Утомление центральной нервной системы - Central nervous system fatigue
Утомляемость центральной нервной системы или утомление центральной нервной системы - это форма утомления, которая связана с изменениями в синаптической концентрации нейромедиаторов в центральной нервной системе (ЦНС, включая головной и спинной мозг ), которая влияет на выполнение упражнений и функцию мышц и не может быть устранена. объясняется периферическими факторами, влияющими на мышечную функцию. У здоровых людей центральная утомляемость может возникнуть в результате длительных упражнений и связана с нейрохимическими изменениями в головном мозге, в первую очередь с участием серотонина (5-HT), норадреналина и дофамина . Центральная утомляемость играет важную роль в видах спорта на выносливость, а также подчеркивает важность правильного питания для спортсменов, работающих на выносливость.
Нейрохимические механизмы
Существующие экспериментальные методы предоставили достаточно доказательств, чтобы предположить, что вариации синаптического серотонина , норадреналина и дофамина являются важными факторами утомления центральной нервной системы . Повышенная концентрация синаптического дофамина в ЦНС сильно эргогенна (способствует физической работоспособности). Повышенная концентрация синаптического серотонина или норадреналина в ЦНС ухудшает физическую работоспособность.
Норадреналин
Манипуляции с норадреналином позволяют предположить, что он действительно может вызывать чувство усталости. Ребоксетин, NRI, уменьшал время до утомления и усиливал субъективное чувство усталости. Это можно объяснить парадоксальным снижением адренергической активности за счет механизмов обратной связи.
Серотонин
В головном мозге серотонин является нейротрансмиттером и , помимо прочего, регулирует возбуждение , поведение , сон и настроение . Во время продолжительных упражнений, когда присутствует утомление центральной нервной системы, уровень серотонина в головном мозге выше, чем при нормальных физиологических условиях; эти более высокие уровни могут увеличить восприятие усилия и утомления периферических мышц. Повышенный синтез серотонина в мозге происходит из-за более высокого уровня триптофана , предшественника серотонина, в крови, что приводит к тому, что большее количество триптофана пересекает гематоэнцефалический барьер. Важным фактором синтеза серотонина является транспортный механизм триптофана через гематоэнцефалический барьер . Механизм транспорта триптофана разделяют аминокислоты с разветвленной цепью (BCAA), лейцин , изолейцин и валин . Во время продолжительных упражнений BCAA расходуются для сокращения скелетных мышц, что обеспечивает больший транспорт триптофана через гематоэнцефалический барьер. Ни один из компонентов реакции синтеза серотонина не является насыщенным в нормальных физиологических условиях, что позволяет увеличить выработку нейромедиатора. Однако неспособность BCAA сократить время до утомления последовательно ограничивает эту гипотезу. Это может быть связано с механизмом противодействия: BCAA также ограничивают поглощение тирозина , другой ароматической аминокислоты, такой как триптофан. Тирозин является предшественником катехоламина , который повышает производительность.
Допамин
Дофамин - это нейромедиатор, который , помимо прочего , регулирует возбуждение, мотивацию , мышечную координацию и выносливость. Было обнаружено, что уровень дофамина снижается после продолжительных упражнений. Снижение дофамина может снизить спортивные результаты, а также умственную мотивацию. Сам дофамин не может преодолеть гематоэнцефалический барьер и должен синтезироваться в головном мозге. У крыс, выведенных для бега, наблюдалась повышенная активность вентральной области покрышки , а активность VTA коррелировала с произвольным бегом колеса. Поскольку VTA - это область, плотная в дофаминергических нейронах, которые проецируются во многие области мозга, это говорит о том, что дофаминергическая нейротрансмиссия влияет на физическую работоспособность. Дополнительным подтверждением этой теории является тот факт, что ингибиторы обратного захвата дофамина, а также ингибиторы обратного захвата норэпинефрина дофамина способны повышать физическую работоспособность, особенно в жару.
Ацетилхолин
Ацетилхолин необходим для создания мышечной силы. В центральной нервной системе ацетилхолин регулирует возбуждение и температуру. Это также может играть роль в утомлении центральной нервной системы. Во время упражнений уровень ацетилхолина падает. Это связано со снижением уровня холина в плазме. Однако в исследованиях влияния ацетилхолина на утомляемость получены противоречивые результаты. Одно исследование показало, что уровень холина в плазме упал на 40% после того, как участники пробежали Бостонский марафон. Другое исследование показало, что добавки холина не улучшают время до истощения. Это исследование также показало, что уровни холина в плазме не изменились ни в группах плацебо, ни в группах, принимавших холин. Чтобы изучить влияние ацетилхолина на усталость, необходимы дополнительные исследования.
Цитокины
Цитокины могут управлять нейротрансмиссией, создавая болезненное поведение , характеризующееся недомоганием и утомляемостью. В моделях на животных IL-1b стимулирует высвобождение серотонина и увеличивает активность ГАМК. Липополисахариды также подавляют активность гистаминергических и дофаминергических нейронов.
Аммиак
Повышенный уровень циркулирующего аммиака может нарушить работу мозга и привести к усталости. Одна из гипотетических причин того, что BCAA не могут повысить работоспособность, связана с повышенным окислением BCAA в добавках, что приводит к повышенной утомляемости, нивелируя влияние на 5-HT.
Манипуляции
Контроль за утомляемостью центральной нервной системы может помочь ученым глубже понять усталость в целом. Были предприняты многочисленные подходы к манипулированию нейрохимическими уровнями и поведением. В спорте питание играет большую роль в достижении спортивных результатов. В дополнение к топливу многие спортсмены употребляют препараты для повышения производительности, включая стимуляторы, чтобы повысить свои способности.
Агенты обратного захвата и высвобождения дофамина
Амфетамин - это стимулятор, улучшающий как физические, так и когнитивные способности. Амфетамин блокирует обратный захват дофамина и норадреналина, что замедляет наступление усталости за счет увеличения количества дофамина, несмотря на одновременное повышение уровня норадреналина в центральной нервной системе. Амфетамин является широко используемым веществом среди студенческих спортсменов из-за его качеств, повышающих производительность, поскольку он может улучшить мышечную силу, время реакции, ускорение, производительность при анаэробных упражнениях , выходную мощность при фиксированных уровнях воспринимаемой нагрузки и выносливость .
Метилфенидат также повышает работоспособность во времени до утомления и в исследованиях на время.
Кофеин
Кофеин - самый распространенный стимулятор в Северной Америке. Кофеин вызывает выброс адреналина из мозгового вещества надпочечников. В малых дозах кофеин может улучшить выносливость. Недавно было показано, что он замедляет наступление утомляемости при физических упражнениях. Наиболее вероятный механизм замедления утомления - обструкция аденозиновых рецепторов в центральной нервной системе. Аденозин - нейромедиатор, снижающий возбуждение и повышающий сонливость. Препятствуя действию аденозина, кофеин устраняет фактор, который способствует отдыху и задерживает усталость.
Углеводы
Углеводы являются основным источником энергии в организме для обмена веществ . Они являются важным источником топлива для тренировок. В исследовании, проведенном Институтом питания, питания и здоровья человека Университета Мэсси, изучалось влияние приема раствора углеводов и электролитов на использование гликогена в мышцах и беговую способность у субъектов, соблюдающих диету с высоким содержанием углеводов. Группа, которая потребляла раствор углеводов и электролитов до и во время упражнений, продемонстрировала большую выносливость. Это нельзя объяснить разным уровнем мышечного гликогена; однако к этому результату могла привести более высокая концентрация глюкозы в плазме . Доктор Стивен Бейли утверждает, что центральная нервная система может ощущать приток углеводов и снижает предполагаемое усилие упражнения, что позволяет повысить выносливость.
Аминокислоты с разветвленной цепью
В нескольких исследованиях предпринимались попытки снизить синтез серотонина путем введения аминокислот с разветвленной цепью и ингибирования транспорта триптофана через гематоэнцефалический барьер. Проведенные исследования привели к незначительным изменениям или отсутствию изменений в показателях между повышенным потреблением BCAA и группами плацебо. В одном исследовании, в частности, вводили раствор углеводов и раствор углеводов + BCAA. Обе группы смогли дольше бегать до утомления по сравнению с группой, принимавшей воду и плацебо. Однако ни углеводы, ни углеводы + BCAA не различались по своим показателям. Доказано, что добавление аминокислот с разветвленной цепью практически не влияет на работоспособность. Использование предшественников нейромедиаторов для контроля утомляемости центральной нервной системы не принесло большого успеха.
В одном обзоре была высказана гипотеза, что несоответствие с введением BCAA было результатом накопления аммиака в результате повышенного окисления BCAA.
Роль
Утомление центральной нервной системы - ключевой компонент в предотвращении повреждения периферических мышц. В головном мозге есть множество рецепторов, таких как осморецепторы , для отслеживания обезвоживания , питания и температуры тела . Располагая этой информацией, а также информацией об усталости периферических мышц, мозг может уменьшить количество моторных команд, посылаемых из центральной нервной системы. Это очень важно для защиты гомеостаза организма и поддержания его в надлежащем физиологическом состоянии, способном к полному восстановлению. Уменьшение моторных команд, посылаемых из мозга, увеличивает количество воспринимаемых усилий, которые испытывает человек. Вынуждая тело испытывать более высокую воспринимаемую интенсивность, человек с большей вероятностью прекратит упражнения из-за истощения. На воспринимаемое усилие большое влияние оказывает интенсивность побочного выброса из моторной коры, который влияет на первичную соматосенсорную кору . Спортсмены на выносливость учатся прислушиваться к своему телу. Защита органов от потенциально опасных внутренних температур и низкого уровня питания - важная функция мозга. Усталость центральной нервной системы предупреждает спортсмена, когда физиологические условия не оптимальны, поэтому может потребоваться отдых или дозаправка. Важно избегать гипертермии и обезвоживания , поскольку они пагубно сказываются на спортивных результатах и могут привести к летальному исходу.
Синдром хронической усталости
Синдром хронической усталости - это название группы заболеваний, в которых преобладает стойкая утомляемость. Усталость возникает не из-за упражнений и не снимается отдыхом.
В ходе многочисленных исследований было показано, что у людей с синдромом хронической усталости есть неотъемлемый центральный компонент усталости. В одном исследовании скелетные мышцы испытуемых были проверены, чтобы убедиться, что у них нет дефектов, препятствующих их полному использованию. Было обнаружено, что мышцы функционируют нормально на локальном уровне, но не в полной мере функционируют как единое целое. Субъекты не могли постоянно активировать свои мышцы во время длительного использования, несмотря на то, что у них была нормальная мышечная ткань. В другом исследовании субъекты испытывали более высокое воспринимаемое усилие по сравнению с частотой сердечных сокращений по сравнению с контрольной группой во время поэтапного теста с физической нагрузкой. Пациенты с хронической усталостью останавливались до того, как были достигнуты какие-либо ограничения для тела. Оба исследования доказали, что усталость периферических мышц не заставляла пациентов с синдромом хронической усталости прекращать тренировки. Возможно, что более высокое восприятие усилий, необходимых для использования мышц, приводит к большим трудностям в выполнении последовательных упражнений.
Основная причина утомляемости при синдроме хронической усталости, скорее всего, кроется в центральной нервной системе. Дефект в одном из его компонентов может привести к увеличению требований к вводу, что приведет к продолжительной силе. Было показано, что при очень высокой мотивации субъекты с хронической усталостью могут эффективно применять силу. Дальнейшее исследование усталости центральной нервной системы может привести к применению в медицине.