Интегративна физиология

Редактиран от
Таян М. Виейра

Politecnico di Torino, Италия

Прегледан от
Торстен Ръдроф

Университетът на Айова, САЩ

Исак Л. Курцер

Нюйоркски технологичен институт, САЩ

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

пасивни

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Лаборатория по невробиология на двигателния контрол, Институт по проблеми на предаването на информация, Москва, Русия
  • 2 Московски изследователски институт по клинична педиатрия на Руската федерация, Москва, Русия
  • 3 Лаборатория по невромоторна физиология, Фондация Санта Лучия, Рим, Италия
  • 4 Катедра по системна медицина и Център за космическа биомедицина, Римски университет Tor Vergata, Рим, Италия

Мускулният тонус представлява една от важните концепции за характеризиране на промените в състоянието на развиващата се нервна система. Тя може да се прояви в нивото на активност на флексорите и екстензорите и в мускулните реакции към нейното пасивно разтягане (StR) или скъсяване (ShR). Тук изследвахме такива реакции в кохорта здрави бебета на възраст от 2 седмици до 12 месеца. Изследвахме присъствието и характеристиките на StR и ShR по време на бавни пасивни циклични движения на огъване/удължаване (T

маса 1. Общият брой движения на флексия/екстензия, регистрирани в различни стави при кърмачета от всяка възрастова група (данните за движенията на ставите на десния и левия крайник са обобщени).

Експериментална процедура

Бебетата са били тествани в тиха стая. Извършени са пасивни флексийни/екстензионни движения в коленните, тазобедрените, глезенните и лакътните стави (Фигура 1А). Всички бебета са тествани, когато са будни и нащрек. Бебетата бяха удобно поставени в легнало положение на стандартен медицински диван. Ако детето беше тихо и приветливо, тогава родителите просто гледаха записите. Ако едно дете е било твърде активно или не е много настроено да контактува, тогава е използвана допълнителна мотивация, като играчки, видео за бебета или комуникация с родители, за да се постигне най-спокойното състояние на бебето. Същият експериментатор извършва пасивни движения при всички бебета. Винаги започвахме с движения в колянната или тазобедрената става, а след това в глезенната и лакътната става. Ориентациите на сегментите на крайниците и диапазоните на ъгловото движение са илюстрирани за едно дете на Фигура 1А. За движенията на тазобедрената става първоначалната позиция съответстваше на удължен крак и експериментаторът премести целия крайник около тазобедрената става (ъгловата екскурзия на тазобедрената става беше

60–70 °). За движенията на колянната става експериментаторът поддържа по-проксимален (бедро) сегмент на крака неподвижен с една ръка (ъгълът на бедрото е

135 °, първоначалният ъгъл на коляното също беше

135 °), докато бавно променя ориентацията на дръжката с друга ръка (обхватът на ъгловото движение на коляното беше

120 °). При движения на глезенните стави кракът беше приблизително удължен (ъгълът на тазобедрената става беше

165–175 °, ъгълът на колянната става беше

160 °) и обхватът на движенията на глезенните стави беше

30–40 °. При движенията на лакътната става, ръката лежеше върху треньора и обхватът на движенията на огъване/разгъване на лакътната става беше

120–140 ° (Фигура 1А). Изключени бяха движения, при които бебето се въртеше, опъваше крайник (съпротивляваше се на експериментатора) или се опитваше да се обърне или повдигне главата. Обикновено бяха извършени 4–7 циклични движения на пасивна флексия/екстензия за всяка става и ние успешно регистрирахме пасивни движения в почти всички стави (Таблица 1). Пасивните движения са регистрирани както в ставите на десния, така и в левия крайник. Средната продължителност на движенията във всяка става е показана на фигура 1В. Общият брой флексийни/екстензионни движения във всяка става, избран за анализ, е показан в Таблица 1. Експерименталната сесия продължи

20–30 мин (включително поставяне на EMG електроди).

Фигура 1. Пасивни движения на флексия/екстензия в различни стави при кърмачета. (А) илюстрация на движенията за разгъване на флексията в тазобедрената, коленната, глезенната и лакътната става. EMG активността и IMU (ускорението) измервания на движението на сегмента са регистрирани с помощта на Trigno Wireless EMG System (Delsys, Boston, MA). (Б) средна продължителност (± 95% доверителен интервал при всички новородени) на продължителността на флексия и екстензия в четири стави (данните за движенията на десния и левия крайник са събрани заедно). (° С) едновременна регистрация на ускорението (използвайки измерванията IMU на системата Trigno, сигналът за ускорение се слива с вектора на гравитацията) и ъгъла на коляното (с помощта на гониометър) на циклични движения на пасивна флексия/удължаване. Обърнете внимание на съответствието (вертикалните пунктирани линии се отнасят до върховете на ъгъла на колянната става) на двата сигнала.

Записване на данни

Дейностите на EMG бяха записани двустранно с помощта на Trigno Wireless EMG System (Delsys Inc., Бостън, Масачузетс), честотна лента 20–450 Hz, обща печалба 1000, честота на вземане на проби 1 926 Hz. Записахме двустранно от следните мускули: rectus femoris (RF), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA), gastrocnemius lateralis (GL), biceps brachii (BB) и triceps brachii (TB). Размерът на електромагнитните електроди Trigno bar (5 mm) беше сравнително малък, за да се сведе до минимум кръстосаните препратки. Trigno EMG сензорите също съдържаха IMU сензори, така че ние записахме сигналите за ускорение и в RF, TA и BB сензори (при 148,1 Hz), за да характеризираме движенията в тазобедрената и колянната става (вижте по-долу). Кожата се почиства и се натрива леко с алкохол, преди да се поставят електродите. Всички движения на бебета са записани с цифрова видеокамера (Panasonic HC-V760 EE-κ, 1920 × 1080 пиксела, 50 кадъра/сек). EMG и видеозаписите бяха синхронизирани.

Определение на флексия/удължаване на движенията и продължителността

Записите на пасивни движения на ставите първо бяха изследвани, за да се определи началото и прекратяването на движенията на флексия и екстензия във всички стави. За движенията на тазобедрената и колянната става използвахме сигналите за ускорение IMU на системата Trigno (Фигура 2А), за да определим началото на движението съответно на сегментите на бедрото и стеблото (и го проверихме и чрез видеозаписи). Сигналите за ускорение бяха децентрирани и филтрирани в нискочестотен диапазон (лента 0,05–1 Hz, филтър на Батъруърт от четвърти ред). За лакътна и глезенна става пасивните движения се анализират главно с помощта на видеозаписи, тъй като сегментите на ръката и стеблото (в които записахме EMG и IMU сигналите) бяха по същество неподвижни по време на движения на дисталните сегменти (съответно предмишницата и ходилото, Фигура 1А).

Фигура 2. Примери за съкращаване (ShR) и разтягане (StR) реакции по време на пасивни движения в коляното (А), хип (Б), и лакът (° С) стави при три бебета (съответно 4,5, 3 и 1,5 месеца). Продължителността на фазите на флексия се отбелязва със сивите сенчести зони (за движения на тазобедрената става и коляното се определя съответно от сигналите за ускорение на бедрото и стеблото; за лакътната става се определя от видеозаписи, вижте Методи). RF, rectus femoris; BF, бицепс на бедрената кост; BB, бицепс брахии; Туберкулоза, трицепс брахии; R, вдясно; L, вляво. Долните панели (вложки) се отнасят до EMG пликовете и изчисляването на съответната продължителност на StR и ShR (когато EMG активността надвишава прага, вижте Методи). Обърнете внимание на различни прояви на мускулни реакции в тези примери (и също минимални, ако има някакви кръстосани препратки в записаните мускули антагонисти): наличието на StR и ShR само в един мускул в (А) и (Б), и в двата мускула антагониста в (° С).

Фигура 3. Характеристики на мускулните реакции (StR и ShR) към пасивни движения на флексия/екстензия в различни стави при кърмачета. (А) поява на StR и ShR (броят на движенията, при които са присъствали тези отговори, като процент от общия брой съответно движения на удължаване или сгъване). Данните са представени като средно ± 95% доверителен интервал. (Б) StR и ShR продължителност (изразени съответно в проценти от продължителността на движението на удължаване или сгъване). (° С) средна EMG активност (μV) на StR и ShR. RF - rectus femoris, BF - biceps femoris, TA - tibialis anterior, LG - gastrocnemius lateralis, BB - biceps brachii, TB - triceps brachii. Данните за всички бебета бяха събрани заедно. Хоризонталните линии означават значителни разлики между StR и ShR. Обърнете внимание като цяло на по-високата честота и по-голяма продължителност на StR от ShR.

Таблица 2 показва латентността на мускулните реакции. По правило ShR също започва по-късно от StR по отношение на началото на фазата на огъване/удължаване във всички стави (стр 0,5), вероятно потенциално свързани с кръстосани препратки, тъй като съотношението на EMG амплитудите на мускулите-антагонисти е> 5, но процентът на такива случаи е 2 и стр-стойности на фигура 5) по време на удължаване на мускулите, макар и не по време на скъсяване на мускулите (с изключение на GL). Възрастта не е оказала значително влияние върху латентностите на StR и StR (стр > 0,1, ефект на групата, тест на Крускал-Уолис).

Фигура 4. Ефект на възрастта върху появата на ShR и StR при кърмачета. (А) пример за мускулни отговори по време на движения на флексия/удължаване на коляното при едно бебе, записано два пъти: на 3 месеца (леви панели) и 11 месеца (десни панели). Същият формат като на Фигура 2. Обърнете внимание на StR и ShR в бедрените мускули на 3 месеца и липса на мускулни реакции на 11 месеца. (B, C) поява на StR и ShR (като процент от общия брой движения на удължаване или сгъване, средно ± 95% доверителен интервал) по време на пасивни движения в тазобедрените, коленните, глезенните и лакътните стави при различни възрастови групи бебета (0,5-3 месеца, 3–6 месеца, 6–9 месеца и 9–12 месеца). Хоризонталните линии означават значителни разлики. Отбележете значително намаляване на мускулните реакции по време на пасивни движения в повечето мускули с възрастта.

Фигура 5. Средна EMG активност на ShR (А) и StR (Б) в различни стави при кърмачета в зависимост от възрастта. Всяка точка представлява средната стойност за отделно бебе. Отчитат се линейни регресионни линии със съответните r и p стойности. Отбележете намаляване на амплитудата на StR в повечето мускули с възрастта.

Мускулни отговори в други стави на ипсилатералните и контралатералните крайници

Тъй като участието или облъчването на отдалечени мускули са описани от новородени бебета до възрастни (Myklebust, 1990), ние също търсим честотата на постоянни мускулни реакции в ставите, които не се движат предимно. По-специално, фигури 6, 7 илюстрират появата на редовна (ритмична) мускулна активност съответно в ипсилатералните и контралатералните крайници при кърмачета по време на пасивни движения в отдалечени стави.

Фигура 6. Поява на мускулни реакции в други стави (които не се въртят пасивно) на ипсилатералния крайник. (А) примери за ритмични движения и EMG активност в ипсилатералния крайник по време на пасивни флексийни/екстензионни движения в тазобедрените, коленните и глезенните стави при различни бебета (посочена е възрастта, същия формат като на фигура 2). (Б) кругови диаграми, показващи процента на бебетата (броят им също е посочен) с наличие на ритмична активност в ипсилатералния крайник за четири възрастови групи. Данните за всички стави бяха събрани заедно (за всяка става, вижте данните в таблица 3). Обърнете внимание на намаляване на мускулните реакции с възрастта (в групи 3-4 по отношение на групи 1-2).

Фигура 7. Поява на мускулни реакции в контралатералния крайник. (А) примери за ритмични движения и EMG активност в контралатералния крайник по време на пасивни флексийни/екстензионни движения в тазобедрената става при различни бебета (посочена е възрастта, същия формат като на фигура 6). Горни панели - пасивни движения се предизвикват в лявата тазобедрена става, долните панели - в дясната тазобедрена става. (Б) кругови диаграми, показващи процента на кърмачетата (броят им също е посочен) с наличие на ритмична активност в контралатералния крайник за четири възрастови групи. Ритмичните мускулни реакции в контралатералния крайник се наблюдават главно по време на пасивни движения в тазобедрената става. Отбележете липсата на контралатерални мускулни отговори в групи 3-4.

Освен това, Таблица 3 показва, че в мускулите на всички стави се наблюдава намаляване на мускулните реакции с възрастта. Също така си струва да се отбележи, че при по-млади бебета (0,5–6 месеца) често наблюдаваме EMG активност и в двете антагонистични мускули на дисталната става (TA и GL) по време на пасивни движения в тазобедрената става и само в един отдалечен мускул в няколко случая. По време на движения в глезенната става комбинираната активност на тазобедрените мускули се наблюдава в около 50% от случаите (в останалите 50% от случаите се активира само BF). Въпреки това, при по-възрастни бебета от група 3 (6-9 месеца), кооперативното активиране на TA и GL се наблюдава по-рядко (само в около 50% от случаите). При кърмачетата от група 4 (9–12 месеца) обикновено се активира само един от отдалечените мускули.

Таблица 3. Поява на ритмична активност в други стави (които не се въртят) на ипсилатералния крак във всяка възрастова група бебета (посочени са както броят на бебетата, така и процентът от тях в скобите).

И накрая, при по-младите бебета (0,5–6 месеца) се наблюдава относително честа честота на редовни мускулни реакции в контралатералния крайник (обикновено по време на пасивни ритмични движения в тазобедрената става, Фигура 7, вж. Също Допълнителен филм 1), докато при по-възрастните кърмачета такива постоянни контралатерални влияния никога не са били регистрирани по време на пасивни движения в която и да е става.

Дискусия

Доколкото ни е известно, тоничните мускулни реакции при кърмачета не са били системно изследвани преди това. Резултатите показват чести мускулни отговори (или поотделно, или във фазите на флексия и удължаване, Фигура 2) по време на генерирани отвън циклични ставни движения на горните и долните крайници при бебета с типично развитие между 0,5 и 12-месечна възраст. Въпреки че ShR се наблюдава по-рядко от StR (Фигура 3), нашите данни показват, че ShR принадлежи към естествен репертоар на „съвместимо“ двигателно поведение още на много ранен етап от развитието (0,5–6 месеца, Фигура 4). Освен това цикличните пасивни движения в една става могат да предизвикат повтарящи се двигателни реакции в „отдалечени“ мускули (Фигури 6, 7). Такива отговори все още са регистрирани от 6 до 12 месечни бебета, но с по-малка честота, отколкото при кърмачета.

Цитиране: Солопова И.А., Жвански Д.С., Долинская И.Я., Кешишан Е.С., Селионов В.А., Силос-Лабини Ф, Лаканити Ф и Иваненко Ю (2019) Мускулни отговори на пасивни ставни движения при кърмачета през първата година от живота. Отпред. Физиол. 10: 1158. doi: 10.3389/fphys.2019.01158

Получено: 28 юни 2019 г .; Приет: 28 август 2019 г .;
Публикувано: 13 септември 2019 г.

Taian Martins Vieira, Политехнически университет в Торино, Италия

Исак Луис Курцер, Нюйоркски технологичен институт, САЩ
Торстен Ръдроф, Университетът на Айова, САЩ