Центральный губернатор - Central governor

Норвежский горный бегун Джон Тведт в напряженном беге: предполагается, что центральный губернатор позаботится о том, чтобы выносливость не угрожает организму гомеостаз

В центральный губернатор - это предлагаемый процесс в мозге, который регулирует упражнения в отношении безопасного напряжения тела, рассчитанного с помощью нейронов. В частности, физическая активность контролируется так, чтобы ее интенсивность не могла угрожать организму. гомеостаз вызывая аноксический повреждение сердечная мышца. Центральный регулятор ограничивает упражнения, уменьшая нейронную активность мышечных волокон. Это уменьшенное привлечение вызывает ощущение усталость. Существование центрального регулятора было предложено для объяснения утомляемости после длительных напряженных упражнений в беге на длинные дистанции и в других видах спорта на выносливость, но его идеи также могут применяться к другим причинам утомляемости, вызванной нагрузкой.

Существование центрального губернатора было предложено Тим Ноукс в 1997 г., но похожая идея была предложена в 1924 г. Арчибальд Хилл.

В отличие от этой идеи, утомление возникает из-за периферийных «ограничений» или «катастрофы». С этой точки зрения регуляция утомлением происходит как следствие нарушения гомеостаза непосредственно в мышцах.

История

Арчибальд Хилл

1922 год Нобелевская премия по физиологии и медицине победитель Арчибальд Хилл предложил в 1924 году, чтобы сердце было защищено от гипоксии при напряженных упражнениях существованием губернатора.

сердце способно до некоторой степени регулировать свою выработку в соответствии со степенью насыщения артериальной крови ... мы предполагаем, что в организме (либо в самой сердечной мышце, либо в нервной системе) существует какой-то механизм, который вызывает замедление кровообращения, как только возникает серьезная степень ненасыщенности, и наоборот. Этот механизм в какой-то степени будет действовать как «регулятор», поддерживая достаточно высокую степень насыщения крови: дыхание газовой смесью, богатой кислородом, приведет к большей степени насыщения крови и, таким образом, позволит выход будет увеличиваться, пока «губернатор» не остановит его снова. Мы осознаем опасность гипотезы, частично выдвинутой телеологическими рассуждениями: в этом случае, однако, мы не видим другого объяснения наших экспериментальных результатов. Стр. 163[1]

Эта гипотеза не была принята во внимание, и дальнейшие исследования утомления при физической нагрузке были смоделированы с точки зрения того, что это происходит из-за механического отказа тренирующих мышц («утомляемость периферических мышц»). Этот сбой был вызван либо недостаточным снабжением кислородом тренирующихся мышц, накоплением молочной кислоты, либо полным истощением энергии в истощенных мышцах.[2]

Тим Ноукс

Тим Ноукс, профессор физкультуры и спортивной науки Кейптаунский университет, в 1997 г.[3] обновил аргумент Хилла на основе современных исследований.

Согласно его подходу, мощность, выделяемая мышцами во время упражнений, постоянно регулируется с учетом вычислений, производимых мозгом в отношении безопасного уровня нагрузки. Эти нейронные вычисления учитывают предыдущий опыт интенсивных упражнений, планируемую продолжительность упражнений и текущее метаболическое состояние организма. Эти модели мозга[4] обеспечить защиту гомеостаза организма и поддержание запаса на случай чрезвычайных ситуаций.[5][6][7][8] Этот нейронный контроль регулирует количество активированных моторных единиц скелетных мышц, контроль, который субъективно воспринимается как усталость. Этот процесс, хотя и происходит в мозгу, находится вне сознательного контроля.

нарастающее ощущение дискомфорта, вызываемого утомительными упражнениями, постепенно снижает сознательное желание преодолеть этот механизм контроля, что, если бы его уменьшить, привело бы к задействованию большего количества двигательных единиц. Таким образом, наличие сознательной перегрузки было бы нежелательным, поскольку оно увеличивало бы или поддерживало интенсивность упражнений, тем самым угрожая гомеостазу ... поскольку выполнение упражнений центрально регулируется ЦНС, усталость больше не следует рассматривать как физическое событие, а скорее как ощущение или эмоция, отдельно от явного физического проявления - например, снижение силы, производимой активными мышцами. Скорее, теперь мы предполагаем, что физическое проявление любого возрастающего восприятия усталости может быть просто изменением подсознательно регулируемого темпа, с которым выполняется упражнение. Таким образом, новое предположение состоит в том, что традиционное понимание утомления ошибочно, потому что оно не делает различия между самим ощущением и физическим выражением этого ощущения, которое, как мы предполагаем, является изменением в подсознательно регулируемой стратегии стимуляции в результате изменения набора двигательных единиц. прекращение приема на работу ЦНС.[9]

Другое использование

Ноукс создал идею центрального губернатора в контексте длительного бега на выносливость. Однако он заметил, что вовлеченные центральные процессы могут также лежать в основе существования других видов усталости:

Эта новая интерпретация является первой, которая позволяет более разумно описать ряд явлений, которые не поддаются рациональному объяснению в соответствии с традиционными моделями «ограничений» усталости. К ним относятся, среди прочего, синдром хронической усталости, при котором пораженные люди испытывают явную усталость в состоянии покоя, а также роль психологических и мотивационных факторов, центрально действующих фармацевтических агентов (головного мозга), гипноз, крики или внезапные неожиданные выстрелы или другие формы. отвлечения внимания, включая музыку, или преднамеренного обмана при выполнении упражнений.[10]

В подтверждение этого, плацебо (которое должно быть опосредовано центральным процессом) оказывает сильное влияние не только на усталость при длительных упражнениях,[11][12] но также при краткосрочных упражнениях на выносливость, таких как спринт,[13] максимальный вес, который можно поднять с разгибанием ног,[14] и терпимость ишемический боль и сила, когда перевязанная рукой рука сжимает пружинный тренажер 12 раз.[15]

Критика

Существование центрального регулятора над физиологией подвергалось сомнению, поскольку «физиологические катастрофы» могут происходить и происходят у спортсменов (важные примеры в марафоны Был Дорандо Пьетри, Джим Питерс и Габриэла Андерсен-Шисс ). Это говорит о том, что люди могут обойти «центрального губернатора».[16] Более того, множество периферических факторов в дополнение к таким, как накопление молочной кислоты, могут ослабить мышечную силу и могут действовать, чтобы защитить от «катастрофы».[17] Другое возражение состоит в том, что модели, включающие сознательный контроль, также предоставляют альтернативное объяснение. [18] (см. ответ Ноукса).[19]

Усталость от упражнений также связывают с прямым воздействием физических упражнений на мозг, например с повышением церебральных уровней серотонин, пониженный уровень глутамат вторичный по отношению к поглощению аммиака мозгом, гипертермии мозга и гликоген истощение клеток мозга.[20][21]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Хилл, А. В., Лонг, К. Н. Х. и Луптон, Х. (1924). Мышечные упражнения, молочная кислота, снабжение и использование кислорода Часть VII-VIII В архиве 2009-03-16 на Wayback Machine. Части VII – VIII. Proc. R. Soc. Лондон. 97, 155–176.
  2. ^ Эдвардс RHT. (1983) Биохимические основы утомления при выполнении упражнений: теория катастроф при мышечном утомлении. В кн .: Биохимия упражнений. Knuttgen HG, Vogel JA, Poortmans J, ред. Шампейн, Иллинойс: Human Kinetics, 1-28. ISBN  978-0-608-07112-1
  3. ^ Ноукс, Т. Д. (1997). "1996 Мемориальная лекция Дж. Б. Вольфа. Вызовы верований: Ex Africa semper aliquid novi". Медицина и наука в спорте и физических упражнениях. 29 (5): 571–590. Дои:10.1097/00005768-199705000-00001. PMID  9140893.
  4. ^ Сент-Клер Гибсон, А .; Баден, Д. А .; Lambert, M. I .; Lambert, E. V .; Харли, Ю. X .; Hampson, D .; Рассел, В. А .; Ноукс, Т. Д. (2003). «Осознанное восприятие чувства усталости». Спортивная медицина. 33 (3): 167–176. Дои:10.2165/00007256-200333030-00001. PMID  12656638. S2CID  34014572.
  5. ^ Ноукс, Т. Д .; Сент-Клер Гибсон, А .; Ламберт, Э. В. (2005). «От катастрофы к сложности: новая модель интегративной центральной нейронной регуляции усилий и утомления во время упражнений у людей: резюме и выводы». Британский журнал спортивной медицины. 39 (2): 120–124. Дои:10.1136 / bjsm.2003.010330. ЧВК  1725112. PMID  15665213.
  6. ^ Ноукс, Т. Д .; Peltonen, J. E .; Руско, Х. К. (2001). «Доказательства того, что центральный губернатор регулирует выполнение упражнений во время острой гипоксии и гипероксии». Журнал экспериментальной биологии. 204 (Pt 18): 3225–3234. PMID  11581338.
  7. ^ Ноукс, Т. Д. (2000). «Физиологические модели для понимания усталости от упражнений и адаптаций, которые предсказывают или улучшают спортивные результаты». Скандинавский журнал медицины и науки о спорте. 10 (3): 123–145. Дои:10.1034 / j.1600-0838.2000.010003123.x. PMID  10843507.
  8. ^ Сент-Клер Гибсон, А .; Lambert, M. L .; Ноукс, Т. Д. (2001). «Нейронный контроль выходной силы при максимальной и субмаксимальной нагрузке». Спортивная медицина. 31 (9): 637–650. Дои:10.2165/00007256-200131090-00001. PMID  11508520. S2CID  1111940.
  9. ^ Сент-Клер Гибсон, А .; Lambert, M. L .; Ноукс, Т. Д. (2001). «Нейронный контроль выходной силы при максимальной и субмаксимальной нагрузке». Спортивная медицина. 31 (9): 637–650. Дои:10.2165/00007256-200131090-00001. PMID  11508520. S2CID  1111940. pp 121-122.
  10. ^ Сент-Клер Гибсон, А .; Lambert, M. L .; Ноукс, Т. Д. (2001). «Нейронный контроль выходной силы при максимальной и субмаксимальной нагрузке». Спортивная медицина. 31 (9): 637–650. Дои:10.2165/00007256-200131090-00001. PMID  11508520. S2CID  1111940. стр.121
  11. ^ Кларк, В.Р .; Hopkins, W.G .; Hawley, J.A .; Берк, Л. М. (2000). «Эффект плацебо от углеводного кормления во время гонки на время на велосипеде на 40 км». Med. Sci. Спортивные упражнения. 32 (9): 1642–1647. Дои:10.1097/00005768-200009000-00019. PMID  10994918.
  12. ^ Foad, A.J .; Beedie, C.J .; Коулман, Д.А. (2008). «Фармакологические и психологические эффекты употребления кофеина при езде на велосипеде на 40 км». Med. Sci. Спортивные упражнения. 40 (1): 158–165. Дои:10.1249 / mss.0b013e3181593e02. PMID  18091009.
  13. ^ Beedie, C.J .; Coleman, D.A .; Фоуд, А.Дж. (2007). «Положительные и отрицательные эффекты плацебо, возникающие в результате введения в заблуждение эргогенных средств». Int. J. Sport Nutr. Упражнение. Метаб. 17 (3): 259–269. Дои:10.1123 / ijsnem.17.3.259. PMID  17693687.
  14. ^ Полло, А; Карлино, Э; Бенедетти, Ф (2008). «Нисходящее влияние эргогенного плацебо на работу мышц и утомляемость». Eur J Neurosci. 28 (2): 379–88. Дои:10.1111 / j.1460-9568.2008.06344.x. PMID  18702709.
  15. ^ Бенедетти, Ф .; Pollo, A .; Коллока, Л. (2007). «Опиоидные плацебо-реакции повышают болевую выносливость и физическую работоспособность - это допинг на спортивных соревнованиях?». J. Neurosci. 27 (44): 11934–11939. Дои:10.1523 / jneurosci.3330-07.2007. ЧВК  6673345. PMID  17978033.
  16. ^ Esteve-Lanao, J .; Lucia, A .; Dekoning, J. J .; Фостер, К. (2008). Эрнест, Конрад П. (ред.). «Как люди контролируют физиологическое напряжение во время физических упражнений на выносливость?». PLOS ONE. 3 (8): e2943. Bibcode:2008PLoSO ... 3.2943E. Дои:10.1371 / journal.pone.0002943. ЧВК  2491903. PMID  18698405.
  17. ^ Weir, J. P .; Beck, T. W .; Cramer, J. T .; Хауш, Т. Дж. (2006). «Усталость - все в вашей голове? Критический обзор модели центрального губернатора * Комментарий». Британский журнал спортивной медицины. 40 (7): 573–586, обсуждение 586. Дои:10.1136 / bjsm.2005.023028. ЧВК  2564297. PMID  16799110.
  18. ^ Маркора, С. М. (2008). «Неужели нам действительно нужен центральный управляющий, чтобы объяснить, как мозг регулирует выполнение упражнений?». Европейский журнал прикладной физиологии. 104 (5): 929–931, автор 931 933–931. Дои:10.1007 / s00421-008-0818-3. PMID  18618133. S2CID  2376209.
  19. ^ Ноукс, Т. Д .; Такер, Р. (2008). «Действительно ли нам нужен центральный управляющий, чтобы объяснить, как мозг регулирует выполнение упражнений? Ответ на письмо доктора Маркора». Европейский журнал прикладной физиологии. 104 (5): 933–935. Дои:10.1007 / s00421-008-0842-3. S2CID  42676452.
  20. ^ Далсгаард, М. К. (2005). «Подпитка мозговой активности при занятиях спортом человека». Журнал церебрального кровотока и метаболизма. 26 (6): 731–750. Дои:10.1038 / sj.jcbfm.9600256. PMID  16395281. S2CID  24976326.
  21. ^ Dalsgaard, M. K .; Секер, Н. Х. (2007). «Мозг в действии: церебральное метаболическое проявление центральной усталости?». Журнал неврологических исследований. 85 (15): 3334–3339. Дои:10.1002 / jnr.21274. PMID  17394258.