Vpliv starosti na silo in dinamiko ponovnega podaljšanja po umiku tetanične stimulacije v sprednji mišici tibialis 1. del

Povzetek

Namen Med izmeničnimi gibi po sklepu lahko na preklop iz ene smeri vrtenja v nasprotno vpliva zakasnitev in stopnja zmanjšanja napetosti ter skladnost s ponovnim podaljšanjem predhodno aktivne mišične skupine. Glede na to, da proces staranja lahko vpliva na zgoraj omenjene dejavnike, je bilo to delo namenjeno primerjavi dinamike zmanjšanja navora gležnja in ponovnega podaljšanja mišice, ki se odraža v mehanomiogramu (MMG), v tibialisu anterior zaradi njegove pomembne vloge pri hoji.

Cistanche lahko deluje kot sredstvo proti utrujenosti in povečuje vzdržljivost, eksperimentalne študije pa so pokazale, da lahko decoction Cistanche tubulosa učinkovito zaščiti jetrne hepatocite in endotelne celice, poškodovane pri plavalnih miših, ki nosijo težo, poveča izražanje NOS3 in spodbuja jetrni glikogen sintezo in tako deluje proti utrujenosti. Izvleček Cistanche tubulosa, bogat s feniletanoidnimi glikozidi, bi lahko znatno zmanjšal serumsko raven kreatin kinaze, laktat dehidrogenaze in laktata ter zvišal raven hemoglobina (HB) in glukoze pri miših ICR, kar bi lahko imelo vlogo proti utrujenosti z zmanjšanjem poškodb mišic in zakasnitev obogatitve mlečne kisline za shranjevanje energije pri miših. Tablete Compound Cistanche Tubulosa so znatno podaljšale čas plavanja z obremenitvijo, povečale rezervo glikogena v jetrih in znižale raven sečnine v serumu po vadbi pri miših, kar kaže na učinek proti utrujenosti. Odvarek Cistanchis lahko izboljša vzdržljivost in pospeši odpravo utrujenosti pri vadbenih miših, prav tako pa lahko zmanjša zvišanje serumske kreatin kinaze po obremenitveni vadbi in ohranja normalno ultrastrukturo skeletnih mišic miši po vadbi, kar kaže, da ima učinke za povečanje fizične moči in proti utrujenosti. Cistanchis je tudi znatno podaljšal čas preživetja miši, zastrupljenih z nitriti, in povečal toleranco proti hipoksiji in utrujenosti.

Kliknite na ekstremno utrujenost

【Za več informacij:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

MetodeMed fazo sprostitve, po uporabi supramaksimalne 35 Hz stimulacije na površinski motorični točki, so pri 20 mladih (Y) in 20 starih (O) osebah izmerili navor (T) in dinamične značilnosti MMG.

RezultatiAnaliza T in MMG je zagotovila: (I) začetek upadanja po prenehanju stimulacije (T: 22,51±5,92 ms [Y] in 51,35±15,21 ms [O]; MMG: 27,38±6,93 ms [Y] in 61,41±1 ms [Y] 18,42 ms [O]); (II) največja hitrost zmanjšanja (T: −110.4±45,56 Nm/s [Y] in − 52,72±32,12 Nm/s [O]; MMG: − 24,47±10,95 mm/s [ Y] in −13,76±6,54 mm/s [O]); (III) mišična skladnost, merjenje zmanjšanja MMG za vsakih 10 % zmanjšanja navora (bin 20–10 %: 15,69±7,5 [Y] in 10,8 ± 3,3 [O]; bin 10–0 %: 22,12 ± 10,3 [Y ] in 17,58±5,6 [O]).

ZaključekRezultati mišične relaksacije so različni pri Y in O in jih je mogoče spremljati z neinvazivno metodo, ki meri fiziološke spremenljivke navora in dinamiko ponovnega podaljšanja na koncu elektromehanske sklopke, ki jo je predhodno sprožila nevromuskularna stimulacija.

Ključne besedeStaranje · Proces sproščanja · Stopnja zmanjšanja navora · Stimulacija · MMG

Okrajšave

D Zakasnitev

MC mišična skladnost

Mehanomiogram MMG

MMG0T MMG na koncu zmanjšanja navora

N Normalizirano

RR Stopnja zmanjšanja

SERCA ATPaza za transport kalcija v sarkoendoplazmatskem retikulumu

T Navor

TR Čas zmanjšanja

Ultrazvok ZDA

Uvod

Izmenično gibanje sklepa, kot je gleženj, koleno ali komolec, je povezano z usklajeno, izmenično aktivacijo mišic upogibalk in iztegovalk, ki delujejo čez tečaj. Medtem ko se mišice, ki zagotavljajo kotni moment v smeri rotacije sklepa, imenujejo agonisti, je mišična skupina, ki ustvarja nasprotni kotni moment, opredeljena kot antagonisti. Vsakič, ko se rotacija sklepa obrne, pride do zamenjave vlog antagonistov in agonistov. Na prehod iz ene smeri vrtenja v nasprotno, kot tudi na fazo ponovnega podaljšanja prejšnjega agonista vpliva (a) zmanjšanje napetosti predhodno aktivne mišične skupine, (b) skladnost te zadnje s ponovnim podaljšanjem. z novim aktivnim agonistom. Posledično bi lahko ocena biomehanskih parametrov med tema dvema prej omenjenima procesoma zagotovila funkcionalne podatke za karakterizacijo mišičnih značilnosti, ki vplivajo na zaporedno aktivnost agonista in antagonista.

Hojo je mogoče obravnavati kot globalno izmenično gibanje, ki izhaja iz kombinacije več sklepov, ki izmenjujejo zaporedja feksije in ekstenzije. Po Westerbladu et al. (1997), "upočasnjena sprostitev mišice antagonista lahko nasprotuje želenemu gibanju med hitrimi, izmeničnimi gibi". Tako lahko med normalnim gibanjem upočasnitev sprostitve predhodno aktivne mišične skupine močno vpliva na dinamiko prehoda sklepa iz rotacijske smeri v naslednjo. To lahko vpliva na parametre gibanja, zlasti pri starejših osebah. Podatki o analizi hoje dejansko kažejo, da starost vpliva na hojo v dolžini koraka in trajanju faze (Mulas et al. 2021; Fukuchi et al. 2019). Spremembe v hoji pri starejših so bile povezane tudi s povečanim tveganjem institucionalizacije in smrti. Na primer, dokazano je, da zmanjšanje hitrosti hoje napoveduje pričakovano življenjsko dobo (Studenski et al. 2011). Poleg tega so bile motnje ravnotežja in hoje vpletene v povečano tveganje padcev (Osoba et al. 2019).

Na tej podlagi se zdi pomembno oceniti dinamiko zmanjšanja mišične napetosti in ponovnega podaljšanja po aktivaciji pri mladih in starih osebah. Funkcionalni parametri, ki opisujejo silo in proces ponovnega podaljšanja med fazo sprostitve, v zgoraj omenjenih populacijah niso sorazmerno dobro opisani. Zakasnitev začetka zmanjšanja sile zaradi prenehanja mioelektrične aktivnosti ali njena hitrost upadanja v različnih pogojih, kot je manever pred in po raztezanju (Longo et al. 2017, 2014) ali pred in po utrujenosti (Cè et al. 2014a, 2014b), je bilo raziskano v literaturi. Le nekaj študij poroča o obnašanju signala napetosti in površinskega mehanomiograma (MMG), ki ga zazna merilnik pospeška, ki spremlja ponovno raztezanje mišice, v fazi sprostitve, ko se hkrati beleži (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo et al. 2014). Dejansko so uporabili MMG kot indikator začetka ponovnega podaljšanja, ne pa njegove časovne dinamike.

Za oceno obnašanja navora in dolžine mišice na koncu mišične kontrakcije je mogoče uporabiti eksperimentalno postavitev, ki jo je predhodno opisala naša skupina (Cogliati et al. 2020), v kateri sta bila izometrična navora dorzalne fleksije gležnja in sprednje dolžine tibialisa. sočasno izmerjena z merilno celico in površinsko mehanomiografijo. Utemeljitev je mogoče povzeti na naslednji način. Ker je mišica sistem s konstantnim volumnom, vsako skrajšanje med kontrakcijo povzroči povečanje prečnega premera mišice. To dimenzijsko spremembo lahko zazna laserski senzor. Po analogiji lahko med sprostitvijo mišic po aktivnosti laserski signal razdalje obravnavamo kot indeks procesa ponovnega podaljšanja mišice. Študija sprememb dolžine mišic s površinskim MMG je bila že podrobno izvedena (Orizio et al. 1996; Yoshitake et al. 2005; Beck et al. 2005). Utemeljitev za sprejetje MMG kot posrednega merila sprememb dolžine mišice namesto zbiranja ultrazvočnih (UZ) slik aktivne mišice temelji na naslednjih premislekih: (a) trenutno tehnika UZ verjetno ne zagotavlja več kot 30– 60 sličic na sekundo s časovno ločljivostjo 30–15 ms (prenizko za dobro sledenje časovnemu obnašanju ponovnega raztezanja po prenehanju mišične aktivnosti), (b) eksperimentalna postavitev je precej zapletena in zahteva robotsko roko, ki vzdržuje UZ sonda, potopljena v bazen, ki lahko sprejme distalno nogo, (c) naknadna obdelava vsake slike za izločitev spremembe dolžine je zapletena in dolgotrajna, (d) strošek UZ sistema je veliko večji od preprostega laserski senzor razdalje. Končno izbira signala MMG olajša replikacijo študije.

Eksperimentalna zasnova, ki lahko natančno zagotovi osnovne podatke o razmerju med procesi zmanjšanja napetosti in ponovnega podaljševanja aktivne mišice, ko je aktivnost umaknjena, mora temeljiti na stimuliranih kontrakcijah. Na ta način je mogoče čim bolj zmanjšati negotovost posameznega vzorca zbledenja vzmetenja pogona osrednjega živčnega sistema, ki lahko vpliva na izid sprememb kontraktilnega stanja mišic med fazo sprostitve.

Glede na možen pomen pri določanju mehanske učinkovitosti izmeničnih gibov je bilo to delo namenjeno primerjavi dinamike tibialis anterior mladih in starih oseb pri:

(a) zmanjšanje navora v gležnju;

(b) ponovno podaljšanje mišice med fazo sprostitve.

Vredno je poudariti, kako pomembna je študija mehanike tibialis anterior, glede na njeno pomembno vlogo v ciklu hoje tako za stabilizacijo gležnjev v zgodnji fazi drže kot za dvig stopala v zgodnji fazi zamaha (Lacquaniti et. drugi 2012). Posledično lahko njegova sprostitvena dinamika močno vpliva na čas prehoda v naslednje faze hoje.

Materiali in metode

Predmeti in meritve

Dvajset rekreativno aktivnih mladih udeležencev (10 moških in 10 žensk; starost 21–33 let) in 20 rekreativno aktivnih starejših udeležencev (10 moških in 10 žensk; starost 65–80 let) z nobena ortopedska ali nevrološka motnja ni bila izbrana za sodelovanje v tej študiji. Po prejemu popolne razlage poskusov so podali svoje pisno informirano soglasje. Preiskovanci so bili pozvani, naj se vzdržijo uživanja kofeina in intenzivne telesne dejavnosti v 24 urah pred testom. Ta študija je bila izvedena z najnovejšo različico Helsinške deklaracije in jo je odobril lokalni etični odbor. Dominantna spodnja okončina udeležencev je bila nameščena na posebnem ergometru, opremljenem z merilno celico (slika 1), ki je merila navor, ustvarjen med električno stimuliranimi kontrakcijami sprednje mišice tibialis (Cogliati et al. 2020). Medtem ko sta bila kolk in koleno fiksirana pri 90 stopinjah oziroma 180 stopinjah, je bil gleženj postavljen v nevtralni položaj pri 110 stopinjah. Noga je bila privezana na leseno ploščo, povezano z merilno celico (model SM-100 N, Interface Inc., Scottsdale, US-AZ). Signal sile, ki ga je pridobila tehtalna celica, je bil pasovno filtriran pri 0–64 Hz in ojačan (MISO-OT Bioelettronica, Torino, Italija). Da bi dobili navor dorzalne fleksije, ki ga ustvari vsak subjekt, je bila izmerjena razdalja med osjo gležnja in merilno celico na podnožju in uporabljena za pretvorbo signala sile v navor [T=F (N) × d (m) ]. Po Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008) je bil premik površine sprednje mišice tibialis transduciran kot mehanomiografski signal z uporabo optičnega laserskega senzorja razdalje (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Nemčija). Instrument ima naslednje lastnosti: merilno območje±10 mm, občutljivost 1 V/mm, linearnost 0,6%, ločljivost.<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).

Za dovajanje dvofaznih pravokotnih dražljajev (trajanje vsake faze 100 µs) na sprednjo tibialno mišico je bil uporabljen električni stimulator. Katodna elektroda (5 × 5 cm) je bila nameščena na predelu kože nad glavno motorično točko tibialis anterior (slika 1), ki je bila identificirana po Gobbo et al. (2011). Anodno elektrodo (15 × 10 cm) smo namestili na gastrocnemius mišico. S povečanjem amplitude stimulacijskega niza 1 Hz (10 impulzov na vsak nivo amplitude 0,1 V) od najmanjše vrednosti 0,5 V je bil največji stimulacijski impulz identificiran kot amplituda dražljaja, ki izzove največje posamezno trzanje. Trije nizi 35 Hz impulzov, ki so trajali 3 sekunde, so bili aplicirani na motorično točko mišice z 1 minutnim premorom med stimulacijami. Površinski EMG, ki ga je izzval stimulacijski niz, je bil zaznan z uporabo dveh samolepilnih predhodno geliranih srebrnih elektrod (premera 1 cm; razdalja med elektrodama 30 mm). EMG je bil kondicioniran z uporabo Butterworthovega pasovnega filtra tretjega reda (10–512 Hz). Po A/D pretvorbi s CED-1401 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, Združeno kraljestvo) so bili digitalizirani signali shranjeni na osebnem računalniku in vzorčeni pri 1024 vzorcih/s.

Obdelava signala: analizirani parametri med fazo relaksacije

Da bi dosegli namen dela, se spodaj opisana analiza nanaša na relaksacijsko fazo stimulirane tetanične kontrakcije, ki je bila deloma že obravnavana v več študijah (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011 ; Longo et al. 2016).

Izmed treh stimulacijskih nizov je bil za vsakega subjekta izbran tisti z največjo vrednostjo navora v časovnem intervalu 100 ms pred zadnjim dražljajem. Navor in MMG sta bila digitalno nizkopasovno filtrirana pri 50 Hz in nato normalizirana na svojih 100 % glede na povprečne vrednosti v časovnih intervalih 100 ms. Signal EMG je bil uporabljen za identifikacijo konca električne aktivnosti zaradi niza tetanične stimulacije. Čas, ko je bila električna aktivnost zaključena, po zadnjem dražljaju, je bila časovna oznaka, ko je izzvani EMG dosegel svojo povprečno vrednost±3 SD, izračunano iz vzorca signala 1 s pred tetanično stimulacijo (glej sliko 2).

Sprostitvena elektromehanska zakasnitev

Med fazo sprostitve lahko opazimo zamik (D) med koncem električne aktivnosti in začetkom upadanja navora in MMG. D je bil izračunan kot časovni trenutek, ko so se signali zmanjšali za 3 standardne deviacije svoje povprečne vrednosti med stimulacijo, tako za navor (DT) kot za MMG (DMMG) (slika 2).

Stopnja zmanjšanja navora in stopnja zmanjšanja MMG

Stopnja zmanjšanja za signal navora (RRT) in signal MMG (RRMMG) je bila izračunana kot razmerje med Δnavorom ali ΔMMG in Δčasom (slika 2). Natančneje, 20 ms premikajoče se okno s korakom 1 ms je bilo uporabljeno med obema signaloma za določitev največje stopnje zmanjšanja (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Enak izračun je bil izveden na normaliziranih signalih za pridobitev NRRT in NRRMMG.

Časovni interval za 80–20 % zmanjšanje signala

Poleg diskretnih informacij, ki jih zagotavlja RR ali NRR, je bil izračunan čas zmanjšanja tako normaliziranega navora kot MMG (TRT in TRMMG) v območju 80–20 % njunih zmanjšanj, da se dodatno opredeli dinamika upada signala. Izbrani razpon nam omogoča primerjavo časovnega obnašanja obeh signalov mladih in starih subjektov, ko se oba dinamično spreminjata izven začetnega in končnega prehoda.

Skladnost mišic

Za podroben opis časovnega razmerja med zmanjšanjem navora in ponovnim podaljšanjem mišice se količina relativne variacije MMG za vsakega od desetih nizov relativnega navora zmanjša (od 100 do 0). %: 100–90 %, 90–80 %, 80–70 %, …, 10–0 %) je bilo izračunano. Ta vrednost odraža skladnost mišic (MC) do ponovnega raztezanja v celotnem procesu sprostitve.

MMG na koncu zmanjšanja navora (MMG0T)

%MMG, količina preostalega ponovnega podaljšanja, ko je bil postopek zmanjšanja navora zaključen in dosežen 0 %, je bil kvantificiran za vsak subjekt. Parameter je bil identificiran kot MMG0T in zagotavlja merilo učinkovitosti celotnega postopka ponovnega podaljševanja v primerjavi z zmanjšanjem napetosti: z drugimi besedami, koliko je ponovno podaljševanje nepopolno, ko je začutena sila {{5} }.

Statistična analiza

Podatki so bili analizirani s statistično programsko opremo (Sigmaplot 11). Dvosmerna analiza variance (ANOVA) je bila uporabljena za preučitev glavnega in interakcijskega učinka starosti (mladi in stari) in signalov (navor in MMG) na D, NRR in TR. Ko je bila ANOVA pomembna, so bile opravljene parne primerjave s Tukeyjevim post hoc testom. Za skladnost mišic sta bila dva dejavnika za ANOVA starost in relativni zaboj za zmanjšanje navora. Poleg tega je bil uporabljen neodvisen t-test za raziskovanje razlik med skupinama (mladi in stari) za največji navor med stimulirano kontrakcijo, RRT, RRMMG in MMG0T (statistična značilnost p<0.05).

V grafih število zvezdic (*) označuje statistično značilne razlike, kot sledi: p< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Podatki, predstavljeni v tem delu, izvirajo iz signalov, zaznanih med tetaničnim odzivom tibialis anterior, uporabljenih za primerjavo mišične mehanike ob začetku prostovoljnih in stimuliranih kontrakcij pri mladih in starih osebah v že objavljenih delih (Cogliati et al. 2020).

Rezultati

Primer normaliziranih signalov navora (rdeča črta) in MMG (črna črta) reprezentativnih mladih in starih subjektov, iz katerih so bili izračunani parametri, našteti v prejšnjem razdelku, je prikazan na sliki 3. Različen čas pri začetek upadanja obeh signalov med mladimi in starimi osebami ter različni nakloni obeh signalov so razvidni skozi proces sproščanja.

Največja stimulirana kontrakcija

Največji navor pri stimulirani kontrakciji se je pomembno razlikoval med mladimi in starejšimi odraslimi (4,9±2,5 Nm za mlade in 2,6±1,7 Nm za starejše; 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.

Sprostitvena elektromehanska zakasnitev (DT in DMMG)

Dvosmerna ANOVA je pokazala pomemben učinek 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.

Navor. Na začetku faze sprostitve se je DT značilno razlikoval med mladimi in starejšimi posamezniki (22,51±5,92 ms za mlade in 51,35±15,21 ms za starejše; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. DMMG je pokazal enako obnašanje kot DT, pri čemer so opazili pomembno razliko med mladimi in starejšimi posamezniki (27,38±6,93 ms za mlade in 61,41±18,42 ms za starejše; p<0.001) (Fig. 4).

Stopnja zmanjšanja navora in stopnja zmanjšanja MMG (RRT in RRMMG)

Med fazo upadanja po umiku stimulirane kontrakcije je bila največja RRT pri mladih in starih -110,4 ± 45,56 Nm/s oziroma - 52,72 ± 32,12 Nm/s, kar kaže na statistično razliko med skupinama ( neodvisen t-test; p < 0.001). Skladno s tem je bil maksimalni RRMMG pri mladih (- 24,47 ± 10,95 mm/s) bistveno višji kot pri starih (-13,76 ± 6,54 mm/s) preiskovancih (neodvisni t-test, p <0,001). Pri upoštevanju normaliziranih signalov so bili rezultati podobni. Dvosmerna ANOVA je pokazala pomemben učinek 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 več informacij:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】