Az életkor hatása az erőre és a dinamika meghosszabbítására a tetanikus stimuláció megvonása után a sípcsont elülső izomban 1. rész

Absztrakt

Cél Az ízületen átívelő váltakozó mozgások során az egyik forgásirányról az ellenkező irányba történő átállást befolyásolhatja a feszültségcsökkentés késleltetése és sebessége, valamint a korábban aktív izomcsoport újrahosszabbításának való megfelelés. Tekintettel arra, hogy az öregedési folyamat befolyásolhatja a fent említett tényezőket, ez a munka a járásban betöltött fontos szerepe miatt a mechanomyogram (MMG) által tükrözött boka nyomatékcsökkenésének és izom-újranyúlásának dinamikájának összehasonlítását tűzte ki célul az anterior tibialisban.

A Cistanche kimerültség- és állóképességnövelőként hathat, és kísérleti vizsgálatok kimutatták, hogy a Cistanche tubulosa főzete hatékonyan védheti a máj hepatocitáit és az endothel sejteket, amelyek károsodtak a súlyzó úszó egerekben, szabályozza a NOS3 expresszióját, és elősegíti a máj glikogén termelését. szintézis, így kifejtve a fáradtság elleni hatást. A feniletanoid-glikozidokban gazdag Cistanche tubulosa kivonat jelentősen csökkentheti a szérum kreatin-kináz-, laktát-dehidrogenáz- és laktátszintet, valamint növelheti a hemoglobin (HB) és a glükózszintet ICR egerekben, és ez kimerültség-csökkentő szerepet játszhat az izomkárosodás csökkentésével. és késlelteti a tejsav dúsítását az energia tárolására egerekben. A Compound Cistanche Tubulosa Tablets jelentősen meghosszabbította az úszás idejét, növelte a máj glikogéntartalékát, és csökkentette a szérum karbamidszintet edzés után egereknél, megmutatva fáradtság elleni hatását. A Cistanchis főzete javíthatja az állóképességet és felgyorsíthatja a fáradtság megszüntetését az edzõ egereknél, valamint csökkentheti a szérum kreatin-kináz szintjének emelkedését terhelés után, és az egerek vázizomzatának ultrastruktúráját edzés után normálisan tartja, ami azt jelzi, hogy megvannak a hatásai. a fizikai erő növelésére és a fáradtság csökkentésére. A Cistanchis emellett jelentősen meghosszabbította a nitrittel mérgezett egerek túlélési idejét, és javította a hipoxia és a fáradtság elleni toleranciát.

Kattintson az extrém fáradtságra

【További információ:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

MódA relaxációs fázisban a felületes motoros ponton szupramaximális 35 Hz-es stimulációt követően 20 fiatal (Y) és 20 idős (O) alanynál megmértük a nyomaték (T) és az MMG dinamikai jellemzőit.

EredményekA T- és MMG-analízis a következőket adta: (I) a csökkenés kezdete a stimuláció leállítása után (T: 22,51±5,92 ms [Y] és 51,35±15,21 ms [O]; MMG: 27,38±6,93 ms [Y] és 61,41±5,92 ms [Y] 18,42 ms [O]); (II) a maximális csökkentési sebesség (T: −110,4±45,56 Nm/s [Y] és −52,72±32,12 Nm/s [O]; MMG: −24,47±10,95 mm/s [ Y] és -13,76±6,54 mm/s [O]); (III) az izom-compliance, a nyomaték minden 10%-os csökkenésének MMG-csökkenésének mérése (20-10%: 15,69±7,5[Y] és 10,8±3,3 [O]; bin 10-0%: 22,12±10,3 [Y] ] és 17,58±5,6 [O]).

KövetkeztetésAz izomrelaxációs eredmények Y-ben és O-ban eltérőek, és non-invazív módszerrel követhetők nyomon, a forgatónyomaték fiziológiai változóinak és az újranyújtási dinamikának mérésével a korábban a neuromuszkuláris stimuláció által kiváltott elektromechanikus csatolás végén.

KulcsszavakÖregedés · Relaxációs folyamat · Nyomatékcsökkentés · Stimuláció · MMG

Rövidítések

D Késleltetés

MC Muscle megfelelőség

MMG mechanomiogram

MMG0T MMG a nyomatékcsökkentés végén

N Normalizált

RR A csökkentés mértéke

SERCA Szarkoendoplazmatikus retikulum kalcium transzport ATPáz

T Nyomaték

TR A redukció ideje

USA ultrahang

Bevezetés

Az ízületek, például a boka, a térd vagy a könyök váltakozó mozgása a csuklón át ható hajlító és feszítőizmok összehangolt, váltakozó aktiválásával kapcsolatos. Míg az ízületi forgásirány felé szögimpulzust adó izmokat agonistának nevezzük, addig az ellentétes szögimpulzust generáló izomcsoportot antagonistáknak nevezzük. Minden alkalommal, amikor az ízületi forgás megfordul, felcserélődik az antagonista és az agonista izmok szerepe. Az egyik forgásirányról az ellenkezőre történő átállást, valamint a korábbi agonista újranyújtási fázisát befolyásolja (a) a korábban aktív izomcsoport feszültségcsökkenése, (b) ennek az utóbbinak az újranyúlásnak való megfelelése. az új aktív agonista által. Következésképpen a biomechanikai paraméterek értékelése e két folyamat során funkcionális adatokkal szolgálhat az agonista-antagonista szekvenciális aktivitást befolyásoló izomjellemzők jellemzésére.

A járás egy globális váltakozó mozgásnak tekinthető, amely több ízület váltakozó fexion-extensió szekvenciák kombinációjából adódik. Westerblad et al. (1997) szerint „az antagonista izomzatának lassított ellazulása ellensúlyozhatja a kívánt mozgást a gyors, váltakozó mozgások során”. Így normál mozgás közben a korábban aktív izomcsoport ellazulásának lassulása nagymértékben befolyásolhatja az ízületi forgásirányból a következőbe való átmenet dinamikáját. Ez befolyásolhatja a mozgási paramétereket, különösen idős személyeknél. A járásanalízissel kapcsolatos adatok valóban azt sugallják, hogy az életkor befolyásolja a járást a lépéshosszban és a fázis időtartamában (Mulas és mtsai. 2021; Fukuchi et al. 2019). Az idősek járásában bekövetkezett változásokat az intézményesülés és a halálozás fokozott kockázatával is összefüggésbe hozták. Például kimutatták, hogy a járási sebesség csökkenése előrejelzi a várható élettartamot (Studenski et al. 2011). Ezenkívül az egyensúly- és járászavarok az esések fokozott kockázatával járnak (Osoba et al. 2019).

Ezen az alapon fontosnak tűnik az izomfeszültség csökkentésének és az aktiválás utáni újrahosszabbításának dinamikájának értékelése fiatal és idős alanyoknál. A relaxációs fázisban az erőt és az újranyújtási folyamatot leíró funkcionális paraméterek a fent említett populációkban viszonylag kevéssé vannak leírva. Az erőcsökkentés kezdeti késleltetése a myoelektromos aktivitás megszűnéséből, vagy annak lassulási sebessége különböző körülmények között, mint például a nyújtás előtti és utáni manőver (Longo et al. 2017, 2014), vagy a fáradtság előtt és után (Cè et al. 2014a, 2014b), vizsgálták a szakirodalomban. Csak néhány tanulmány számol be a feszültség és a felületi mechanomyogram (MMG) jelének viselkedéséről, amelyet gyorsulásmérővel detektálnak, figyelve az izomújranyúlást, a relaxációs fázisban, ha egyidejűleg rögzítik (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo et al. 2014). Valójában az MMG-t az újbóli meghosszabbodás kezdetének mutatójaként használták, de nem az idő dinamikáját.

Az izomösszehúzódás végén a forgatónyomaték és az izomhossz viselkedésének felmérésére lehetőség van egy csoportunk által korábban leírt kísérleti elrendezésre (Cogliati et al. 2020), amelyben a boka dorsiflexiójának izometrikus nyomatékát és a tibialis anterior hosszát határoztuk meg. mérőcellával és felületi mechanomiográfiával egyidejűleg mérve, ill. Az indoklás a következőképpen foglalható össze. Mivel az izom állandó térfogatú rendszer, az összehúzódás során minden egyes megrövidülés növeli az izom keresztirányú átmérőjét. Ezt a méretváltozást lézeres érzékelővel lehet érzékelni. Hasonlóan, az aktivitás utáni izomrelaxáció során a lézeres távolságjel az izomújranyúlási folyamat indexének tekinthető. Az izomhossz-változások felszíni MMG-vel történő vizsgálatát már részletesen megvalósították (Orizio et al. 1996; Yoshitake et al. 2005; Beck et al. 2005). Az MMG-nek az izomhossz-változások közvetett mértékeként való alkalmazásának indoklása az aktív izomból származó ultrahangos (US) képek gyűjtése helyett a következő megfontolásokon alapul: (a) Jelenleg az US-technika valószínűleg nem nyújt több mint 30- 60 képkocka/másodperc 30-15 ms-os időfelbontással (túl alacsony az izomtevékenység megszűnése utáni újranyúlás időbeli viselkedésének jó nyomon követéséhez), (b) a kísérleti elrendezés meglehetősen összetett, és egy robotkarra van szükség, amely fenntartja az izomtevékenységet. Amerikai szonda egy medencébe merítve, amely képes befogadni a disztális lábat, (c) az egyes képek utófeldolgozása a hosszváltozás kinyeréséhez bonyolult és időigényes, (d) egy amerikai rendszer költsége sokkal nagyobb, mint egy egyszerű lézeres távolságérzékelő. Végül az MMG-jel kiválasztása megkönnyíti a vizsgálat replikációját.

Egy olyan kísérleti tervnek, amely alapadatokat tud nyújtani az aktív izom feszültségcsökkentési és újrahosszabbítási folyamatainak kapcsolatáról, miután az aktivitást megszakítják, stimulált összehúzódásokon kell alapulnia. Ily módon minimalizálható a központi idegrendszeri hajtás felfüggesztés egyéni fading mintázatának bizonytalansága, amely befolyásolhatja az izomösszehúzódási állapot változásának kimenetelét a relaxációs fázis során.

Tekintettel a váltakozó mozgások mechanikai hatékonyságának meghatározásában rejlő lehetséges jelentésre, ez a munka a fiatal és idős alanyok tibialis anteriorjában a következő dinamikák összehasonlítását célozta:

a) a nyomaték csökkenése a bokánál;

(b) az izom meghosszabbítása a relaxációs szakaszban.

Érdemes hangsúlyozni, hogy mennyire fontos a tibialis anterior mechanikájának tanulmányozása, tekintettel a járásciklusban betöltött jelentős szerepére, mind a bokaízület stabilizálásában a testtartás korai szakaszában, mind a láb megemelésében a lengés korai szakaszában (Lacquaniti et al. 2012). Ennek következtében relaxációs dinamikája mélyen befolyásolhatja a járás következő fázisaira való átállás időpontját.

Anyagok és metódusok

Tantárgyak és mérések

Húsz rekreációsan aktív fiatal résztvevő (10 férfi és 10 nő; 21-33 éves korig) és 20 rekreációsan aktív idősebb résztvevő (10 férfi és 10 nő; 65-80 évesek) nem vontak be ortopédiai vagy neurológiai rendellenességeket a vizsgálatba. Miután megkapták a kísérletek teljes körű magyarázatát, megadták írásos beleegyezésüket. Az alanyokat arra kérték, hogy a tesztet megelőző 24 órában tartózkodjanak a koffein bevitelétől és az intenzív fizikai aktivitástól. Ezt a tanulmányt a Helsinki Nyilatkozat legújabb verziója végezte, és a helyi etikai bizottság jóváhagyta. A résztvevők domináns alsó végtagját egy speciális ergométeren helyezték el, amely erőmérő cellával volt felszerelve (1. ábra), amely a tibialis anterior izom elektromosan stimulált összehúzódásai során keletkező nyomatékot mérte (Cogliati et al. 2020). Míg a csípő és a térd 90 fokban, illetve 180 fokban volt rögzítve, a boka 110 fokban semleges helyzetben volt. A lábfejet a mérőcellához (SM-100 N modell, Interface Inc., Scottsdale, US-AZ) csatlakoztatott falemezhez erősítették. Az erőmérő cella által felvett erőjelet 0–64 Hz-es sávszűrővel erősítették (MISO-OT Bioelettronica, Torino, Olaszország). Az egyes alanyok által termelt dorsiflexiós nyomaték meghatározásához megmértük a bokatámaszpont és a talplemeznél lévő erőmérő cella közötti távolságot, és az erőjelet nyomatékmá alakították át [T=F (N) × d (m) ]. Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008), a sípcsont elülső izomfelszínének elmozdulását mechanomiográfiás jelként transzdukáltuk optikai lézeres távolságérzékelővel (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Németország). A műszer a következő jellemzőkkel rendelkezik: mérési tartomány±10 mm, érzékenység 1 V/mm, linearitás 0,6%, felbontás<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).

Elektromos stimulátort használtunk kétfázisú, négyszögletes ingerek (minden fázis időtartama 100 µs) továbbítására a sípcsont elülső izomzatára. A katódelektródát (5×5 cm) a tibialis anterior fő motoros pontja fölé helyeztük (1. ábra), amelyet Gobbo et al. (2011). Az anódelektródát (15×10 cm) a gastrocnemius izomra helyeztük. Egy 1 Hz-es stimulációs sorozat amplitúdójának növelésével (10 impulzus minden 0,1 V-os amplitúdószinten) a 0,5 V-os minimális értékről a maximális stimulációs impulzust azonosítottuk a legnagyobb rángást kiváltó ingeramplitúdóként. Három, 3 másodpercig tartó, 35 Hz-es impulzussorozatot adtunk az izom motoros pontjához 1 perces szünettel a stimulációk között. A stimulációs sorozat által kiváltott felületi EMG-t két öntapadó, előgélesített ezüstelektródával (1 cm átmérőjű; elektródák közötti távolság 30 mm) detektáltuk. Az EMG-t harmadrendű Butterworth sávszűrővel kondicionáltuk (10–512 Hz). A CED{25}} (Cambridge Electronic Design, Cambridge, Egyesült Királyság) A/D konvertálása után a digitalizált jeleket PC-n tároltuk, és 1024 minta/s sebességgel mintavételeztük.

Jelfeldolgozás: paraméterek elemzése a relaxációs fázisban

A munka céljának elérése érdekében az alábbiakban ismertetett elemzés a stimulált tetanikus összehúzódás relaxációs fázisára vonatkozik, amelyet részben már több tanulmány is figyelembe vett (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011). Longo et al. 2016).

A három stimulációs sorozat közül az utolsó inger előtti 100 ms-os időintervallumban a legnagyobb nyomatékértékkel rendelkezőt választottuk ki minden alanynál. A nyomatékot és az MMG-t digitálisan aluláteresztő szűrtük 50 Hz-en, majd 100 ms-os időintervallumokban 100%-ra normalizáltuk. Az EMG jelet arra használták, hogy azonosítsák a tetanikus stimulációs sorozat miatti elektromos tevékenység végét. Az az idő, amikor az elektromos aktivitás befejeződött, az utolsó inger után, az az időpont volt, amikor a kiváltott EMG elérte a tetanikus stimuláció előtti 1 másodperces jelmintából számított átlagos értékét ±3 SD (lásd 2. ábra).

Relaxációs elektromechanikus késleltetés

A relaxációs fázisban egy késés (D) figyelhető meg az elektromos aktivitás vége és a nyomaték kezdete és az MMG-csillapítás között. D-t úgy számítottuk ki, mint azt az időpillanatot, amikor a jelek átlagos értékük 3 szórásával csökkentek a stimuláció során, mind a nyomaték (DT), mind az MMG (DMMG) esetében (2. ábra).

A nyomatékcsökkentés mértéke és az MMG csökkentés mértéke

A nyomatékjel (RRT) és az MMG jel (RRMMG) csökkenési sebességét a Δ nyomaték vagy ΔMMG és az Δ idő arányaként számítottuk ki (2. ábra). Pontosabban, egy 20 ms-os mozgó ablakot használtunk 1 ms-os lépéssel a két jel között a csökkentés maximális sebességének meghatározására (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Ugyanezt a számítást végeztük a normalizált jeleken, hogy megkapjuk az NRRT és az NRRMMG értékeket.

A 80-20%-os jelcsökkentési időintervallum

Az RR vagy NRR által szolgáltatott diszkrét információkon túlmenően a jelgyengülés dinamikájának további jellemzésére kiszámítottuk a normalizált nyomaték és az MMG (TRT és TRMMG) csökkenésének idejét csökkenésük 80-20%-a között. A kiválasztott tartomány lehetővé teszi, hogy összehasonlítsuk a fiatal és idős személyektől származó két jel időbeli viselkedését, amikor mindkettő dinamikusan változik a kezdeti és a végső tranziensből.

Az izmok megfelelősége

A nyomatékcsökkenés és az izom-újrameghosszabbodás közötti időbeli összefüggés részletes leírása érdekében a relatív MMG-változás mértéke a relatív nyomaték tíz tartályának mindegyikére csökken (100-ról 0-ra %: 100-90%, 90-80%, 80-70%, …, 10-0%) számítottuk. Ez az érték tükrözi a bin-by-bin izom-compliance-t (MC) az újranyúláshoz a relaxációs folyamat során.

MMG a nyomatékcsökkentés végén (MMG0T)

A %MMG-t, a nyomatékcsökkentési folyamat befejeződése és a 0% elérésekor hátralévő újranyújtás mértékét minden egyes alany esetében számszerűsítettük. A paramétert MMG0T néven azonosították, és a teljes újranyújtási folyamat hatékonyságát méri a feszültségcsökkentéshez képest: más szóval, mennyire hiányos az újranyújtás, ha az érzett erő {{5} }.

Statisztikai analízis

Az adatokat statisztikai szoftverrel (Sigmaplot 11) elemeztük. Kétirányú varianciaanalízist (ANOVA) alkalmaztunk az életkor (fiatal és idős) és a jelek (nyomaték és MMG) fő és interakciós hatásának vizsgálatára a D-re, NRR-re és TR-re. Amikor az ANOVA szignifikáns volt, páronkénti összehasonlítást végeztünk a Tukey post hoc teszttel. Az izommegfelelőség szempontjából az ANOVA két tényezője az életkor és a relatív nyomatékcsökkenés volt. Ezenkívül független t-próbát alkalmaztunk a csoportok (fiatalok és idősek) közötti különbségek vizsgálatára a stimulált kontrakció alatti maximális nyomaték, az RRT, az RRMMG és az MMG0T (statisztikai szignifikancia p) tekintetében.<0.05).

A grafikonokon a csillagok száma (*) statisztikailag szignifikáns különbségeket jelöl az alábbiak szerint: p< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Az ebben a munkában közölt adatok a tibialis anterior tetanikus válasz során észlelt jelekből származnak, amelyek segítségével összehasonlították az izommechanikát az akaratlagos és stimulált összehúzódások kezdetekor fiatal és idős személyeknél a már publikált munkákban (Cogliati et al. 2020).

Eredmények

A 3. ábrán látható egy példa a fiatal és idős alanyoktól származó normalizált nyomaték (piros vonal) és MMG (fekete vonal) jelekre, amelyekből az előző részben felsorolt ​​paramétereket számítottuk ki. A két jel kezdete a fiatal és idős alanyok között csökken, valamint a két jel eltérő meredeksége a relaxációs folyamaton keresztül nyilvánvaló.

Maximálisan stimulált összehúzódás

A stimulált összehúzódás maximális nyomatéka szignifikánsan különbözött fiatal és idős felnőttek között (4,9±2,5 Nm fiataloknál és 2,6±1,7 Nm idősebbeknél; 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.

Relaxációs elektromechanikus késleltetés (DT és DMMG)

A kétirányú ANOVA az életkor szignifikáns hatását tárta fel (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.

Nyomaték. A relaxációs fázis elején a DT szignifikánsan különbözött a fiatal és az idősebb egyének között (22,51±5,92 ms fiataloknál és 51,35±15,21 ms idősebbeknél; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. A DMMG ugyanazt a viselkedést mutatta, mint a DT, szignifikáns különbséggel a fiatal és az idősebb egyének között (27,38±6,93 ms fiatal és 61,41±18,42 ms idősebbeknél; p<0.001) (Fig. 4).

A nyomatékcsökkentés sebessége és az MMG-csökkentés sebessége (RRT és RRMMG)

A stimulált összehúzódás megvonása utáni bomlási szakaszban a maximális RRT fiatal és idős korban -110,4 ± 45,56 Nm/s, illetve -52,72 ± 32,12 Nm/s volt, ami statisztikai különbséget mutat a csoportok között ( független t-teszt; p < 0,001). Ennek megfelelően a fiatalok maximális RRMMG értéke (-24,47 ± 10,95 mm/s) szignifikánsan magasabb volt, mint az időseknél (-13,76 ± 6,54 mm/s) (független t-teszt, p < 0,001). A normalizált jelek figyelembevételével az eredmények hasonlóak voltak. A kétirányú ANOVA az életkor szignifikáns hatását tárta fel (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).

【További információ:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】