Utjecaj starosti na snagu i dinamiku ponovnog produženja nakon povlačenja tetaničke stimulacije u prednjem mišiću tibijalisa 1. dio

Abstract

Svrha Tokom naizmjeničnih pokreta preko zgloba, na promjenu smjera rotacije u suprotni može utjecati kašnjenje i brzina smanjenja napetosti i usklađenost sa ponovnim produžavanjem prethodno aktivne mišićne grupe. S obzirom na to da proces starenja može uticati na gore navedene faktore, ovaj rad je imao za cilj da uporedi dinamiku pada momenta skočnog zgloba i ponovnog produžavanja mišića, što se ogleda u mehanomiogramu (MMG), u prednjoj tibialis zbog njene važne uloge u hodu.

Cistanche može djelovati kao sredstvo protiv umora i poboljšanja izdržljivosti, a eksperimentalne studije su pokazale da dekocija Cistanche tubulosa može učinkovito zaštititi hepatocite jetre i endotelne stanice oštećene kod miševa koji plivaju s teretom, pojačati ekspresiju NOS3 i promovirati glikogen u jetri. sintezu, čime se postiže efikasnost protiv umora. Ekstrakt Cistanche tubulosa bogat feniletanoidnim glikozidima može značajno smanjiti serumsku kreatin kinazu, laktat dehidrogenazu i nivoe laktata i povećati nivo hemoglobina (HB) i glukoze kod ICR miševa, a to bi moglo igrati ulogu protiv umora smanjujući oštećenje mišića i odgađanje obogaćivanja mliječne kiseline za skladištenje energije kod miševa. Tablete Compound Cistanche Tubulosa značajno su produžile vrijeme plivanja za nošenje težine, povećale rezervu glikogena u jetri i smanjile nivo uree u serumu nakon vježbanja kod miševa, pokazujući svoj efekat protiv umora. Uvarak od cistanchisa može poboljšati izdržljivost i ubrzati otklanjanje umora kod miševa koji vježbaju, a može smanjiti i povišenje serumske kreatin kinaze nakon opterećenja i održati ultrastrukturu skeletnih mišića miševa normalnom nakon vježbanja, što ukazuje da ima efekte za jačanje fizičke snage i protiv umora. Cistanchis je također značajno produžio vrijeme preživljavanja miševa otrovanih nitritima i poboljšao toleranciju na hipoksiju i umor.

Kliknite na ekstremni umor

【Za više informacija:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

MetodeU fazi relaksacije, nakon primjene supramaksimalne stimulacije od 35 Hz na površnoj motoričkoj tački, kod 20 mladih (Y) i 20 starijih (O) ispitanika mjerene su karakteristike momenta (T) i MMG dinamike.

RezultatiAnaliza T i MMG je dala: (I) početak opadanja nakon prestanka stimulacije (T: 22,51±5,92 ms [Y] i 51,35±15,21 ms [O]; MMG: 27,38±6,93 ms [Y] i 61,41± 18,42 ms [O]); (II) maksimalna brzina smanjenja (T: −110.4±45,56 Nm/s [Y] i − 52,72±32,12 Nm/s [O]; MMG: − 24,47±10,95 mm/s [ Y] i −13,76±6,54 mm/s [O]); (III) usklađenost mišića, mjerenje smanjenja MMG za svakih 10% smanjenja momenta (bin 20–10%: 15,69±7,5[Y] i 10,8±3,3 [O]; bin 10–0%: 22,12±10,3 [Y] ] i 17,58±5,6 [O]).

ZaključakRezultati relaksacije mišića su različiti u Y i O i mogu se pratiti neinvazivnom metodom mjerenjem fizioloških varijabli momenta i dinamike ponovnog produljenja na kraju elektromehaničkog spajanja prethodno izazvanog neuromišićnom stimulacijom.

Ključne riječiStarenje · Proces opuštanja · Brzina smanjenja momenta · Stimulacija · MMG

Skraćenice

D Kašnjenje

MC Usklađenost mišića

MMG mehanomiogram

MMG0T MMG na kraju smanjenja obrtnog momenta

N Normalizovano

RR Stopa smanjenja

SERCA Sarkoendoplazmatski retikulum za transport ATPaze

T Torque

TR Vrijeme redukcije

US ultrazvuk

Uvod

Naizmjenični pokreti zgloba, poput skočnog zgloba, koljena ili lakta, povezani su s koordinisanom, naizmjeničnom aktivacijom mišića fleksora i ekstenzora koji djeluju preko zgloba. Dok se mišići koji pružaju ugaoni moment prema smjeru rotacije zgloba nazivaju agonistima, mišićna grupa koja stvara suprotni ugaoni moment se definira kao antagonisti. Svaki put kada se rotacija zgloba obrne, dolazi do zamjene između uloga mišića antagonista i mišića agonista. Prelazak s jednog smjera rotacije na suprotan, kao i faza ponovnog produžavanja prošlog agonista pod utjecajem je (a) smanjenja napetosti prethodno aktivne mišićne grupe, (b) usklađenosti ove posljednje s ponovnim izduženjem od strane novog aktivnog agonista. Shodno tome, procjena biomehaničkih parametara tokom ova dva gore navedena procesa mogla bi pružiti funkcionalne podatke za karakterizaciju mišićnih karakteristika koje utiču na sekvencijalnu aktivnost agonist-antagonist.

Hod se može smatrati globalnim naizmjeničnim pokretom koji je rezultat kombinacije nekoliko zglobova naizmjeničnih sekvenci feksija-ekstenzija. Prema Westerbladu et al. (1997), "usporeno opuštanje mišića antagonista može suprotstaviti željeni pokret tokom brzih, naizmjeničnih pokreta". Dakle, tokom normalne lokomocije, usporavanje opuštanja prethodno aktivne mišićne grupe može u velikoj meri uticati na dinamiku prelaska zgloba iz smera rotacije u sledeći. Ovo može uticati na parametre lokomocije, posebno kod starijih subjekata. Zaista, podaci o analizi hoda ukazuju na to da starost utiče na hod u dužini koraka i na trajanje faze (Mulas et al. 2021; Fukuchi et al. 2019). Promjene u hodu kod starijih su također povezane s povećanim rizikom od institucionalizacije i smrti. Na primjer, pokazalo se da smanjenje brzine hodanja može predvidjeti očekivani životni vijek (Studenski et al. 2011). Nadalje, poremećaji u ravnoteži i hodu su implicirani u povećan rizik od padova (Osoba et al. 2019).

Na osnovu toga, čini se važnim procijeniti dinamiku smanjenja mišićne napetosti i ponovnog produljenja nakon aktivacije kod mladih i starijih ispitanika. Funkcionalni parametri koji opisuju silu i proces ponovnog produženja tokom faze relaksacije nisu relativno dobro opisani u gore navedenim populacijama. Kašnjenje početka smanjenja sile, od prestanka mioelektrične aktivnosti, ili njene brzine opadanja u različitim uslovima kao što su manevar pre i posle istezanja (Longo et al. 2017, 2014) ili pre i posle umora (Cè et al. 2014a, 2014b), istražen je u literaturi. Samo nekoliko studija izveštava o ponašanju signala napetosti i površinskog mehanomiograma (MMG) koje detektuje akcelerometar, koji prati ponovno izduživanje mišića, u fazi opuštanja kada se istovremeno snima (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo i dr. 2014.). Zaista, koristili su MMG kao indikator ponovnog produžavanja početka, ali ne i njegove vremenske dinamike.

Za procjenu momenta i ponašanja dužine mišića na kraju mišićne kontrakcije, moguće je koristiti eksperimentalnu postavku koju je prethodno opisala naša grupa (Cogliati et al. 2020), u kojoj su izometrijski moment dorzalne fleksije skočnog zgloba i prednje tibijalne dužine bili simultano mjereno pomoću merne ćelije i površinske mehanomiografije, respektivno. Obrazloženje se može sažeti na sljedeći način. Pošto je mišić sistem konstantnog volumena, svako skraćivanje tokom kontrakcije dovodi do povećanja poprečnog prečnika mišića. Ovu dimenzijsku varijaciju može uhvatiti laserski senzor. Po analogiji, tokom opuštanja mišića nakon aktivnosti, laserski signal udaljenosti može se smatrati indeksom procesa ponovnog izduživanja mišića. Proučavanje promjena dužine mišića pomoću površinskog MMG-a je već detaljno provedeno (Orizio et al. 1996; Yoshitake et al. 2005; Beck et al. 2005). Obrazloženje za usvajanje MMG-a kao indirektne mjere promjene dužine mišića, umjesto prikupljanja ultrazvučnih (US) slika iz aktivnog mišića, temelji se na sljedećim razmatranjima: (a) trenutno je malo vjerovatno da US tehnika pruža više od 30– 60 sličica u sekundi s vremenskom rezolucijom od 30-15 ms (prenisko za dobro praćenje vremenskog ponašanja ponovnog izduživanja nakon prestanka mišićne aktivnosti), (b) eksperimentalna postavka je prilično složena i zahtijeva robotsku ruku koja podržava Američka sonda uronjena u bazen koji može da primi distalnu nogu, (c) naknadna obrada svake slike kako bi se izdvojila promjena dužine je složena i dugotrajna, (d) cijena američkog sistema je mnogo veća od običnog laserski senzor udaljenosti. Konačno, izbor MMG signala olakšava replikaciju studije.

Eksperimentalni dizajn koji može uredno pružiti osnovne podatke o odnosu procesa smanjenja napetosti i ponovnog produžavanja aktivnog mišića nakon što se aktivnost povuče mora se temeljiti na stimuliranim kontrakcijama. Na ovaj način moguće je minimizirati nesigurnost individualnog obrasca bledenja suspenzije pogona centralnog nervnog sistema koji može uticati na ishod promena u statusu kontraktilnosti mišića tokom faze opuštanja.

S obzirom na moguće značenje u određivanju mehaničke efikasnosti naizmjeničnih pokreta, ovaj rad je imao za cilj da uporedi u anterioru tibijalisa mladih i starih ispitanika dinamiku:

(a) smanjenje momenta u zglobu;

(b) ponovno produženje mišića tokom faze opuštanja.

Vrijedi naglasiti koliko je važno proučavanje mehanike tibialis anterior, s obzirom na njegovu glavnu ulogu u ciklusu hoda kako za stabilizaciju skočnog zgloba tokom rane faze stava tako i za podizanje stopala tokom rane faze zamaha (Lacquaniti et. al. 2012). Kao posljedica toga, njegova dinamika opuštanja može duboko utjecati na vrijeme prelaska na sljedeće faze hoda.

materijali i metode

Predmeti i mjere

Dvadeset rekreativno aktivnih mladih učesnika (10 muškaraca i 10 žena; uzrast 21–33 godine) i 20 rekreativno aktivnih starijih učesnika (10 muškaraca i 10 žena; uzrast 65–80 godina) sa nijedan ortopedski ili neurološki poremećaj nije angažovan da učestvuje u ovoj studiji. Nakon što su dobili potpuno objašnjenje eksperimenata, dali su pismeni informirani pristanak. Ispitanici su zamoljeni da se uzdrže od unosa kofeina i intenzivne fizičke aktivnosti u 24 sata prije testa. Ova studija je provedena prema najnovijoj verziji Helsinške deklaracije i odobrena od strane lokalnog etičkog odbora. Dominantni donji ekstremitet učesnika bio je pozicioniran na specifičnom ergometru opremljenom sa mernom ćelijom (slika 1), koji je merio moment koji je generisan tokom električno stimulisanih kontrakcija prednjeg mišića tibialisa (Cogliati et al. 2020). Dok su kuk i koleno, respektivno, fiksirani na 90 stepeni i 180 stepeni, skočni zglob je bio pozicioniran u neutralnom položaju na 110 stepeni. Stopalo je bilo vezano za drvenu ploču spojenu na mjernu ćeliju (model SM-100 N, Interface Inc., Scottsdale, US-AZ). Signal sile dobijen od strane merne ćelije je propusno filtriran na 0-64 Hz i pojačan (MISO-OT Bioelettronica, Torino, Italija). Da bi se dobio obrtni moment dorzalne fleksije koji proizvodi svaki ispitanik, izmjerena je udaljenost između uporišta skočnog zgloba i ćelije za opterećenje na podnožju i korištena za pretvaranje signala sile u moment [T=F (N) × d (m) ]. Prema Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008), pomicanje prednje mišićne površine tibijalisa je transducirano kao mehanomiografski signal pomoću optičkog laserskog senzora udaljenosti (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Njemačka). Instrument ima sljedeće karakteristike: opseg mjerenja ±10 mm, osjetljivost 1 V/mm, linearnost 0,6%, rezolucija<6 μm, bandwidth 0–10 kHz. The laser beam was pointed to the tibialis anterior muscle belly presenting the largest displacement during the tetanic stimulation. The common position was at about 1 cm from the tibial crest as reported in Fig. 1. The device provided an output DC voltage proportional to the distance between the laser beam head emitter and the reflecting muscle surface. The measure of the distance of the reflecting surface from the laser source was not affected by surface rotation within±15° and±30° concerning the short and long axis of the laser head, respectively. The force and MMG were digitized at a frequency of 1024 samples/s (CED-1401 of Cambridge Electronic Design of Cambridge).

Korišten je električni stimulator za isporuku dvofaznih pravokutnih stimulusa (trajanje 100 µs svake faze) na prednji mišić tibijalnog mišića. Katodna elektroda (5×5 cm) postavljena je na predjelu kože iznad glavne motorne točke tibialis anterior (slika 1), koja je identificirana prema Gobbo et al. (2011). Anodna elektroda (15×10 cm) postavljena je na gastrocnemius mišić. Povećanjem amplitude niza stimulacije od 1 Hz (10 impulsa po svakom nivou amplitude od 0,1 V), sa minimalne vrijednosti od 0,5 V, maksimalni impuls stimulacije je identificiran kao amplituda stimulacije koja izaziva najveći pojedinačni trzaj. Tri niza impulsa od 35 Hz u trajanju od 3 s su davana u motoričku tačku mišića sa pauzom od 1 min između stimulacija. Površinski EMG izazvan stimulacionim vlakom detektovan je pomoću dve samolepljive prethodno gelirane srebrne elektrode (1 cm u prečniku; međuelektrodna udaljenost 30 mm). EMG je kondicioniran korištenjem Butterworthovog propusnog filtera trećeg reda (10–512 Hz). Nakon A/D konverzije od strane CED-1401 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK), digitalizirani signali su pohranjeni na PC-u i uzorkovani pri 1024 uzorka/s.

Obrada signala: analizirani parametri tokom faze relaksacije

Da bi se postigla svrha rada, dolje opisana analiza odnosi se na fazu opuštanja stimulirane tetaničke kontrakcije, koja je dijelom već razmatrana u nekoliko studija (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011 ; Longo i dr. 2016.).

Od tri stimulaciona niza, za svakog subjekta je odabran onaj sa najvećom vrijednošću momenta u vremenskom intervalu od 100 ms prije posljednjeg stimulusa. Obrtni moment i MMG su digitalno niskopropusni filtrirani na 50 Hz i nakon toga normalizirani na svojih 100% u odnosu na prosječne vrijednosti u vremenskim intervalima od 100 ms. EMG signal je korišten za identifikaciju kraja električne aktivnosti uslijed tetanične stimulacije. Vrijeme u kojem je električna aktivnost završena, nakon posljednjeg stimulusa, bila je vremenska oznaka u kojoj je evocirani EMG dostigao svoju prosječnu vrijednost ±3 SD izračunatu iz uzorka signala od 1 s prije tetaničke stimulacije (vidi sliku 2).

Elektromehaničko kašnjenje opuštanja

Tokom faze relaksacije, kašnjenje (D) se može uočiti između kraja električne aktivnosti i početka momenta i MMG raspada. D je izračunat kao trenutak kada su signali smanjili 3 standardne devijacije svoje prosječne vrijednosti tokom stimulacije, kako za moment (DT) tako i za MMG (DMMG) (Sl. 2).

Stopa smanjenja obrtnog momenta i brzina smanjenja MMG

Brzina smanjenja za signal momenta (RRT) i MMG signal (RRMMG) izračunata je kao omjer između Δokretnog momenta ili ΔMMG i Δvremena (slika 2). Konkretno, 20 ms pokretni prozor s korakom od 1 ms korišten je za dva signala za identifikaciju maksimalne stope smanjenja (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Isti proračun je izvršen na normalizovanim signalima da bi se dobili NRRT i NRRMMG.

Vremenski interval za smanjenje signala za 80–20%.

Pored diskretnih informacija koje daju RR ili NRR, izračunato je vrijeme smanjenja normaliziranog momenta i MMG (TRT i TRMMG) u rasponu od 80–20% njihovih smanjenja kako bi se dodatno okarakterizirala dinamika opadanja signala. Odabrani raspon nam omogućava da uporedimo vremensko ponašanje dva signala od mladih i starih subjekata kada se oba dinamički mijenjaju iz početnih i konačnih tranzijenta.

Usklađenost mišića

Da biste imali detaljan opis vremenskog odnosa između smanjenja momenta i ponovnog produženja mišića, iznos relativne MMG varijacije za svaki od deset binova relativnog momenta pada (od 100 do 0 Izračunato je %: 100–90%, 90–80%, 80–70%, …, 10–0%). Ova vrijednost odražava usklađenost mišića bin-by-bin (MC) do ponovnog izduživanja tijekom procesa opuštanja.

MMG na kraju smanjenja obrtnog momenta (MMG0T)

%MMG, količina preostalog produženja, kada je proces smanjenja obrtnog momenta završen i dostigao 0% je kvantificiran za svaki subjekt. Parametar je identificiran kao MMG0T i pruža mjeru cjelokupne efikasnosti procesa ponovnog produljivanja u poređenju sa smanjenjem napetosti: drugim riječima, koliko je ponovno produženje nepotpuno kada se osjeti sila {{5} }.

Statistička analiza

Podaci su analizirani pomoću statističkog softvera (Sigmaplot 11). Dvosmjerna analiza varijanse (ANOVA) korištena je za ispitivanje glavnog i interakcijskog efekta starosti (mladi i stari) i signala (moment i MMG) na D, NRR i TR. Kada je ANOVA bila značajna, napravljena su poređenja u paru sa Tukeyjevim post hoc testom. Za usklađenost mišića, dva faktora za ANOVA bila su starost i relativni dekrement obrtnog momenta. Nadalje, korišten je nezavisni t-test za istraživanje razlika između grupa (mladih i starih) za maksimalni moment za vrijeme stimulirane kontrakcije, RRT, RRMMG i MMG0T (statistička značajnost p<0.05).

Na grafikonima broj zvjezdica (*) označava statistički značajne razlike na sljedeći način: p< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Podaci navedeni u ovom radu potiču od signala otkrivenih tokom tibialis anterior tetaničkog odgovora koji se koriste za poređenje mišićne mehanike na početku voljnih i stimuliranih kontrakcija kod mladih i starih ispitanika u već objavljenim radovima (Cogliati et al. 2020).

Rezultati

Primjer normaliziranog momenta (crvena linija) i MMG (crna linija) signala reprezentativnih mladih i starih ispitanika, iz kojih su izračunati parametri navedeni u prethodnom dijelu, može se naći na slici 3. Različito vrijeme u početak opadanja dva signala između mladih i starih subjekata, kao i različiti nagibi dva signala evidentan je kroz proces opuštanja.

Maksimalno stimulisana kontrakcija

Maksimalni obrtni moment kod stimulisane kontrakcije značajno se razlikovao između mladih i starijih odraslih osoba (4,9±2,5 Nm za mlade i 2,6±1,7 Nm za starije; p<0.001). A t-test revealed a significant difference (p=0.002) between young  (3.01±1.17 mm) and old (2.01±0.73 mm) subjects for the maximal surface displacement transduced as MMG.

Elektromehaničko kašnjenje opuštanja (DT i DMMG)

Dvosmjerna ANOVA otkrila je značajan uticaj starosti (str<0.001) and signal (p=0.009) on D, but without an interaction between these factors (p=0.354). Specifically, the older subjects had a longer delay compared to younger subjects. Moreover, the beginning of relaxation for the MMG started after the torque signals.

Obrtni moment. Na početku faze opuštanja, DT se značajno razlikovao između mladih i starijih osoba (22,51±5,92 ms za mlade i 51,35±15,21 ms za starije; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. DMMG je pokazao isto ponašanje kao DT, uz značajnu razliku uočena između mladih i starijih osoba (27,38±6,93 ms za mlade i 61,41±18,42 ms za starije; p<0.001) (Fig. 4).

Stopa smanjenja obrtnog momenta i brzina smanjenja MMG (RRT i RRMMG)

Tokom faze opadanja nakon stimuliranog povlačenja kontrakcije, maksimalni RRT kod mladih i starijih bio je −110.4 ± 45,56 Nm/s i −52,72 ± 32,12 Nm/s, respektivno, što pokazuje statističku razliku između grupa ( nezavisni t-test; p < 0.001). Shodno tome, maksimalni RRMMG kod mladih (− 24,47 ± 10,95 mm/s) bio je značajno veći nego kod starih (−13,76 ± 6,54 mm/s) ispitanika (nezavisni t-test, p < 0,001). Kada se razmatraju normalizirani signali, rezultati su bili slični. Dvosmjerna ANOVA otkrila je značajan uticaj starosti (str<0.001) and signal (p<0.001) on the NRR, but without an interaction between these factors (p=0.508). Specifically, the NRR was higher for young subjects compared to old and the decrease of the MMG signal was slower than the torque signal (Fig. 5). Moreover, the maximal NRRT in young and old was − 1256.16 ± 333.36%/s and  − 1026.26 ± 267.76%/s, respectively, showing a statistical difference (p=0.004). Similarly, NRRMMG was statistically different between young (−867.79%/s±148.6%/s) and older (− 710.35±178.84%/s) subjects (p=0.044).

【Za više informacija:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】