Assessing corticospinal excitability to the biceps brachii during maximal repeated arm cycling sprints
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि संभवतः मोटोन्यूरॉन पूल संतृप्ति (motoneuron pool saturation) के कारण अधिकतम दोहराव वाले आर्म साइकलिंग स्प्रिंट के दौरान बाइसेप्स ब्राची की कॉर्टिकोस्पाइनल और स्पाइनल उत्तेजता अपरिवर्तित रहती है, पर्याप्त प्रदर्शन गिरावट के बावजूद व्यायाम के तुरंत बाद स्पाइनल उत्तेजता और परिधीय मांसपेशी प्रतिक्रियात्मकता में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।
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जब हम अपने शरीर को उसकी सीमाओं तक धकेलते हैं, चाहे वह ट्रैक पर दौड़ना हो या किसी खड़ी पहाड़ी पर साइकिल चलाना, हमारे मांसपेशियां अंततः उतनी शक्ति पैदा करने में विफल हो जाती हैं जितनी वे शुरुआत में कर रही थीं। इस गिरावट को थकान (fatigue) के रूप में जाना जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक समझते आए हैं कि यह थकावट दो मुख्य स्रोतों से आती है। पहला 'पेरिफेरल' (peripheral) है, जिसका अर्थ है कि स्वयं मांसपेशी तंतु (muscle fibers) थक जाते हैं, शायद अपशिष्ट उत्पादों के संचय या उन रासायनिक संकेतों की विफलता के कारण जो उन्हें संकुचित होने का निर्देश देते हैं। दूसरा 'सेंट्रल' (central) है, जो मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी से उत्पन्न होता है। यह तंत्रिका तंत्र का शरीर की रक्षा करने का एक तरीका है, जो संभावित रूप से मांसपेशियों को नुकसान से बचाने के लिए मांसपेशियों तक भेजे जाने वाले विद्युत संकेतों को कम कर देता है। हालांकि मांसपेशियों की विफलता के यांत्रिकी (mechanics) अच्छी तरह से मानचित्रित हैं, लेकिन यह कहानी कि मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी तीव्र, बार-बार किए जाने वाले प्रयासों के दौरान अपने व्यवहार को कैसे बदलती है, अभी भी कम स्पष्ट है। शोधकर्ता लंबे समय से यह सोचते रहे हैं कि क्या मस्तिष्क बस कोशिश करना कम कर देता है, या क्या रीढ़ की हड्डी अधिक संवेदनशील हो जाती है, या क्या संकेत स्थिर रहते हैं भले ही शरीर संघर्ष कर रहा हो।
इसका उत्तर देने के लिए, मेमोरियल यूनिवर्सिटी ऑफ न्यूफ़ाउंडलैंड और यूनिवर्सिटी ऑफ़ कैलगरी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने तब सुनने का प्रयास किया कि तंत्रिका तंत्र पूरी क्षमता से काम करते समय कैसा व्यवहार करता है। उन्होंने एक थकाऊ आर्म-साइकिलिंग परीक्षण के दौरान बाइसेप्स ब्राचियाई (biceps brachii), जो ऊपरी हाथ की बड़ी मांसपेशी है, पर ध्यान केंद्रित किया। बारह स्वस्थ वयस्कों, जिनमें से अधिकांश पुरुष थे, को एक आर्म एर्गोमीटर को पांच अलग-अलग स्प्रिंट के लिए जितनी तेजी से हो सके चलाने के लिए कहा गया, जिनमें से प्रत्येक 17 से 22 सेकंड तक चला, और बीच में एक छोटा विश्राम दिया गया। प्रतिरोध (resistance) एक चुनौतीपूर्ण स्तर पर सेट किया गया था, जो उनके शरीर के वजन के पांच प्रतिशत के बराबर था। जैसे ही उन्होंने साइकिल चलाई, शोधकर्ताओं ने तंत्रिका तंत्र की जांच करने के लिए चुंबकीय और विद्युत स्पंदों (pulses) के संयोजन का उपयोग किया। स्कैल्प (सिर की त्वचा) के ऊपर एक चुंबकीय स्पंद ने मस्तिष्क को उत्तेजित किया, जबकि कान के पीछे एक विद्युत स्पंद ने रीढ़ की हड्डी को उत्तेजित किया। इन स्पंदों को मांसपेशियों के ठीक उस क्षण पर टकराने के लिए समयबद्ध किया गया था जब हाथ आगे की ओर खींचना शुरू करता है, जो कि तीव्र प्रयास का एक क्षण होता है। इन स्पंदों के प्रति मांसपेशी की प्रतिक्रिया को मापकर, टीम देख सकती थी कि उस सटीक क्षण में मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी कितनी "उत्तेजक" (excitable) थीं। उन्होंने कंधे पर सीधे तंत्रिका को उत्तेजित करके मांसपेशी की अपनी फायरिंग की क्षमता को भी मापा।
पांच स्प्रिंट के परिणाम नाटकीय थे। जैसे-जैसे प्रतिभागियों ने प्रोटोकॉल के माध्यम से प्रयास किया, उनका प्रदर्शन काफी गिर गया। पांचवें स्प्रिंट तक, वे औसत शक्ति जो वे उत्पन्न कर सकते थे, लगभग 37 प्रतिशत गिर गई थी, और उनका कुल कार्य आउटपुट भी उसी मात्रा में कम हो गया था। उनका कथित प्रयास (perceived effort), जिसे एक मानक पैमाने पर मापा गया था, प्रत्येक दौर के साथ लगातार बढ़ता गया, जिससे पुष्टि हुई कि व्यायाम वास्तव में थका देने वाला था। शोधकर्ता उम्मीद कर रहे थे कि इस शारीरिक गिरावट से मेल खाने के लिए तंत्रिका तंत्र के व्यवहार में एक स्पष्ट बदलाव दिखाई देगा। उन्होंने परिकल्पना की थी कि मस्तिष्क अपने सिग्नल आउटपुट को कम कर सकता है या थकान बढ़ने के साथ रीढ़ की हड्डी अपनी संवेदनशीलता बदल सकती है। हालांकि, जब उन्होंने स्प्रिंट के दौरान एकत्र किए गए डेटा को देखा, तो तंत्रिका तंत्र उल्लेखनीय रूप से स्थिर दिखाई दिया। मस्तिष्क के स्पंदों और रीढ़ के स्पंदों के प्रति मांसपेशी की प्रतिक्रिया का आकार पहले स्प्रिंट से अंतिम स्प्रिंट तक नहीं बदला। यहाँ तक कि जब प्रतिभागियों का यांत्रिक आउटपुट ढह गया, तब भी मस्तिष्क से मांसपेशी तक के मार्ग की विद्युत उत्तेजना स्थिर रही।
यह स्थिरता बताती है कि अधिकतम प्रयास के शिखर के दौरान, तंत्रिका तंत्र पहले से ही ऐसे स्तर पर काम कर रहा होता है जहाँ आगे के परिवर्तनों का पता लगाना कठिन होता है। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि रीढ़ की हड्डी में तंत्रिका कोशिकाओं का समूह जो मांसपेशी को नियंत्रित करता है, संभवतः पहले से ही पूरी तरह से सक्रिय है और उच्च दरों पर फायर कर रहा है। इस अधिकतम स्वैच्छिक ड्राइव की स्थिति में, चुंबकीय या विद्युत स्पंदों से मिलने वाला अतिरिक्त धक्का कुल आउटपुट में बहुत कम जोड़ता है, जो उत्तेजता के सूक्ष्म बदलावों को प्रभावी रूप से छिपा देता है। यह ऐसा ही है जैसे कि सिस्टम पहले से ही अपनी सीमा (ceiling) पर चल रहा है, जिससे माप उपकरणों के लिए गिरावट या वृद्धि दर्ज करने के लिए कोई जगह नहीं बचती। यह खोज इस विचार को चुनौती देती है कि मस्तिष्क बार-बार किए जाने वाले स्प्रिंट के दौरान अपनी आवाज़ को धीमा कर देता है; इसके बजाय, यह सुझाव देती है कि मस्तिष्क अपनी उच्च ड्राइव बनाए रखता है भले ही मांसपेशियां थक जाएं।
हालांकि, कहानी तब बदल गई जब स्प्रिंट समाप्त हो गए। जब प्रतिभागियों ने आराम किया और शोधकर्ताओं ने उन्हें फिर से एक धीमी, आसान गति से चलाते हुए परीक्षण किया, तो तंत्रिका तंत्र ने अनुकूलन के स्पष्ट संकेत दिखाए। व्यायाम के बाद रीढ़ की हड्डी को जगाने के लिए आवश्यक विद्युत स्पंद पहले की तुलना में थोड़े कमजोर थे, जो यह दर्शाता है कि रीढ़ की हड्डी अधिक संवेदनशील या उत्तेजक हो गई थी। साथ ही, तंत्रिका उत्तेजना के प्रति मांसपेशी की सीधी प्रतिक्रिया बढ़ गई, जो यह सुझाव देती है कि मांसपेशी तंतु स्वयं अधिक प्रतिक्रियाशील हो गए थे, यह एक घटना है जिसे प्रदर्शन में अस्थायी उछाल के रूप में जाना जाता है जिसे 'पोस्ट-एक्टिवेशन पोटेंशिएशन' कहते हैं। ये परिवर्तन केवल तीव्र प्रयास के बाद हुए, उसके दौरान नहीं। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि जबकि बार-बार किए जाने वाले आर्म स्प्रिंट के बाद तंत्रिका तंत्र महत्वपूर्ण परिवर्तन प्रदर्शित करता है, ये बदलाव तीव्र प्रयास के दौरान छिपे रहते हैं। मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी संघर्ष के दौरान अपना स्थान बनाए रखते हैं, और काम पूरा होने के बाद ही अपनी परिवर्तित स्थिति प्रकट करते हैं। यह चरम प्रदर्शन के दौरान तंत्रिका गतिविधि को मापने की कठिनाई को उजागर करता है और सुझाव देता है कि शरीर की थकान की प्रतिक्रिया निरंतर बनी रहने वाली ड्राइव और विलंबित अनुकूलन के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया है।
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