Påvirkning av alder på kraft og forlengelse av dynamikk etter uttak av tetanisk stimulering i tibialis anterior muskel del 1

Abstrakt

Formål Under vekslende bevegelser over et ledd, kan overgangen fra én rotasjonsretning til den motsatte være påvirket av forsinkelsen og hastigheten på spenningsreduksjonen og etterlevelsen av forlengelsen av den tidligere aktive muskelgruppen. Gitt at aldringsprosessen kan påvirke de ovennevnte faktorene, hadde dette arbeidet som mål å sammenligne dynamikken til både reduksjon av ankelmoment og muskelforlengelse, speilet av mekanomyogram (MMG), i tibialis anterior på grunn av dens viktige rolle i gang.

Cistanche kan fungere som en anti-tretthets- og utholdenhetsforsterker, og eksperimentelle studier har vist at avkok av Cistanche tubulosa effektivt kunne beskytte leverhepatocytter og endotelceller skadet i vektbærende svømmende mus, oppregulere uttrykket av NOS3 og fremme hepatisk glykogen syntese, og utøver dermed anti-tretthetseffekt. Phenylethanoid glykosid-rik Cistanche tubulosa-ekstrakt kan redusere serumkreatinkinase, laktatdehydrogenase og laktatnivåer betydelig, og øke hemoglobin (HB) og glukosenivåer i ICR-mus, og dette kan spille en anti-tretthetsrolle ved å redusere muskelskaden. og forsinke melkesyreanrikningen for energilagring hos mus. Compound Cistanche Tubulosa Tabletter forlenget den vektbærende svømmetiden betydelig, økte den hepatiske glykogenreserven og reduserte serumureanivået etter trening hos mus, noe som viste dens anti-tretthetseffekt. Avkoket av Cistanchis kan forbedre utholdenhet og akselerere eliminering av tretthet hos trenende mus, og kan også redusere økningen av serumkreatinkinase etter belastningstrening og holde ultrastrukturen til skjelettmuskulaturen til mus normal etter trening, noe som indikerer at det har effektene. for å øke fysisk styrke og anti-tretthet. Cistanchis forlenget også overlevelsestiden til nitrittforgiftede mus betydelig og forbedret toleransen mot hypoksi og tretthet.

Klikk på ekstrem tretthet

【For mer informasjon:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

MetoderUnder avslapningsfasen, etter at en supramaksimal 35 Hz stimulering ble påført ved det overfladiske motoriske punktet, i 20 unge (Y) og 20 gamle (O) forsøkspersoner, ble dreiemomentet (T) og MMG-dynamikkkarakteristikkene målt.

ResultaterT- og MMG-analysen ga: (I) begynnelsen av forfallet etter opphør av stimulering (T: 22,51±5,92 ms [Y] og 51,35±15,21 ms [O]; MMG: 27,38±6,93 ms [Y] og 61,41± 18,42 ms [O]); (II) maksimal reduksjonshastighet (T: −110.4±45.56 Nm/s [Y] og − 52.72±32.12 Nm/s [O]; MMG: − 24.47±10.95 mm/s [ Y] og -13,76±6,54 mm/s [O]); (III) muskelkompliansen, som måler MMG-reduksjonen for hver 10 % reduksjon av dreiemoment (beholder 20–10 %: 15,69±7,5[Y] og 10,8±3,3 [O]; bin 10–0%: 22,12±10,3 [Y] ] og 17,58±5,6 [O]).

KonklusjonResultatene for muskelavslapping er forskjellige i Y og O og kan overvåkes med en ikke-invasiv metode som måler fysiologiske variabler for dreiemoment og forlengende dynamikk på slutten av den elektromekaniske koblingen tidligere indusert av den nevromuskulære stimuleringen.

NøkkelordAldring · Avspenningsprosess · Frekvensreduksjonshastighet · Stimulering · MMG

Forkortelser

D Forsinkelse

MC muskel etterlevelse

MMG-mekanomyogram

MMG0T MMG ved slutten av dreiemomentreduksjon

N Normalisert

RR Reduksjonsgrad

SERCA Sarkoendoplasmatisk retikulum kalsiumtransport ATPase

T dreiemoment

TR Tid for reduksjon

amerikansk ultralyd

Introduksjon

Den vekslende bevegelsen av et ledd, for eksempel en ankel, kne eller albue, er relatert til den koordinerte, vekslende aktiveringen av bøye- og ekstensormusklene som virker på tvers av hengslet. Mens musklene som gir et vinkelmomentum mot leddrotasjonsretningen blir referert til som agonister, er muskelgruppen som genererer en motsatt vinkelmomentum definert som antagonister. Hver gang leddrotasjonen reverseres, er det et bytte mellom rollene til antagonist- og agonistmusklene. Overgangen fra én rotasjonsretning til den motsatte, så vel som den gjenforlengende fasen til den siste agonisten påvirkes av (a) spenningsreduksjonen til den tidligere aktive muskelgruppen, (b) etterlevelsen av denne siste til forlengelse av den nye aktive agonisten. Følgelig kan vurderingen av biomekaniske parametere under disse to nevnte prosessene gi funksjonelle data for å karakterisere de muskulære egenskapene som påvirker agonist-antagonist-sekvensiell aktivitet.

Gang kan betraktes som en global vekslende bevegelse som er et resultat av kombinasjonen av flere ledd vekslende feksion-ekstensjonssekvenser. Ifølge Westerblad et al. (1997), "langsom avslapning av antagonistens muskel kan motvirke ønsket bevegelse under raske, vekslende bevegelser". Under normal bevegelse kan derfor avslapningen av den tidligere aktive muskelgruppen i stor grad påvirke dynamikken i leddovergangen fra en rotasjonsretning til den følgende. Dette kan påvirke bevegelsesparametrene, spesielt hos eldre personer. Faktisk antyder data om ganganalyse at alder påvirker gange i lengde skritt og fasevarighet (Mulas et al. 2021; Fukuchi et al. 2019). Endringer i gange hos eldre har også vært assosiert med økt risiko for institusjonalisering og død. For eksempel har en reduksjon i ganghastighet vist seg å være prediktiv for forventet levealder (Studenski et al. 2011). Videre har forstyrrelser i balanse og gange vært implisert i økt risiko for fall (Osoba et al. 2019).

På dette grunnlaget ser det ut til at det er viktig å evaluere dynamikken i muskelspenningsreduksjon og re-forlengelse etter aktivering i unge og gamle fag. De funksjonelle parameterne som beskriver kraften og gjenforlengelsesprosessen under avslapningsfasen er ikke relativt godt beskrevet i de ovenfor nevnte populasjonene. Kraftreduksjonens startforsinkelse, fra den myoelektriske aktiviteten opphører, eller dens nedbrytningshastighet under forskjellige forhold som pre- og post-stretching manøver (Longo et al. 2017, 2014) eller før og etter fatigue (Cè et al. 2014a, 2014b), har blitt undersøkt i litteraturen. Bare noen få studier rapporterer atferden til spennings- og overflatemekanomyogramsignalet (MMG) detektert av et akselerometer, som overvåker muskelforlengelsen, i avspenningsfasen når det registreres samtidig (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo et al. 2014). Faktisk brukte de MMG som en indikator på forlengelse av utbruddet, men ikke for tidsdynamikken.

For å vurdere dreiemomentet og muskellengdeatferden ved slutten av muskelkontraksjonen, er det mulig å bruke et eksperimentelt oppsett som tidligere er beskrevet av vår gruppe (Cogliati et al. 2020), der det isometriske dreiemomentet til ankeldorsalfleksjon og tibialis anterior lengde var samtidig målt med henholdsvis en lastcelle og overflatemekanomyografi. Begrunnelsen kan oppsummeres som følger. Siden muskelen er et konstant volumsystem, gir hver forkortning under en sammentrekning en økning i muskelens tverrdiameter. Denne dimensjonsvariasjonen kan fanges opp av en lasersensor. Analogt, under muskelavslapping etter aktivitet, kan laseravstandssignalet betraktes som en indeks for muskelforlengelsesprosessen. Studiet av endringer i muskellengde ved overflate-MMG er allerede implementert i detalj (Orizio et al. 1996; Yoshitake et al. 2005; Beck et al. 2005). Begrunnelsen for å ta i bruk MMG som et indirekte mål på muskellengdeendringer, i stedet for innsamling av ultralydbilder (US) fra den aktive muskelen, er basert på følgende betraktninger: (a) for tiden gir US-teknikken usannsynlig mer enn 30– 60 bilder per sekund med en tidsoppløsning på 30–15 ms (for lav for god sporing av tidsoppførselen til forlengelse etter opphør av muskelaktiviteten), (b) det eksperimentelle oppsettet er ganske komplekst og krever en robotarm som opprettholder US-sonde nedsenket i et basseng som er i stand til å romme det distale benet, (c) etterbehandlingen av hvert bilde for å trekke ut lengdeendringen er kompleks og tidkrevende, (d) kostnadene for et amerikansk system er mye større enn et enkelt laser avstandssensor. Til slutt gjør valget av MMG-signalet replikeringen av studien enkel.

Et eksperimentelt design som pent kan gi grunnleggende data om spenningsreduksjon og gjenforlengende prosessforhold til en aktiv muskel når aktiviteten er trukket tilbake, må være basert på stimulerte sammentrekninger. På denne måten er det mulig å minimere usikkerheten til det individuelle falmingsmønsteret til sentralnervesystemets drivsuspensjon som kan påvirke utfallet av endringene i muskelkontraktilstatus under avspenningsfasen.

Gitt den mulige betydningen av å bestemme den mekaniske effektiviteten til vekslende bevegelser, hadde dette arbeidet som mål å sammenligne i tibialis anterior av unge og gamle fag dynamikken til:

(a) dreiemomentreduksjonen ved ankelen;

(b) muskelen forlenges på nytt under avspenningsfasen.

Det er verdt å understreke hvor viktig studiet av tibialis anterior-mekanikk er, gitt dens hovedrolle i gangsyklusen for både stabilisering av ankelleddet under den tidlige fasen av stillingen og for heving av foten under den tidlige fasen av svingen (Lacquaniti et al. al. 2012). Som en konsekvens kan dens avspenningsdynamikk i stor grad påvirke tidspunktet for overgangen til følgende faser av gangen.

Materialer og metoder

Emner og målinger

Tjue fritidsaktive unge deltakere (10 menn og 10 kvinner; alder 21–33 år) og 20 fritidsaktive eldre deltakere (10 menn og 10 kvinner; alder 65–80 år) med ingen ortopediske eller nevrologiske lidelser ble rekruttert til å delta i denne studien. Etter å ha mottatt en fullstendig forklaring på eksperimentene, ga de sitt skriftlige informerte samtykke. Forsøkspersonene ble bedt om å avstå fra koffeininntak og intens fysisk aktivitet i 24 timer før testen. Denne studien ble utført av den siste versjonen av Helsinki-erklæringen og godkjent av den lokale etiske komiteen. Deltakernes dominerende underekstremitet ble plassert på et spesifikt ergometer utstyrt med en belastningscelle (fig. 1), som målte dreiemomentet som ble generert under de elektrisk stimulerte sammentrekningene av tibialis anterior muskel (Cogliati et al. 2020). Mens hoften og kneet var festet til henholdsvis 90 grader og 180 grader, ble ankelen plassert i nøytral posisjon ved 110 grader. Foten ble festet til treplaten koblet til belastningscellen (modell SM-100 N, av Interface Inc., Scottsdale, US-AZ). Kraftsignalet innhentet av lastcellen ble båndpassfiltrert ved 0–64 Hz og forsterket (MISO-OT Bioelettronica, Torino, Italia). For å få dorsalfleksjonsmomentet produsert av hvert individ, ble avstanden mellom ankelens støttepunkt og belastningscellen ved fotplaten målt og brukt til å konvertere kraftsignalet til dreiemoment [T=F (N) × d (m) ]. I følge Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008), ble forskyvningen av tibialis anterior muskeloverflate transdusert som et mekanomyografisk signal ved bruk av en optisk laseravstandssensor (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Tyskland). Instrumentet har følgende funksjoner: måleområde±10 mm, følsomhet 1 V/mm, linearitet 0,6 %, oppløsning<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).

En elektrisk stimulator ble brukt til å levere bifasiske rektangulære stimuli (100 µs varighet av hver fase) på tibialis anterior muskel. Katodeelektroden (5×5 cm) ble plassert ved hudregionen over hovedmotorpunktet til tibialis anterior (fig. 1), som ble identifisert i henhold til Gobbo et al. (2011). Anodeelektroden (15×10 cm) ble plassert på gastrocnemius-muskelen. Ved å øke amplituden til et 1 Hz stimuleringstog (10 pulser per hvert 0,1 V amplitudenivå), fra minimumsverdien på 0,5 V, ble den maksimale stimuleringspulsen identifisert som stimulusamplituden som utløste den største enkelt rykningen. Tre tog med 35 Hz pulser som varte i 3 sekunder ble administrert til muskelens motoriske punkt med en pause på 1 min mellom stimuleringene. Overflaten EMG fremkalt av stimuleringstoget ble oppdaget ved bruk av to selvklebende forhåndsgelerte sølvelektroder (1 cm i diameter; avstand mellom elektroder 30 mm). EMG ble kondisjonert ved bruk av et tredje-ordens Butterworth båndpassfilter (10–512 Hz). Etter A/D-konvertering av CED-1401 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, Storbritannia), ble de digitaliserte signalene lagret på en PC og samplet med 1024 samples/s.

Signalbehandling: analyserte parametere under avspenningsfasen

For å oppnå formålet med arbeidet, gjelder analysen som er beskrevet her nedenfor avspenningsfasen av den stimulerte tetaniske kontraksjonen, som delvis allerede er vurdert av flere studier (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011 ; Longo et al. 2016).

Av de tre stimuleringstogene ble den med størst dreiemomentverdi i tidsintervallet på 100 ms før siste stimulus valgt for hvert individ. Dreiemomentet og MMG ble digitalt lavpassfiltrert ved 50 Hz og deretter normalisert til 100 % referert til gjennomsnittsverdiene i 100 ms tidsintervaller. EMG-signalet ble brukt til å identifisere slutten av den elektriske aktiviteten på grunn av det tetaniske stimuleringstoget. Tidspunktet da den elektriske aktiviteten ble fullført, etter den siste stimulansen, var tidsmerket da den fremkalte EMG nådde sin gjennomsnittlige verdi ±3 SD beregnet fra en 1 s signalprøve før den tetaniske stimuleringen (se fig. 2).

Avslapping elektromekanisk forsinkelse

Under avspenningsfasen kan det observeres en forsinkelse (D) mellom slutten av elektrisk aktivitet og begynnelsen av dreiemoment og MMG-forfall. D ble beregnet som tidspunktet da signalene reduserte 3 standardavvik av deres gjennomsnittsverdi under stimulering, både for dreiemoment (DT) og MMG (DMMG) (fig. 2).

Hastighet for dreiemomentreduksjon og hastighet på MMG-reduksjon

Reduksjonshastigheten for dreiemomentsignal (RRT) og MMG-signal (RRMMG) ble beregnet som forholdet mellom Δmomentet eller ΔMMG og Δtid (fig. 2). Nærmere bestemt ble et 20 ms bevegelig vindu med et trinn på 1 ms brukt på tvers av de to signalene for å identifisere maksimal reduksjonshastighet (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Den samme beregningen ble utført på de normaliserte signalene for å oppnå NRRT og NRRMMG.

Tidsintervallet for 80–20 % signalreduksjon

I tillegg til den diskrete informasjonen gitt av RR eller NRR, ble reduksjonstiden for både det normaliserte dreiemomentet og MMG (TRT og TRMMG) i området 80–20 % av reduksjonene deres beregnet for ytterligere å karakterisere dynamikken til signalforfall. Det valgte området lar oss sammenligne tidsoppførselen til de to signalene fra unge og gamle forsøkspersoner når begge dynamisk endrer seg ut av de innledende og siste transientene.

Muskel etterlevelse

For å få en detaljert beskrivelse av tidsforholdet mellom dreiemomentreduksjonen og muskelforlengelse, mengden relativ MMG-variasjon for hver av de ti boksene med relativ dreiemomentreduksjon (fra 100 til 0 %: 100–90 %, 90–80 %, 80–70 %, …, 10–0 %) ble beregnet. Denne verdien gjenspeiler bin-by-bin muskel etterlevelse (MC) til forlengelse gjennom avspenningsprosessen.

MMG ved slutten av dreiemomentreduksjon (MMG0T)

%MMG, mengden gjenforlengelse som gjenstår, når dreiemomentreduksjonsprosessen var fullført og nådde 0%, ble kvantifisert for hvert emne. Parameteren ble identifisert som MMG0T og gir et mål på hele re-forlengelsesprosessens effektivitet sammenlignet med spenningsreduksjon: med andre ord, hvor mye omforlengelsen er ufullstendig når kraften føltes er {{5} }.

Statistisk analyse

Dataene ble analysert ved bruk av statistisk programvare (Sigmaplot 11). En toveis variansanalyse (ANOVA) ble brukt for å undersøke hoved- og interaksjonseffekten av alder (ung og gammel) og signaler (moment og MMG) på D, NRR og TR. Når ANOVA var signifikant, ble det gjort parvise sammenligninger med Tukey post hoc-testen. For muskelkompatibilitet var de to faktorene for ANOVA alder og den relative dreiemomentreduksjonsbeholderen. Videre ble en uavhengig t-test brukt for å undersøke forskjeller mellom gruppene (ung og gammel) for maksimalt dreiemoment under stimulert kontraksjon, RRT, RRMMG og MMG0T (statistisk signifikans p<0.05).

I grafene indikerer antall stjerner (*) statistisk signifikante forskjeller som følger: s< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Dataene som er rapportert i dette arbeidet kommer fra signaler oppdaget under tibialis anterior tetanisk respons brukt for å sammenligne muskelmekanikken ved utbruddet av frivillige og stimulerte sammentrekninger hos unge og gamle forsøkspersoner i allerede publiserte arbeider (Cogliati et al. 2020).

Resultater

Et eksempel på det normaliserte dreiemomentet (rød linje) og MMG (svart linje) signaler fra representative unge og gamle forsøkspersoner, som parametrene oppført i forrige avsnitt er beregnet ut fra, finnes i fig. 3. Det forskjellige tidspunktet ved begynnelsen av de to signalene forfaller mellom unge og gamle fag, så vel som de forskjellige bakkene til de to signalene er tydelig gjennom avslapningsprosessen.

Maksimal stimulert sammentrekning

Det maksimale dreiemomentet i stimulert kontraksjon var signifikant forskjellig mellom unge og gamle voksne (4,9±2,5 Nm for unge og 2,6±1,7 Nm for eldre; 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.

Elektromekanisk avslapningsforsinkelse (DT og DMMG)

Den toveis ANOVA avslørte en signifikant effekt av alder (s<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.

Dreiemoment. I begynnelsen av avspenningsfasen var DT signifikant forskjellig mellom unge og eldre individer (22,51±5,92 ms for unge og 51,35±15,21 ms for eldre; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. DMMG viste samme oppførsel som DT, med en signifikant forskjell som ble observert mellom unge og eldre individer (27,38±6,93 ms for unge og 61,41±18,42 ms for eldre; p<0.001) (Fig. 4).

Hastighet for dreiemomentreduksjon og hastighet på MMG-reduksjon (RRT og RRMMG)

Under forfallsfasen etter den stimulerte kontraksjonsavbruddet var maksimal RRT hos unge og gamle henholdsvis -110.4 ± 45.56 Nm/s og -52.72 ± 32.12 Nm/s, noe som viser en statistisk forskjell mellom gruppene ( uavhengig t-test; p < 0.001). Følgelig var maksimal RRMMG hos unge (− 24,47 ± 10,95 mm/s) signifikant høyere enn hos gamle (−13,76 ± 6,54 mm/s) forsøkspersoner (uavhengig t-test, p < 0,001). Når man vurderer de normaliserte signalene, var resultatene like. Den toveis ANOVA avslørte en signifikant effekt av alder (s<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).

【For mer informasjon:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】