Улучшает ли бег состояние межпозвонковых дисков?

В настоящее время нет доказательств того, что межпозвонковые диски (МПД) могут положительно реагировать на физические упражнения. Некоторые авторы утверждают, что метаболизм МПД меняется настолько медленно, что для их восстановления не хватит средней продолжительности жизни. В этой статье мы покажем, что постоянные беговые нагрузки у мужчин и женщин приводят к гипертрофии и изменению состава МПД (усиливается гидратация и содержание протеогликанов). Более того, с помощью количественной оценки физической активности мы нашли, что акселерация при быстрой ходьбе и медленном беге (2м/с) (исключая выполнение энергозатратных задач, медленную ходьбу и статические положения) коррелирует с положительными характеристиками МПД. Эти результаты являются доказательством того, что упражнения могут быть полезны для МПД и позвоночника в целом. Мы считаем, что наши заключения станут отправной точкой для оптимизации протоколов упражнений, ориентированных на улучшение состояния МПД.

Введение

В последние годы были получены доказательства того, какие протоколы ведения пациентов являются полезными для кости. В отношении МПД известно немного. Мы только знаем, что вредно для МПД: флексия и ротация позвоночника при компрессии, а также повреждение замыкательных пластинок вследствие осевой компрессии с последующей дегенерацией МПД. Эта информация крайне полезна, поскольку позволяет избежать повреждений и сохранить целостность МПД, но мы до сих пор не знаем, какие физические упражнения могут «укрепить» МПД. Кроме того, данные о скорости обмена в МПД позволяют предположить, что положительная адаптация уже сформированного МПД маловероятна, во всяком случае, в пределах средней продолжительности жизни.

В настоящее время мы полагаемся на данные, получаемые в ходе экспериментов на животных, что даёт нам возможность понять, какой тип нагрузки может быть полезен для МПД человека. Эти данные свидетельствуют, что «анаболическое окно» для МПД существует: динамическая нагрузка 0.2–0.8 МПа, генерирующая внутридисковое давление в пределах 0.3–1.2 МПа с частотой 0.1-1 Гц в течение 8 часов в день. Данные о внутридисковом давлении во время различных видов активности позволят установить, являются ли бег или ходьба полезными для «укрепления» МПД. Например, известно, что «беговые» тренировки грызунов имеют положительное влияние на состояние их МПД. Однако, прямой перенос пороговых значений и протоколов лечения с животных моделей на человека проблематичен, и в настоящее время существует недостаточно данных о положительном влиянии упражнений на состояние МПД у людей. Мы хотим узнать действительно ли существуют положительные эффекты, и что для этого надо делать.

Наша гипотеза состояла в том, что люди, которые регулярно бегают имеют лучшее качество ткани МПД, чем здоровые физически неактивные люди. Мы также предположили, что существует зависимость «доза-эффект». Кроме того, чтобы лучше понять, какие виды физической активности полезны для МПД, мы изучили взаимосвязь между привычной физической активностью, измеренной посредством акселерометрии, и характеристиками МПД. Чтобы уменьшить влияние естественного старения на наши результаты, и учитывая, что формирование МПД все ещё продолжается в третьем десятилетии жизни, мы включили в на наше исследование мужчин и женщин в возрасте 25-35 лет. Также не ясно сколько времени потребуется, прежде чем МПД продемонстрирует признаки адаптации к упражнениям, поэтому мы набирали только людей с пятилетней историей их текущего уровня физической активности: либо никакого спорта (референты), 20-40 км в неделю (джоггеры, от англ. jogging - пробежка, бег трусцой) и 50+ км в неделю (бегуны на длинные дистанции).

Результаты

Бегуны на длинные дистанции и джоггеры имели лучшее состояние МПД (+11.4% и +9.2% соответственно) по сравнению с физически неактивными людьми (оценка осуществлялась посредством МРТ). Это было видно на Th11/Th12 и L5/S1 уровнях. Влияние бега на Т2 время (параметр МРТ) было наиболее выраженным в пульпозном ядре МПД (+11% у джоггеров и +15% у бегунов на длинные дистанции в центральной части пульпозного ядра по сравнению +5% и +6% соответственно в передней части фиброзного кольца и +5% и +9% соответственно в задней части фиброзного кольца). Высота МПД по отношению к высоте тела позвонка (что является показателем гипертрофии) была больше у бегунов на длинные дистанции. Этот эффект был наиболее выражен на уровне поясничных сегментов: L3/L4-L5/S1. Размер мышц поясницы не различался между группами. Эффект бега был одинаково заметен у обоих полов. Группа бегунов на длинные дистанции продемонстрировала большие различия в параметрах МПД по отношению к физически неактивной группе, чем группа джоггеров. Однако, не было выявлено статистически значимой разницы между двумя группами бегунов. Общие уровни физической активности, что измерялось посредством акселерометрии, не были связаны с характеристика МПД. Скорее всего, Т2 время ядра МПД наиболее сильно ассоциировалось с ускорениями в диапазоне 0.44-0.59 среднего отклонения амплитуды. Дополнительные данные акселерометрии, собранные при различных физических нагрузках у десяти человек, показали, что ходьба со скоростью 2 м/с наблюдалась в диапазоне 0.44-0.59 среднего отклонения амплитуды. Ходьба со скоростью 1.5 м/с или медленнее опускалась ниже этого диапазона, а бег со скоростью 2.5 м/с или быстрее и прыжки были выше этого диапазона.

Обсуждение

До того, как в 1990-х годах были проведены первые интервенционные исследования для определения режимов упражнений, ориентированных на улучшение характеристик костей, важным шагом было выявление различий в плотности костной ткани между разными спортивными популяциями. Также эти исследования позволили установить, что упражнения могут приводить к «анаболической» адаптации костей. В этом ключе, настоящее исследование, основанное на результатах предшествующих экспериментов на животных (анализ клеточных и тканевых эксплантатов) даёт первое свидетельство того, что физические упражнения могут положительно влиять на состояние МПД.

Наше главное открытие заключается в том, что бегуны на длинные дистанции и джоггеры имеют лучшие показатели гидратации и содержания гликозаминогликанов, чем физически неактивные люди. Это соответствует результатам экспериментов (усиление анаболических процессов в МПД), проведённых на животных. Этот факт согласуется с идеей существования «анаболического окна» для нагрузки на МПД. Влияние бега на состояние МПД человека наиболее очевидно в пульпозном ядре, где нарастание внутридискового давления вследствие увеличение осевой нагрузки ограничивается фиброзными волокнами.

Помимо композиционных различий были обнаружены признаки гипертрофии МПД у бегунов на длинные дистанции (высота МПД по отношению к телу позвонка была выше у бегунов на длинные дистанции). Это соответствует результатам исследований, проведённых на монозиготных близнецах: МПД немного больше у тех людей, которые были как минимум тяжелее своей пары на 8 кг, что, вероятнее всего, объясняется повышенной нагрузкой на позвоночник. Таким образом, гипертрофия МПД у бегунов может быть адаптацией к привычной физической нагрузке. Подобную картину мы можем наблюдать в мышцах при тренировках, что даёт нам право предположить, что ткани МПД также приспосабливаются к адекватным нагрузкам. В целом, наши результаты подтверждают гипотезу о том, что анаболический ответ возможен в МПД человека с ростом физической нагрузки.

Текущее исследование также даёт некоторые рекомендации, касающиеся того, какие типы нагрузок полезны для МПД. Чтобы понять, какие виды физической активности могут быть драйверами анаболического ответа в МПД, мы изучили с помощью акселерометрии модели физической активности нашего коллектива. Общий уровень физической активности не был связан с положительной адаптацией МПД, скорее с акселерацией в определенном диапазоне. Наибольшее влияние на Т2 время наблюдалось в диапазоне 0.44-0.59 среднего отклонения амплитуды. Это соответствует гипотезе существования «анаболического окна» для МПД человека. Чтобы лучше понять, какие виды деятельности стимулируют акселерацию, мы собрали дополнительные данные. Быстрая ходьба и медленный бег со скоростью 2 м/с попадают в этот диапазон; медленная ходьба оказалась ниже, а быстрый бег и энергозатратные прыжки - выше указанных значений. Это согласуется с имеющимися представлениями о том, что крайне интенсивная нагрузка является пагубной для замыкательной пластинки и МПД. Динамическая нагрузка на МПД равная 0.2-0.8 МПа генерирует внутридисковое давление в пределах 0.3-1.2 МПа, что является оптимальной величиной для МПД. Основываясь на этих данных можно сказать, что ходьба и бег попадают в это «анаболическое окно», чего не скажешь о подъёме груза весом 20 кг. Это соответствует нашим наблюдениям о влиянии физических нагрузок на атлетов. Мы также заметили, что активность в положении сидя не влияет на характеристики МПД. В свете предыдущей работы, результаты нашего исследования свидетельствуют о том, что по сравнению с другой локомоторной деятельностью, быстрая ходьба или медленный бег обеспечивают самый сильный анаболический стимул для адаптации МПД человека.

В то время как группа бегунов на длинные дистанции показала лучшие свойства МПД по сравнению с группой бегунов трусцой, не было найдено статистически значимой разницы между ними. Кроме того, не было никакой связи между характеристиками МПД и физической активностью в диапазоне 0,7-0,9 среднего отклонения амплитуды, где физическая активность, связанная с бегом была наиболее очевидной. Это означает, что эффект потолка для упражнений, ориентированных на «укрепление» МПД, касается величины вертикальной нагрузки. Эффект потолка также характерен для упражнений, ориентированных на мышечную гипертрофию и адаптацию костной ткани. Таким образом, для формирования адаптации МПД не требуется высокая интенсивность бега.

Известно, что дегенеративным изменениям в наибольшей степени подвержены нижние поясничные МПД. Кроме того, считается, что повторяющаяся нагрузка на позвоночник является фактором, способствующим дегенерации МПД. Несмотря на повторяющуюся нагрузку во время бега, в группах испытуемых текущего исследования не было выявлено каких-либо вредных изменений на уровне указанных сегментов. Наоборот, бегуны на длинные дистанции и джоггеры имели признаки лучшей гидратации и содержания гликозаминогликанов в МПД нижнего поясничного отдела позвоночника, чем физически неактивные люди. Причём, доказательства в пользу гипертрофии МПД на фоне привычного бега были наиболее убедительными для нижних поясничных сегментов. Наши данные свидетельствуют, что повторяющаяся осевая нагрузка на позвоночник во время бега здоровых людей является полезной для МПД нижнего поясничного отдела.

Важно рассмотреть некоторые ограничения текущего исследования. Мы провели кросс-секционное исследование в качестве первого шага, чтобы изучить, могут ли определенные виды упражнений быть полезными для МПД человека. Данный дизайн исследования не позволяет полностью исключить другие факторы. Например, мы показали, что размер поясничных мышц был одинаковым во всех группах, и это указывает на то, что мышечная адаптация как таковая не является причиной различий в характеристиках МПД наших популяций. Однако, нельзя исключить другие факторы, такие как разница в питании, гормональном фоне и т.д. Чтобы окончательно определить, какие упражнения приводят к положительной адаптации МПД, необходимы рандомизированные контролируемые испытания упражнений.

Тот факт, что оптимальный уровень и паттерн нагрузки существуют, имеет смысл с точки зрения гомеостаза тканей. Учитывая, что мышечная и костная ткани способны к формированию анаболического ответа, можно ожидать, что условия для МПД не будут сильно отличаться. Наши выводы подтверждают предположение о том, что при соответствующей нагрузке в МПД человека начинают протекать анаболическое процессы, интенсивность которых достаточна для формирования адаптации в пределах нормальной продолжительности жизни.

Доказательство того, что МПД способен адаптироваться к нагрузкам имеет огромное значение для всей системы здравоохранения. Боль в пояснице неизменно представляет собой одну из самых больших издержек развитых стран в связи со снижением дееспособности и производительности, в том числе при увеличении смертности от других заболеваний. Дегенерация МПД и межпозвонковая грыжа являются важными факторами, способствующими возникновению боли в пояснице. Знание того, как МПД может реагировать на определенные виды нагрузок, и понимание, какие типы упражнений являются оптимальными, крайне важно для разработки руководств, ориентированных на профилактику и лечение болей в спине.

Коллеги, обращаем ваше внимание, что 26-27 мая в Москве пройдет семинар Георгия Темичева, посвященный боли в поясничном отделе. Узнать подробнее...

Источник

https://www.nature.com/articles/srep45975?error=cookies_not_supported

Ближайшие курсы: