Influența vârstei asupra forței și dinamicii de re-alungire după retragerea stimulării tetanice în mușchiul anterior tibial partea 1

Abstract

Scop În timpul mișcărilor alternative de-a lungul unei articulații, trecerea de la o direcție de rotație la opusă poate fi influențată de întârzierea și rata de reducere a tensiunii și de conformitatea la re-alungire a grupului muscular anterior activ. Având în vedere că procesul de îmbătrânire poate afecta factorii menționați mai sus, această lucrare și-a propus să compare atât dinamica scăderii cuplului gleznei, cât și a relungirii musculare, oglindită prin mecanomiogramă (MMG), în tibialul anterior datorită rolului său important în mers.

Cistanche poate acționa ca un ameliorator anti-oboseală și rezistență, iar studiile experimentale au arătat că decoctul de Cistanche tubulosa ar putea proteja eficient hepatocitele hepatice și celulele endoteliale deteriorate la șoarecii care înotă care poartă greutăți, să regleze expresia NOS3 și să promoveze glicogenul hepatic. sinteza, exercitand astfel eficacitate anti-oboseala. Extractul de Cistanche tubulosa bogat în glicozide feniletanoide ar putea reduce semnificativ creatinkinaza serică, lactat dehidrogenază și nivelurile de lactat și ar putea crește nivelul de hemoglobină (HB) și glucoză la șoarecii ICR, iar acest lucru ar putea juca un rol anti-oboseală prin scăderea leziunilor musculare. și întârzierea îmbogățirii cu acid lactic pentru stocarea energiei la șoareci. Compusul Cistanche Tubulosa Tabletele a prelungit semnificativ timpul de înot de suportare a greutății, a crescut rezerva hepatică de glicogen și a scăzut nivelul seric de uree după exercițiu la șoareci, arătând efectul său anti-oboseală. Decoctul de Cistanchis poate îmbunătăți rezistența și accelera eliminarea oboselii la șoarecii care se antrenează și, de asemenea, poate reduce creșterea creatinkinazei serice după exercițiul de încărcare și poate menține ultrastructura mușchiului scheletic al șoarecilor normală după exercițiu, ceea ce indică faptul că are efecte. de sporire a forței fizice și anti-oboseală. De asemenea, Cistanchis a prelungit semnificativ timpul de supraviețuire al șoarecilor otrăviți cu nitriți și a sporit toleranța la hipoxie și oboseală.

Faceți clic pe oboseală extremă

【Pentru mai multe informații:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

MetodeÎn faza de relaxare, după ce s-a aplicat o stimulare supramaximală de 35 Hz la punctul motor superficial, la 20 de subiecți tineri (Y) și 20 de subiecți în vârstă (O), au fost măsurate caracteristicile cuplului (T) și dinamicii MMG.

RezultateAnaliza T și MMG a furnizat: (I) începutul dezintegrarii după încetarea stimulării (T: 22,51±5,92 ms [Y] și 51,35±15,21 ms [O]; MMG: 27,38±6,93 ms [Y] și 61,41±15,21 ms [Y] 18,42 ms [O]); (II) viteza maximă de reducere (T: −110,4±45,56 Nm/s [Y] și −52,72±32,12 Nm/s [O]; MMG: − 24,47±10,95 mm/s [ Y] şi−13,76±6,54 mm/s [O]); (III) complianța musculară, măsurând reducerea MMG la fiecare reducere cu 10% a cuplului (bin 20–10%: 15,69±7,5[Y] și 10,8±3,3 [O]; bin 10–0%: 22,12±10,3 [Y] ] și 17,58±5,6 [O]).

ConcluzieRezultatele relaxării musculare sunt diferite în Y și O și pot fi monitorizate printr-o metodă neinvazivă de măsurare a variabilelor fiziologice ale cuplului și dinamicii de re-alungire la sfârșitul cuplării electromecanice induse anterior de stimularea neuromusculară.

Cuvinte cheieÎmbătrânire · Proces de relaxare · Rata de reducere a cuplului · Stimulare · MMG

Abrevieri

D Întârziere

MC Conformitate musculară

Mecanomiograma MMG

MMG0T MMG la sfârșitul reducerii cuplului

N Normalizat

RR Rata de reducere

SERCA ATPaza de transport a calciului reticulului sarcoendoplasmatic

T Cuplu

TR Timpul de reducere

Ecografia SUA

Introducere

Mișcarea alternată a unei articulații, cum ar fi o gleznă, un genunchi sau un cot, este legată de activarea coordonată și alternată a mușchilor flexori și extensori care acționează peste balama. În timp ce mușchii care furnizează un moment unghiular spre direcția de rotație a articulației sunt denumiți agonişti, grupul muscular care generează un moment unghiular opus este definit ca antagonişti. De fiecare dată când rotația articulației este inversată, există o schimbare între rolurile mușchilor antagonist și agonist. Trecerea de la o direcție de rotație la opusă, precum și faza de re-alungire a agonistului trecut este influențată de (a) reducerea tensiunii grupului muscular anterior activ, (b) complianța acestuia din urmă la reelongare. de noul agonist activ. În consecință, evaluarea parametrilor biomecanici în timpul acestor două procese menționate mai sus ar putea furniza date funcționale pentru a caracteriza caracteristicile musculare care afectează activitatea secvenţială agonist-antagonist.

Mersul poate fi considerat ca o mișcare alternativă globală rezultată din combinarea mai multor articulații care alterna secvențe fexion-extensie. Potrivit Westerblad et al. (1997), „relaxarea încetinită a mușchiului antagonist ar putea contracara mișcarea dorită în timpul mișcărilor rapide, alternative”. Astfel, în timpul locomoției normale, încetinirea relaxării grupului muscular activ anterior poate afecta foarte mult dinamica tranziției articulare de la o direcție de rotație la următoarea. Acest lucru poate influența parametrii de locomoție, în special la subiecții în vârstă. Într-adevăr, datele despre analiza mersului sugerează că vârsta influențează mersul în lungimea pasului și durata fazei (Mulas et al. 2021; Fukuchi et al. 2019). Modificările mersului la vârstnici au fost, de asemenea, asociate cu un risc crescut de instituționalizare și deces. De exemplu, s-a demonstrat că o reducere a vitezei de mers pe jos este un predictor al speranței de viață (Studenski et al. 2011). În plus, tulburările de echilibru și de mers au fost implicate într-un risc crescut de cădere (Osoba et al. 2019).

Pe această bază, pare important să se evalueze dinamica reducerii tensiunii musculare și a prelungirii după activare la subiecții tineri și bătrâni. Parametrii funcționali care descriu forța și procesul de re-alungire în timpul fazei de relaxare nu sunt comparativ bine descriși în populațiile menționate mai sus. Întârzierea declanșării scăderii forței, de la încetarea activității mioelectrice sau viteza acesteia de dezintegrare în diferite condiții, cum ar fi manevra pre- și post-întindere (Longo et al. 2017, 2014) sau înainte și după oboseală (Cè et al. 2014a, 2014b), a fost investigat în literatură. Doar câteva studii raportează comportamentul semnalului de tensiune și mecanogramă de suprafață (MMG) detectat de un accelerometru, monitorizând re-elongarea musculară, în faza de relaxare când este înregistrată simultan (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo et al. 2014). Într-adevăr, ei au folosit MMG-ul ca un indicator al debutului de re-alungire, dar nu al dinamicii sale temporale.

Pentru a evalua comportamentul cuplului și lungimii musculare la sfârșitul contracției musculare, este posibil să se utilizeze o configurație experimentală descrisă anterior de grupul nostru (Cogliati et al. 2020), în care cuplul izometric al flexiei dorsale a gleznei și lungimea tibialului anterior au fost măsurată simultan cu o celulă de sarcină și, respectiv, mecanomiografie de suprafață. Rațiunea poate fi rezumată după cum urmează. Deoarece mușchiul este un sistem de volum constant, fiecare scurtare în timpul unei contracții asigură o creștere a diametrului transversal al mușchiului. Această variație dimensională poate fi detectată de un senzor laser. Prin analogie, în timpul relaxării musculare după activitate, semnalul de distanță laser poate fi considerat ca un indice al procesului de reelongare musculară. Studiul modificărilor lungimii musculare prin MMG de suprafață a fost deja implementat în detaliu (Orizio și colab. 1996; Yoshitake și colab. 2005; Beck și colab. 2005). Motivul adoptării MMG ca măsură indirectă a modificărilor lungimii musculare, în loc de colectarea de imagini cu ultrasunete (US) de la mușchiul activ, se bazează pe următoarele considerații: (a) în prezent, tehnica SUA este puțin probabil să furnizeze mai mult de 30- 60 de cadre pe secundă cu o rezoluție în timp de 30–15 ms (prea scăzută pentru o bună urmărire a comportamentului în timp al reelongării după încetarea activității musculare), (b) configurația experimentală este destul de complexă, necesitând un braț robotic care susține Sondă US scufundată într-un bazin capabil să găzduiască piciorul distal, (c) post-procesarea fiecărei imagini pentru a extrage modificarea lungimii este complexă și necesită timp, (d) costul unui sistem american este mult mai mare decât un simplu senzor de distanta cu laser. În cele din urmă, alegerea semnalului MMG face replicarea studiului ușoară.

Un design experimental care poate oferi cu claritate date de bază despre relația proceselor de reducere a tensiunii și re-alungire a unui mușchi activ odată ce activitatea este retrasă trebuie să se bazeze pe contracții stimulate. În acest fel, este posibil să se minimizeze incertitudinea modelului individual de estompare a suspensiei sistemului nervos central care poate influența rezultatul modificărilor stării contractile musculare în timpul fazei de relaxare.

Având în vedere posibila semnificație în determinarea eficienței mecanice a mișcărilor alternante, această lucrare și-a propus să compare în tibialul anterior al subiecților tineri și bătrâni dinamica:

(a) reducerea cuplului la gleznă;

(b) relungirea musculară în timpul fazei de relaxare.

Merită subliniat cât de important este studiul mecanicii tibialului anterior, având în vedere rolul său major în ciclul mersului atât pentru stabilizarea articulației gleznei în faza incipientă a poziției, cât și pentru ridicarea piciorului în faza timpurie a balansării (Lacquaniti et al. al. 2012). În consecință, dinamica sa de relaxare poate influența profund momentul trecerii la următoarele faze ale mersului.

Materiale și metode

Subiecte și măsurători

Douăzeci de participanți tineri activi din punct de vedere recreațional (10 bărbați și 10 femei; vârsta 21-33 de ani) și 20 de participanți mai în vârstă activi din punct de vedere recreațional (10 bărbați și 10 femei; 65-80 de ani) cu nu au fost recrutate tulburări ortopedice sau neurologice pentru a participa la acest studiu. După ce au primit o explicație completă a experimentelor, aceștia și-au furnizat consimțământul informat în scris. Subiecților li s-a cerut să se abțină de la consumul de cofeină și de la activitate fizică intensă în cele 24 de ore premergătoare testului. Acest studiu a fost realizat de cea mai recentă versiune a Declarației de la Helsinki și aprobat de comitetul de etică local. Membrul inferior dominant al participanților a fost poziționat pe un ergometru specific echipat cu o celulă de sarcină (Fig. 1), care a măsurat cuplul generat în timpul contracțiilor stimulate electric ale mușchiului tibial anterior (Cogliati et al. 2020). În timp ce șoldul și, respectiv, genunchiul au fost fixate la 90 de grade și, respectiv, 180 de grade, glezna a fost poziționată într-o poziție neutră la 110 de grade. Piciorul a fost legat de placa de lemn conectată la celula de sarcină (modelul SM-100 N, de la Interface Inc., Scottsdale, SUA-AZ). Semnalul de forță dobândit de celula de sarcină a fost filtrat cu trecere de bandă la 0-64 Hz și amplificat (MISO-OT Bioelettronica, Torino, Italia). Pentru a obține cuplul de flexie dorsală produs de fiecare subiect, a fost măsurată distanța dintre punctul de sprijin al gleznei și celula de sarcină de la picior și utilizată pentru a converti semnalul de forță în cuplu [T=F (N) × d (m) ]. Conform lui Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008), deplasarea suprafeței mușchiului anterior tibial a fost transdusă ca semnal mecanomiografic folosind un senzor optic de distanță cu laser (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Germania). Instrumentul are următoarele caracteristici: interval de măsurare ±10 mm, sensibilitate 1 V/mm, liniaritate 0,6%, rezoluție<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).

Un stimulator electric a fost folosit pentru a furniza stimuli dreptunghiulari bifazici (durata de 100 µs a fiecărei faze) pe mușchiul tibial anterior. Electrodul catodic (5×5 cm) a fost plasat în regiunea pielii peste punctul motor principal al tibialului anterior (Fig. 1), care a fost identificat conform Gobbo și colab. (2011). Electrodul anod (15×10 cm) a fost poziționat pe mușchiul gastrocnemian. Prin creșterea amplitudinii unui tren de stimulare de 1 Hz (10 impulsuri pe fiecare nivel de amplitudine de 0,1 V), de la valoarea minimă de 0,5 V, pulsul de stimulare maxim a fost identificat ca amplitudinea stimulului care declanșează cea mai mare contracție unică. Trei trenuri de impulsuri de 35 Hz cu durata de 3 secunde au fost administrate la punctul motor al mușchiului cu o pauză de 1 minut între stimulări. EMG-ul de suprafață evocat de trenul de stimulare a fost detectat folosind doi electrozi de argint pre-gelificati autoadezivi (1 cm în diametru; distanța inter-electrod 30 mm). EMG a fost condiționat folosind un filtru trece-bandă Butterworth de ordinul trei (10-512 Hz). După conversia A/D de către CED-1401 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, Marea Britanie), semnalele digitizate au fost stocate pe un PC și eșantionate la 1024 de mostre/s.

Prelucrarea semnalului: parametrii analizați în faza de relaxare

Pentru a atinge scopul lucrării, analiza descrisă mai jos se referă la faza de relaxare a contracției tetanice stimulate, care a fost parțial deja luată în considerare de mai multe studii (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011). Longo et al. 2016).

Dintre cele trei trenuri de stimulare, a fost selectat pentru fiecare subiect cel cu cea mai mare valoare a cuplului în intervalul de timp de 100 ms înainte de ultimul stimul. Cuplul și MMG au fost filtrate digital trece-jos la 50 Hz și ulterior normalizate la 100% raportate la valorile medii în intervale de timp de 100 ms. Semnalul EMG a fost utilizat pentru a identifica sfârșitul activității electrice din cauza trenului de stimulare tetanic. Momentul la care activitatea electrică a fost finalizată, după ultimul stimul, a fost marca de timp la care EMG-ul evocat a atins valoarea medie ± 3 SD calculată dintr-o probă de semnal de 1 s înainte de stimularea tetanică (vezi Fig. 2).

Relaxare intarziere electromecanica

În timpul fazei de relaxare, se poate observa o întârziere (D) între sfârșitul activității electrice și începutul cuplului și dezintegrarea MMG. D a fost calculat ca momentul de timp în care semnalele au scăzut cu 3 abateri standard ale valorii lor medii în timpul stimulării, atât pentru cuplu (DT) cât și pentru MMG (DMMG) (Fig. 2).

Rata de reducere a cuplului și rata de reducere a MMG

Rata de reducere pentru semnalul de cuplu (RRT) și semnalul MMG (RRRMG) au fost calculate ca raport între Δcuplul sau ΔMMG și Δtimp (Fig. 2). Mai exact, o fereastră de mișcare de 20 ms cu un pas de 1 ms a fost utilizată între cele două semnale pentru a identifica rata maximă de reducere (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Același calcul a fost efectuat pe semnalele normalizate pentru a obține NRRT și NRRMMG.

Intervalul de timp pentru reducerea semnalului cu 80–20%.

În plus față de informațiile discrete furnizate de RR sau NRR, timpul de reducere atât a cuplului normalizat, cât și a MMG (TRT și TRMMG) în intervalul de 80-20% din reducerile lor a fost calculat pentru a caracteriza în continuare dinamica decăderii semnalului. Intervalul selectat ne permite să comparăm comportamentul în timp al celor două semnale de la subiecții tineri și bătrâni atunci când ambele se schimbă dinamic din tranzitorii inițial și final.

Compatibilitate musculară

Pentru a avea o descriere detaliată a relației de timp dintre scăderea cuplului și re-lungirea mușchilor, cantitatea de variație relativă a MMG pentru fiecare dintre cele zece compartimente de cuplu relativ scade (de la 100 la 0). %: 100–90%, 90–80%, 80–70%, …, 10–0%) a fost calculat. Această valoare oglindește complianța mușchilor bin-by-bin (MC) la re-alungire pe tot parcursul procesului de relaxare.

MMG la sfârșitul reducerii cuplului (MMG0T)

%MMG, cantitatea de relungire rămasă, când procesul de reducere a cuplului a fost finalizat și a atins 0%, a fost cuantificat pentru fiecare subiect. Parametrul a fost identificat ca MMG0T și oferă o măsură a eficienței întregului proces de relungire în comparație cu reducerea tensiunii: cu alte cuvinte, cât de mult este incompletă relungirea odată ce forța resimțită este {{5} }.

analize statistice

Datele au fost analizate folosind software-ul statistic (Sigmaplot 11). O analiză bidirecțională a varianței (ANOVA) a fost utilizată pentru a examina efectul principal și de interacțiune al vârstei (tineri și bătrâni) și al semnalelor (cuplu și MMG) asupra D, NRR și TR. Când ANOVA a fost semnificativă, s-au făcut comparații pe perechi cu testul post-hoc Tukey. Pentru complianța mușchilor, cei doi factori pentru ANOVA au fost vârsta și intervalul de descreștere relativ a cuplului. Mai mult, a fost folosit un test t independent pentru a investiga diferențele dintre grupuri (tineri și bătrâni) pentru cuplul maxim în timpul contracției stimulate, RRT, RRMMG și MMG0T (semnificație statistică p<0.05).

În grafice, numărul de asteriscuri (*) indică diferențe semnificative statistic, după cum urmează: p< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Datele raportate în această lucrare provin din semnale detectate în timpul răspunsului tetanic tibial anterior utilizat pentru a compara mecanica musculară la debutul contracțiilor voluntare și stimulate la subiecții tineri și bătrâni în lucrări deja publicate (Cogliati et al. 2020).

Rezultate

Un exemplu de semnale de cuplu normalizate (linia roșie) și MMG (linia neagră) de la subiecții reprezentativi tineri și vârstnici, din care au fost calculați parametrii enumerați în secțiunea anterioară, poate fi găsit în Fig. 3. Timpul diferit la începutul celor două semnale decăderea între subiecții tineri și bătrâni, precum și pantele diferite ale celor două semnale este evidentă prin procesul de relaxare.

Contracție maximă stimulată

Cuplul maxim în contracția stimulată a fost semnificativ diferit între adulții tineri și cei în vârstă (4,9±2,5 Nm pentru tineri și 2,6±1,7 Nm pentru vârstnici; 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.

Întârziere electromecanică de relaxare (DT și DMMG)

ANOVA bidirecțională a relevat un efect semnificativ al vârstei (p<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.

Cuplu. La începutul fazei de relaxare, DT a fost semnificativ diferită între indivizii tineri și cei mai în vârstă (22,51±5,92 ms pentru tineri și 51,35±15,21 ms pentru vârstnici; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. DMMG a arătat același comportament ca și DT, observându-se o diferență semnificativă între indivizii tineri și cei mai în vârstă (27,38±6,93 ms pentru tineri și 61,41±18,42 ms pentru vârstnici; p<0.001) (Fig. 4).

Rata de reducere a cuplului și rata de reducere a MMG (RRT și RRMMG)

În timpul fazei de dezintegrare după retragerea contracției stimulate, RRT maximă la tineri și bătrâni a fost -110,4 ± 45,56 Nm/s și, respectiv, -52,72 ± 32,12 Nm/s, arătând o diferență statistică între grupuri ( test t independent; p < 0.001). În consecință, RRMMG maximă la tineri (− 24,47 ± 10,95 mm/s) a fost semnificativ mai mare decât la subiecții bătrâni (−13,76 ± 6,54 mm/s) (test t independent, p < 0,001). Când se iau în considerare semnalele normalizate, rezultatele au fost similare. ANOVA bidirecțională a relevat un efect semnificativ al vârstei (p<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).

【Pentru mai multe informații:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】