Gubernator centralny
Centralny regulator to proponowany proces w mózgu, który reguluje ćwiczenia w oparciu o obliczony neuronalnie bezpieczny wysiłek organizmu. W szczególności aktywność fizyczna jest kontrolowana tak, aby jej intensywność nie zagrażała homeostazie organizmu, powodując anoksyczne uszkodzenie mięśnia sercowego . Centralny gubernator ogranicza ćwiczenia, zmniejszając rekrutację neuronów włókien mięśniowych. Ta zmniejszona rekrutacja powoduje uczucie zmęczenia . Sugerowano, że istnienie centralnego gubernatora wyjaśnia zmęczenie po długotrwałych, wyczerpujących ćwiczeniach podczas biegów długodystansowych i innych sportów wytrzymałościowych, ale jego pomysły można również zastosować do innych przyczyn zmęczenia wywołanego wysiłkiem.
Istnienie centralnego gubernatora zaproponował Tim Noakes w 1997 r., ale podobny pomysł zaproponował w 1924 r. Archibald Hill .
W przeciwieństwie do tej koncepcji, zmęczenie jest spowodowane peryferyjnym „ograniczeniem” lub „katastrofą”. Z tego punktu widzenia regulacja przez zmęczenie następuje w wyniku zaburzenia homeostazy bezpośrednio w mięśniach.
Historia
Wzgórze Archibalda
Archibald Hill, zdobywca Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny z 1922 r. , zaproponował w 1924 r., że serce jest chronione przed anoksją podczas forsownych ćwiczeń poprzez istnienie gubernatora.
serce jest w stanie w pewnym stopniu regulować swoją produkcję w zależności od stopnia nasycenia krwi tętniczej... sugerujemy, że w organizmie (albo w samym mięśniu sercowym, albo w układzie nerwowym) istnieje jakiś mechanizm, który powoduje spowolnienie krążenia, gdy tylko wystąpi poważny stopień nienasycenia i odwrotnie . Mechanizm ten miałby w pewnym stopniu tendencję do działania jako „regulator”, utrzymując stosunkowo wysoki stopień nasycenia krwi: oddychanie mieszaniną gazów bogatą w tlen powodowałoby większy stopień nasycenia krwi i w ten sposób umożliwiałoby produkcja wzrastała, dopóki „gubernator” nie zatrzymał jej ponownie. Zdajemy sobie sprawę z niebezpieczeństwa hipotezy częściowo zasugerowanej przez rozumowanie teleologiczne: w tym przypadku jednak nie widzimy innego wyjaśnienia wyników naszych eksperymentów, s. 163
Hipotezę tę odrzucono i dalsze badania nad zmęczeniem wysiłkowym modelowano w oparciu o to, że jest ono spowodowane mechanicznym uszkodzeniem ćwiczących mięśni („zmęczenie mięśni obwodowych”). Przyczyną niepowodzenia był albo niedostateczny dopływ tlenu do ćwiczących mięśni, nagromadzenie się kwasu mlekowego, albo całkowity spadek energii w wyczerpanych mięśniach.
Tima Noakesa
Tim Noakes , profesor nauk o ćwiczeniach i sporcie na Uniwersytecie w Kapsztadzie , w 1997 r. odnowił argumentację Hilla w oparciu o współczesne badania.
W jego podejściu moc wydawana przez mięśnie podczas ćwiczeń jest stale dostosowywana w oparciu o obliczenia dokonywane przez mózg w odniesieniu do bezpiecznego poziomu wysiłku. Te obliczenia neuronowe uwzględniają wcześniejsze doświadczenia z forsownymi ćwiczeniami, planowany czas trwania ćwiczeń i obecny stan metaboliczny organizmu. Te modele mózgu zapewniają ochronę homeostazy organizmu i utrzymanie marginesu rezerwy awaryjnej. Ta kontrola neuronowa reguluje liczbę aktywowanych jednostek motorycznych mięśni szkieletowych, co jest subiektywnie odczuwane jako zmęczenie . Proces ten, choć zachodzi w mózgu, pozostaje poza świadomą kontrolą.
rosnące poczucie dyskomfortu wywołanego wyczerpującymi ćwiczeniami stopniowo zmniejsza świadome pragnienie ominięcia tego mechanizmu kontrolnego, co, gdyby zostało zredukowane, doprowadziłoby do zaangażowania większej liczby jednostek motorycznych. Zatem obecność świadomego nadmiernego wysiłku byłaby niepożądana, ponieważ zwiększałaby lub utrzymywała intensywność ćwiczeń, zagrażając w ten sposób homeostazie… ponieważ wydajność ćwiczeń jest centralnie regulowana przez OUN, wówczas zmęczenia nie należy już uważać za zdarzenie fizyczne, ale raczej za doznanie lub emocja, niezależne od jawnej manifestacji fizycznej – na przykład zmniejszenia siły wytwarzanej przez aktywne mięśnie. Sugerujemy raczej, że fizycznym przejawem rosnącego odczuwania zmęczenia może być po prostu zmiana w podświadomie regulowanym tempie wykonywania ćwiczenia. Stąd nowa sugestia jest taka, że konwencjonalne rozumienie zmęczenia jest błędne, ponieważ nie czyni rozróżnienia pomiędzy samym odczuciem a fizyczną ekspresją tego wrażenia, co, jak sugerujemy, jest zmianą w podświadomie regulowanej strategii stymulacji serca wynikającą ze zmiany rekrutacji jednostek motorycznych/ derekrutacja przez CNS.
Inne zastosowania
Noakes stworzył ideę centralnego gubernatora w kontekście długotrwałego biegania wytrzymałościowego. Zauważył jednak, że zachodzące w nich procesy centralne mogą również leżeć u podstaw istnienia innych rodzajów zmęczenia:
Ta nowa interpretacja jako pierwsza pozwala na bardziej rozsądny opis szeregu zjawisk, które wymykają się racjonalnemu wyjaśnieniu zgodnie z tradycyjnymi modelami zmęczenia z „ograniczeniami”. Należą do nich między innymi zespół chronicznego zmęczenia, w którym dotknięte osoby odczuwają wyraźne zmęczenie w spoczynku, oraz rola czynników psychologicznych i motywacyjnych, środków farmaceutycznych działających ośrodkowo (mózg), hipnozy, krzyku lub nagłych, niespodziewanych strzałów lub innych form odwrócenia uwagi, w tym muzyki, lub z premedytacją wprowadzanie w błąd co do wyników ćwiczeń fizycznych.
Na poparcie tej tezy placebo (w którym musi pośredniczyć centralny proces) ma potężny wpływ nie tylko na zmęczenie podczas długotrwałych ćwiczeń, ale także na krótkotrwałe ćwiczenia wytrzymałościowe, takie jak prędkość sprintu, czyli maksymalny ciężar, jaki można unieść przy wyprostowanych nogach oraz tolerancję bólu niedokrwiennego i siły, gdy dłoń owinięta opaską uciskową ściska przyrząd do ćwiczeń sprężynowych 12 razy.
Krytyka
Istnienie centralnego zarządcy odpowiedzialnego za fizjologię zostało zakwestionowane, ponieważ „katastrofy fizjologiczne” mogą i zdarzają się u sportowców (ważnymi przykładami w maratonach byli Dorando Pietri , Jim Peters i Gabriela Andersen-Schiess ). Sugeruje to, że ludzie mogą pokonać „centralnego gubernatora”. Co więcej, oprócz czynników takich jak gromadzenie się kwasu mlekowego, różne czynniki peryferyjne mogą osłabiać siłę mięśni i chronić przed „katastrofą”. Kolejnym zarzutem jest to, że modele obejmujące świadomą kontrolę również dostarczają alternatywnego wyjaśnienia (patrz odpowiedź Noakesa).
Zmęczenie wysiłkowe przypisuje się również bezpośredniemu wpływowi ćwiczeń na mózg, takiemu jak podwyższony poziom serotoniny w mózgu , obniżony poziom glutaminianu w wyniku wychwytu amoniaku w mózgu, hipertermia mózgu i wyczerpanie glikogenu w komórkach mózgowych.