rate was recorded at baseline and post-exertion.
Results. Contraction forces decreased in subsequent repetitions. The first and last repetitions in females and males were
measured at 380.7 N (±6.9), 349.2 N (±51.9), 635.3 N (±120.0) and 562.1 N (±102.7), respectively. The corresponding data
for electrically evoked contraction forces were as follows: 126.7 N (±84.5), 137.63 N (±7.1), 28.2 N (±102.81) and 262.2
N (±117.7). Heart rate increased immediately after exercise in females by 52.2 beats/min, and significant differences (p<
0.001, p< 0.01) existed for 2 minutes during recovery. In males the increase was 56.9 beats/min, and the differences were
significant (p< 0.001, p< 0.01) for 3 minutes post-exercise. Heart rate increased immediately after stimulation by 12.9
beats/min (p<0.001) in females and by 9.9 beats/min (p<0.001) in males.
Conclusions. In young, healthy males and females, intensive isometric exercise leads to a greater and more prolonged
heart rate increase than does Russian electrical stimulation.
Liczba s³ów/Word count: 2160
Tabele/Tables: 0
Ryciny/Figures: 8
Th
Adres do korespondencji / Address for correspondence
dr Maciej P³aszewski
Wydzia³ Fizjoterapii WSA, e-mail: [email protected]
43-300 Bielsko-Bia³a, ul. A. Frycza Modrzewskiego 12, tel./fax: (0-33) 811-10-43,
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
ARTYKU£ ORYGINALNY / ORIGINAL ARTICLE
680
Piœmiennictwo/References: 21
Otrzymano / Received
Zaakceptowano / Accepted
17.01.2005 r.
23.05.2005 r.
ed
.
-d
istr
ibu
tio
np
roh
ibit
Zwyrodnieniom kolana mog¹ towarzyszyæ zaniki
miêœnia czworog³owego uda, a zw³aszcza miêœnia
obszernego przyœrodkowego. Dlatego stosuje siê wysi³ki statyczne – æwiczenia izometryczne i/lub elektrostymulacjê nerwowo-miêœniow¹. Wysi³ki wolicjonalne statyczne powoduj¹ wiêkszy wzrost czêstoœci
skurczów serca ni¿ porównywalne wysi³ki dynamiczne [1]. Ma to znaczenie dla pacjentów ze wspó³towarzysz¹cymi schorzeniami sercowo-naczyniowymi [2]. W niektórych przypadkach (unieruchomienia,
stany po operacji wiêzade³) ruch w stawie jest niemo¿liwy lub przeciwwskazany. Wtedy alternatyw¹
æwiczeñ izometrycznych mo¿e byæ elektrostymulacja
nerwowo – miêœniowa [3]. Brak jest porównañ wp³ywu æwiczeñ izometrycznych o typowej metodyce
do stymulacji wed³ug metody Kots'a (rosyjska stymulacja) [4,5,6]. W pracy porównano wielkoœæ zmian
czêstoœci skurczów serca w wyniku æwiczeñ izometrycznych dowolnych i rosyjskiej stymulacji miêœni
prostowników kolana.
WYNIKI
eo
for
pe
rs
on
al
us
Badano 65 zdrowych, aktywnych fizycznie osób
(33 mê¿czyzn, 32 kobiety) w wieku 20-22 (x = 20,94)
lat. Wykonywano æwiczenia izometryczne (5 sekund
skurcz, 10 sekund przerwa, 10 powtórzeñ, maksymalny wysi³ek) [4] i elektrostymulacjê (10 sekund
skurcz do granicy tolerancji, 50 sekund przerwa), losowo, co 48 godzin [5]. Zastosowano tzw. rosyjsk¹
stymulacjê (rosyjski pr¹d, pr¹d Kots'a: pr¹d sinusoidalnie zmienny o czêstotliwoœci 2500 Hz, bipolarny,
p³yn¹cy w pakietach 50 Hz [5, 6]. Wykonywano po-
Podczas æwiczeñ dowolnych si³a kolejnych skurczów by³a coraz mniejsza i wynosi³a w pierwszym
i ostatnim powtórzeniu 380,7 N (±63,9) i 349,2 N
(±51,9) oraz 635,3 N (±120,0) i 562,1 N (±102,7),
odpowiednio u kobiet i mê¿czyzn. Podczas stymulacji wyniki analogicznych pomiarów wynios³y kolejno 126,7 N (±84,5) i 137,63 N (±70,1) oraz 282,2 N
(±102,81) i 262,2 N (±117,7). Wartoœci si³ osi¹ganych w kolejnych skurczach æwiczeñ i stymulacji,
u kobiet i mê¿czyzn, przedstawiaj¹ Ryc. 1-4.
Czêstoœæ skurczów serca by³a u kobiet natychmiast po æwiczeniach izometrycznych wy¿sza od war-
nly
MATERIA£ I METODY
y is
op
is c
Th
Ryc. 1. Si³a skurczów miêœni prostowników kolana podczas æwiczeñ izometrycznych u kobiet
Fig. 1. Force of knee extensor contraction during isometric exercise in females
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
miary tensometryczne najwy¿szych wartoœci si³ podczas ka¿dego powtórzenia. Czêstoœæ skurczów serca
mierzono przed wysi³kiem (pomiar spoczynkowy),
bezpoœrednio po wysi³ku oraz co minutê, przez kolejne 5 minut. Do pomiarów si³ zastosowano tensometryczny przetwornik si³y S2/1000 N ze wzmacniaczem
pomiarów MVD 2510, klasa dok³adnoœci 0.1, firmy
Hottinger Baldwin Messtechnik, elektrostymulacje wykonywano urz¹dzeniem Sonicator 992 Plus firmy Mettler Electronics, a do pomiarów czêstoœci skurczów serca s³u¿y³ aparat Polar Sport Tester GBR 165020 A.
W celu oceny istotnoœci ró¿nic pomiêdzy wartoœciami spoczynkowymi i powysi³kowymi czêstoœci
skurczów serca, w poszczególnych grupach, zastosowano test Fischera dla porównañ zaplanowanych.
Porównywano wartoœci czêstoœci skurczów serca
z kolejnych pomiarów powysi³kowych do wartoœci
spoczynkowych. Jako istotne statystycznie przyjêto
ró¿nice uzyskanych wielkoœci na poziomach p<0.001,
p<0.01 oraz p<0.05.
WSTÊP
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
P³aszewski M., Czêstoœæ skurczów serca a æwiczenia izometryczne i rosyjskiej stymulacji miêœni
681
eo
nly
-d
istr
ibu
Ryc. 2. Si³a skurczów miêœni prostowników kolana podczas æwiczeñ izometrycznych u mê¿czyzn
Fig. 2. Force of knee extensor contraction during isometric exercise in males
us
al
for
pe
rs
on
Ryc. 3. Si³a miêœni prostowników kolana podczas elektrostymulacji u kobiet
Fig. 3. Force of knee extensor contraction during electrical stimulation in females
y is
op
is c
Th
Ryc. 4. Si³a miêœni prostowników kolana podczas elektrostymulacji u mê¿czyzn
Fig. 4. Force of knee extensor contraction during electrical stimulation in males
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
tio
np
roh
ibit
ed
.
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
P³aszewski M., Czêstoœæ skurczów serca a æwiczenia izometryczne i rosyjskiej stymulacji miêœni
682
us
al
on
pe
rs
for
is c
op
y is
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
Ryc. 6. Czêstoœæ skurczów serca przed i po æwiczeniach izometrycznych u mê¿czyzn
Fig. 6. Heart rate before and after isometric exercise in males
Th
Ryc. 7. Czêstoœæ skurczów serca przed i po elektrostymulacji u kobiet
Fig. 7. Heart rate before and after electrical stimulation in females
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
ibu
eo
nly
-d
istr
Ryc. 5. Czêstoœæ skurczów serca przed i po æwiczeniach izometrycznych u kobiet
Fig. 5. Heart rate before and after isometric exercise in females
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
tio
np
roh
ibit
ed
.
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
P³aszewski M., Czêstoœæ skurczów serca a æwiczenia izometryczne i rosyjskiej stymulacji miêœni
683
ibu
eo
nly
wadzono badania dotycz¹ce reakcji uk³adu sercowo
– naczyniowego na skurcze stymulowane. Wykazano
zale¿noœæ intensywnoœci stymulacji i zapotrzebowania metabolicznego pracuj¹cych jednostek motorycznych oraz wielkoœci wzrostu przep³ywu krwi [7,15,
19,20]. Wybiórcza powierzchniowa aktywacja jednostek motorycznych podczas elektrostymulacji os³abia
wp³yw mechaniczny skurczu miêœnia na naczynia
krwionoœne (pompa miêœniowa), w porównaniu do
skurczów wolicjonalnych o podobnej sile [21]. Dostêpne badania porównuj¹ce zmiany akcji serca pod
wp³ywem stymulacji i æwiczeñ dowolnych dotyczy³y
innej ni¿ w badaniach w³asnych metodologii. Carrington i wsp. [14] badali zmiany akcji serca u osób
z niewielk¹ niewydolnoœci¹ miêœnia sercowego pod
wp³ywem pojedynczych zgiêæ grzbietowych stopy.
Zarówno po stymulacji, jak i æwiczeniach dowolnych
stwierdzili nieznaczny i krótkotrwa³y wzrost akcji
serca. Leyk i wsp. [15] odnotowali znacz¹cy wzrost
akcji serca w wyniku æwiczeñ (równie¿ zginanie
grzbietowe stopy) i brak istotnych zmian tego parametru po elektrostymulacji. Wyniki badañ w³asnych
koresponduj¹ czêœciowo z tymi obserwacjami. Wydaje siê, ¿e elektrostymulacja mo¿e byæ wartoœciow¹
alternatyw¹ dla æwiczeñ izometrycznych dowolnych,
ze wzglêdu na umiarkowanie du¿¹ intensywnoœæ pracy miêœniowej i brak obci¹¿enia miêœnia sercowego.
Wskazane s¹ jednak dalsze badania, zw³aszcza dotycz¹ce pomiarów zmian ciœnienia têtniczego krwi.
on
al
us
toœci spoczynkowych œrednio o 52,2 ud/min, a podwy¿szone wartoœci tego parametru (p< 0.001, p< 0.01)
utrzymywa³y siê do 2 min. po wysi³ku (Ryc. 5).
U mê¿czyzn wzrost czêstoœci skurczów serca po
æwiczeniach izometrycznych, w stosunku do wartoœci sprzed wysi³ku, wyniós³ œrednio 56,9 ud/min,
a istotne ró¿nice wzglêdem wartoœci spoczynkowych
(p<0.001, p<0.01) wykaza³y trzy kolejne pomiary
– do 3 min. po wysi³ku (Ryc. 6).
Po elektrostymulacji u kobiet akcja serca by³a natychmiast po wysi³ku wy¿sza od wartoœci spoczynkowych o 12,9 ud/min (p<0,001), a u mê¿czyzn o 9,9 ud/
min (p<0,001). U obu p³ci wykazano brak istotnych ró¿nic czêstoœci skurczów serca w kolejnych pomiarach,
w stosunku do wartoœci sprzed wysi³ku (Ryc. 7 i 8).
-d
istr
Ryc. 8. Czêstoœæ skurczów serca przed i po elektrostymulacji u mê¿czyzn
Fig. 8. Heart rate before and after electrical stimulation in males
pe
rs
DYSKUSJA
Th
is c
op
y is
for
Obserwowany znacz¹co wy¿szy wzrost czêstoœci
skurczów serca w wyniku æwiczeñ wolicjonalnych
mo¿e wynikaæ zarówno z wiêkszej si³y skurczów
miêœni ni¿ podczas elektrostymulacji, jak te¿ z odrêbnych mechanizmów fizjologicznych obu rodzajów
pracy miêœniowej. Przypuszczalnie podczas stymulacji ma miejsce odwrócona kolejnoœæ rekrutacji jednostek motorycznych, a co za tym idzie wzrasta zapotrzebowanie metaboliczne pracuj¹cych miêœni i szybciej nastêpuje ich zmêczenie [7,8,9,10,11,12,13].
Znane s¹ ró¿nice biomechaniczne i topograficzne,
a tak¿e odrêbnoœci mechanizmów kontroli uk³adu
nerwowego pomiêdzy wolicjonalnymi i wzbudzonymi skurczami izometrycznymi miêœnia czworog³owego [11,14,15,16,17]. Wp³yw na wielkoœæ perfuzji
maj¹ nie tylko si³a, czas trwania i czêstoœæ, ale równie¿ rodzaj skurczu izometrycznego [1,2,3,18]. Pro-
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
tio
np
roh
ibit
ed
.
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
P³aszewski M., Czêstoœæ skurczów serca a æwiczenia izometryczne i rosyjskiej stymulacji miêœni
684
WNIOSKI
1. Pomiary tensometryczne wykaza³y prawid³owy,
intensywny przebieg æwiczeñ izometrycznych
wolicjonalnych i elektrostymulacji.
ed
.
PODZIÊKOWANIA
Autor dziêkuje profesorowi Krzysztofowi Spodarykowi za konsultacje podczas konstrukcji i realizacji eksperymentu oraz doktorowi Januszowi W¹trobie za wskazówki dotycz¹ce analizy statystycznej.
12.
PIŒMIENNICTWO
14.
nly
15.
eo
16.
17.
for
pe
rs
on
al
us
1. Sjogaard G, Saltin B. Cardiovascular and metabolic responses to static contraction in man. Acta Physiol Scand
138: 249-258, 1990.
2. Shiotani I, Sato H, Sato H, Yokoyama H, Ohnishi H, Hishida E, Kinjo K, Nakatani D, Kuzuya T, Hori M. Muscle
pump-dependent self-perfusion mechanism in legs in normal subjects and patients with heart failure. J Appl Physiol 92: 1647-1654, 2002.
3. Hainaut K, Duchateau J. Neuromuscular electrical stimulation and voluntary exercise. Sports Med 14: 100-113,
1992.
4. Ros³awski A, Skolimowski T. Technika wykonywania
æwiczeñ leczniczych. ss. 70-71. PZWL Warszawa, 1992.
5. Babkin D, Timtsenko N (eds). Notes from dr Kots'
(USSR) lectures and laboratory periods, Canadian – Soviet exchange symposium on electrostimulation of skeletal muscle, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada, December 6-15, 1977.
6. Ward A R, Shkuratova N. Russian electrical stimulation.
The early experiments. Phys Ther 82: 1019-30, 2002.
7. Binder-Macleod SA, Halden EE, Jungles KA. Effects of
stimulation intensity on the physiological responses of human motor units. Med Sci Sports Exerc 27: 556-565, 1995.
8. Currier DP. Electrical stimulation for improving strength
and blood flow. [w:] Nelson RM, Currier DP (red.). Clini-
13.
tio
np
roh
ibit
11.
ibu
10.
18.
19.
20.
Th
is c
op
y is
21.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
9.
cal Electrotherapy. ss. 141- 164. Appleton & Lange, Norwalk 1987.
Eriksen M, Waaler BA, Walloe L, Wesche J. Dynamics
and dimensions of cardiac output changes in humans at
the onset and at the end of moderate rhythmic exercise. J
Physiol (Lond.) 426: 423-437, 1990.
Iellamo F, Legramante JM, Raimondi G, Castrucci F, Damiani C, Foti C, Peruzzi G, Caruso I. Effects of isokinetic,
isotonic and isometric submaximal exercise on heart rate
and blood pressure. Eur J Appl Physiol 75: 89-96, 1997.
Ogino M, Shiba N, Maeda T, Iwasa K, Tagawa Y, Matsuo
S, Nishimura H, Yamamoto T, Nagata K, Basford JR. MRI
quantification of muscle activity after volitional exercise
and neuromuscular electrical stimulation. Am J Phys Med
Rehabil 81: 446-451, 2002.
Sinacore DR, Delitto A, King DS, Rose SJ. Type II fiber
activation with electrical stimulation: a preliminary report.
Phys Ther 70: 416-22, 1990.
Delitto A, Snyder-Mackler L. Two theories of muscle
strength augmentation using percutaneous electrical stimulation. Phys Ther 70: 158-164, 1990.
Carrington CA, Fisher WJ, Davies WJ, White MJ. Muscle afferent and central command contributions to the cardiovascular response to isometric exercise of postural muscle in patients with mild chronic heart failure. Clinical
Science 100: 643-651, 2001.
Leyk D, Baum K, Wamser P, Wackerhage H, Eßfeld D.
Cardiac output, leg blood flow and oxygen uptake during
foot plantar flexions. Int J Sports Med 20: 510-515, 1999.
Naamani R, Hussain SN, Magler S. The mechanical effects of contractions on blood flow to the muscle. Eur J
Appl Physiol Occup Physiol 71: 102-112, 1995.
Rowell LB, O'Leary DS. Reflex control of the circulation
during exercise: chemoreflexes and mechanoreflexes. J
Appl Physiol 69: 407-418, 1990.
Richardson D. Blood flow response of human calf muscles to static contractions at various percentages of MVC. J
Appl Physiol 51: 929-933, 1981.
Carter III R, Watenpaugh DE, Wasmund WL, Wasmund
SL, Smith ML. Muscle pump and central command during recovery from exercise in humans. J Appl Physiol 87: 1463-1469, 1999.
Knaflitz M, Merletti R, De Luca CJ. Inference of motor
unit recruitment order in voluntary and electrically elicited contractions. J Appl Physiol 68: 1657-1667, 1990.
Miller BF, Gruben KG, Morgan BJ. Circulatory responses
to voluntary and electrically induced muscle contractions
in humans. Phys Ther 80: 53-60, 2000.
-d
istr
2. U zdrowych m³odych osób – zarówno kobiet, jak
i mê¿czyzn – intensywne æwiczenia izometryczne
prostowników kolana prowadz¹ do znacznie wiêkszego i d³u¿ej trwaj¹cego wzrostu akcji serca ni¿
rosyjska elektrostymulacja o typowej metodyce.
3. Niewielki i krótkotrwa³y wzrost czêstoœci skurczów serca œwiadczy o mniejszym obci¹¿eniu
uk³adu sercowo – naczyniowego i przewadze lokalnych mechanizmów regulacji przep³ywu krwi
podczas zabiegu rosyjskiej elektrostymulacji.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
This copy is for personal use only - distribution prohibited.
-
P³aszewski M., Czêstoœæ skurczów serca a æwiczenia izometryczne i rosyjskiej stymulacji miêœni
685