Pengaruh Usia Berkuatkuasa Dan Memanjangkan Semula Dinamik Selepas Penarikan Rangsangan Tetan pada Otot Anterior Tibialis Bahagian 1

Abstrak

Tujuan Semasa pergerakan bergantian merentasi sendi, perubahan dari satu arah putaran ke arah yang bertentangan mungkin dipengaruhi oleh kelewatan dan kadar pengurangan ketegangan dan pematuhan kepada pemanjangan semula kumpulan otot yang aktif sebelum ini. Memandangkan proses penuaan boleh menjejaskan faktor-faktor yang disebutkan di atas, kerja ini bertujuan untuk membandingkan dinamik kedua-dua penurunan tork buku lali dan pemanjangan semula otot, yang dicerminkan oleh mechanomiogram (MMG), di anterior tibialis kerana peranan pentingnya dalam gaya berjalan.

Cistanche boleh bertindak sebagai penambah anti-keletihan dan stamina, dan kajian eksperimen telah menunjukkan bahawa rebusan Cistanche tubulosa boleh melindungi hepatosit hati dan sel endothelial hati yang rosak dalam tikus berenang yang menanggung berat badan, mengimbangi ekspresi NOS3, dan menggalakkan glikogen hati. sintesis, dengan itu memberikan keberkesanan anti-keletihan. Ekstrak Cistanche tubulosa yang kaya dengan phenylethanoid glycoside boleh mengurangkan serum creatine kinase, laktat dehidrogenase, dan paras laktat, dan meningkatkan hemoglobin (HB) dan paras glukosa dalam tikus ICR, dan ini boleh memainkan peranan anti-keletihan dengan mengurangkan kerosakan otot. dan melambatkan pengayaan asid laktik untuk penyimpanan tenaga dalam tikus. Tablet Kompaun Cistanche Tubulosa memanjangkan masa berenang dengan ketara, meningkatkan rizab glikogen hepatik, dan menurunkan paras urea serum selepas bersenam pada tikus, menunjukkan kesan anti-keletihannya. Merebus Cistanchis boleh meningkatkan daya tahan dan mempercepatkan penghapusan keletihan dalam menjalankan tikus, dan juga boleh mengurangkan ketinggian serum creatine kinase selepas latihan beban dan mengekalkan ultrastruktur otot rangka tikus normal selepas senaman, yang menunjukkan bahawa ia mempunyai kesan. meningkatkan kekuatan fizikal dan anti-keletihan. Cistanchis juga memanjangkan masa hidup tikus beracun nitrit dengan ketara dan meningkatkan toleransi terhadap hipoksia dan keletihan.

Klik pada keletihan yang melampau

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】

KaedahSemasa fasa kelonggaran, selepas rangsangan 35 Hz supramaksimal digunakan pada titik motor cetek, dalam 20 subjek muda (Y) dan 20 tua (O), tork (T) dan ciri dinamik MMG diukur.

KeputusanAnalisis T dan MMG menyediakan: (I) permulaan pereputan selepas pemberhentian rangsangan (T: 22.51±5.92 ms [Y] dan 51.35±15.21 ms [O]; MMG: 27.38±6.93 ms [Y] dan 61.41± 18.42 ms [O]); (II) kadar maksimum pengurangan (T: −110.4±45.56 Nm/s [Y] dan − 52.72±32.12 Nm/s [O]; MMG: − 24.47±10.95 mm/s [ Y] dan−13.76±6.54 mm/s [O]); (III) pematuhan otot, mengukur pengurangan MMG setiap 10% pengurangan tork (bin 20–10%: 15.69±7.5[Y] dan 10.8±3.3 [O]; bin 10–0%: 22.12±10.3 [Y] ] dan 17.58±5.6 [O]).

KesimpulanKeputusan kelonggaran otot adalah berbeza dalam Y dan O dan boleh dipantau dengan kaedah bukan invasif yang mengukur pembolehubah fisiologi tork dan dinamik pemanjangan semula pada penghujung gandingan elektromekanikal yang sebelum ini disebabkan oleh rangsangan neuromuskular.

Kata kunciPenuaan · Proses relaksasi · Kadar pengurangan tork · Rangsangan · MMG

Singkatan

D Kelewatan

Pematuhan otot MC

Mechanomiogram MMG

MMG0T MMG pada penghujung pengurangan tork

N Dinormalisasi

RR Kadar pengurangan

SERCA sarcoendoplasmic reticulum calcium transport ATPase

T Tork

TR Masa pengurangan

Ultrasound AS

pengenalan

Pergerakan berselang-seli sendi, seperti buku lali, lutut, atau siku, adalah berkaitan dengan pengaktifan berselang-seli bagi otot fleksor dan ekstensor yang bertindak merentasi engsel. Walaupun otot yang memberikan momentum sudut ke arah arah putaran sendi dirujuk sebagai agonis, kumpulan otot yang menjana momentum sudut bertentangan ditakrifkan sebagai antagonis. Setiap kali putaran sendi diterbalikkan, terdapat pertukaran antara peranan otot antagonis dan agonis. Pertukaran dari satu arah putaran ke arah yang bertentangan serta fasa pemanjangan semula agonis lepas dipengaruhi oleh (a) pengurangan ketegangan kumpulan otot yang aktif sebelum ini, (b) pematuhan terakhir ini kepada pemanjangan semula oleh agonis aktif baharu. Akibatnya, penilaian parameter biomekanik semasa kedua-dua proses yang disebutkan di atas boleh menyediakan data berfungsi untuk mencirikan ciri-ciri otot yang mempengaruhi aktiviti berurutan agonis-antagonis.

Gait boleh dianggap sebagai pergerakan berselang seli global yang terhasil daripada gabungan beberapa jujukan sambungan feksi-sambungan berselang seli. Menurut Westerblad et al. (1997), "kelonggaran otot antagonis yang perlahan mungkin menghalang pergerakan yang diingini semasa pergerakan pantas dan berselang-seli". Oleh itu, semasa pergerakan normal, perlambatan kelonggaran kumpulan otot yang aktif sebelum ini boleh menjejaskan dinamik peralihan sendi dari arah putaran ke yang berikut. Ini mungkin mempengaruhi parameter pergerakan, terutamanya dalam subjek yang berumur. Sesungguhnya, data tentang analisis gaya berjalan menunjukkan bahawa umur mempengaruhi gaya berjalan dalam langkah panjang, dan tempoh fasa (Mulas et al. 2021; Fukuchi et al. 2019). Perubahan dalam gaya berjalan pada orang tua juga dikaitkan dengan peningkatan risiko penginstitusian dan kematian. Sebagai contoh, pengurangan dalam kelajuan berjalan telah ditunjukkan sebagai ramalan jangka hayat (Studenski et al. 2011). Tambahan pula, gangguan dalam keseimbangan dan gaya berjalan telah dikaitkan dengan peningkatan risiko jatuh (Osoba et al. 2019).

Pada asas ini, nampaknya penting untuk menilai dinamik pengurangan ketegangan otot dan pemanjangan semula selepas pengaktifan dalam subjek muda dan tua. Parameter fungsian yang menerangkan daya dan proses pemanjangan semula semasa fasa kelonggaran tidak diterangkan secara perbandingan baik dalam populasi yang disebutkan di atas. Kelewatan permulaan pengurangan daya, daripada pemberhentian aktiviti mioelektrik, atau halaju pereputannya dalam keadaan berbeza seperti manuver sebelum dan selepas regangan (Longo et al. 2017, 2014) atau sebelum dan selepas keletihan (Cè et al. 2014a, 2014b), telah disiasat dalam kesusasteraan. Hanya beberapa kajian melaporkan tingkah laku ketegangan dan isyarat mekanomiogram permukaan (MMG) yang dikesan oleh pecutan, memantau pemanjangan semula otot, dalam fasa kelonggaran apabila direkodkan secara serentak (Cè et al. 2014a, 2013b; Esposito et al. 2016; Longo et al. 2014). Malah, mereka menggunakan MMG sebagai penunjuk permulaan pemanjangan semula, tetapi bukan dinamik masanya.

Untuk menilai tork dan tingkah laku panjang otot pada akhir pengecutan otot, adalah mungkin untuk menggunakan persediaan eksperimen yang telah diterangkan sebelum ini oleh kumpulan kami (Cogliati et al. 2020), di mana tork isometrik dorsiflexion buku lali dan panjang anterior tibialis adalah serentak diukur dengan sel beban dan mekanomiografi permukaan, masing-masing. Rasionalnya boleh diringkaskan seperti berikut. Oleh kerana otot adalah sistem isipadu tetap, setiap pemendekan semasa penguncupan memberikan peningkatan dalam diameter melintang otot. Variasi dimensi ini boleh diambil oleh penderia laser. Secara analogi, semasa kelonggaran otot selepas aktiviti, isyarat jarak laser boleh dianggap sebagai indeks proses pemanjangan semula otot. Kajian perubahan panjang otot mengikut permukaan MMG telah pun dilaksanakan secara terperinci (Orizio et al. 1996; Yoshitake et al. 2005; Beck et al. 2005). Rasional untuk menerima pakai MMG sebagai ukuran tidak langsung perubahan panjang otot, dan bukannya pengumpulan imej ultrasound (AS) daripada otot aktif, adalah berdasarkan pertimbangan berikut: (a) pada masa ini teknik AS tidak mungkin menyediakan lebih daripada 30– 60 bingkai sesaat dengan resolusi masa 30–15 ms (terlalu rendah untuk pengesanan yang baik terhadap gelagat masa pemanjangan semula selepas pemberhentian aktiviti otot), (b) persediaan eksperimen agak kompleks memerlukan lengan robotik yang mengekalkan Siasatan AS direndam dalam kolam yang dapat menampung kaki distal, (c) pemprosesan pasca setiap imej untuk mengekstrak perubahan panjang adalah rumit dan memakan masa, (d) kos sistem AS jauh lebih besar daripada yang mudah sensor jarak laser. Akhirnya, pilihan isyarat MMG menjadikan replikasi kajian mudah.

Reka bentuk eksperimen yang boleh memberikan data asas tentang pengurangan ketegangan dan pemanjangan semula proses hubungan otot yang aktif sebaik sahaja aktiviti ditarik balik mestilah berdasarkan kontraksi yang dirangsang. Dengan cara ini, adalah mungkin untuk meminimumkan ketidakpastian corak pudar individu penggantungan pemacu sistem saraf pusat yang mungkin mempengaruhi hasil perubahan dalam status kontraktil otot semasa fasa relaksasi.

Memandangkan kemungkinan makna dalam menentukan kecekapan mekanikal pergerakan berselang-seli, kerja ini bertujuan untuk membandingkan dalam tibialis anterior subjek muda dan tua, dinamik:

(a) pengurangan tork pada buku lali;

(b) pemanjangan semula otot semasa fasa relaksasi.

Perlu digariskan betapa pentingnya kajian mekanik anterior tibialis, memandangkan peranan utamanya dalam kitaran gait untuk kedua-dua penstabilan sendi buku lali semasa fasa awal pendirian dan untuk ketinggian kaki semasa fasa awal hayunan (Lacquaniti et al. 2012). Akibatnya, dinamik kelonggarannya mungkin sangat mempengaruhi masa peralihan ke fasa gaya berjalan berikut.

Bahan dan kaedah

Subjek dan ukuran

Dua puluh peserta muda yang aktif secara beriadah (10 lelaki dan 10 perempuan; berumur 21–33 tahun) dan 20 peserta lebih tua yang aktif secara rekreasi (10 lelaki dan 10 perempuan; umur 65–80 tahun) dengan tiada gangguan ortopedik atau neurologi diambil untuk mengambil bahagian dalam kajian ini. Selepas menerima penjelasan penuh tentang eksperimen, mereka memberikan persetujuan termaklum bertulis mereka. Subjek diminta untuk menahan diri daripada pengambilan kafein dan aktiviti fizikal yang sengit dalam 24 jam sebelum ujian. Kajian ini telah dijalankan oleh versi terkini Pengisytiharan Helsinki dan diluluskan oleh jawatankuasa etika tempatan. Anggota bawah dominan peserta diletakkan pada ergometer khusus yang dilengkapi dengan sel beban (Rajah 1), yang mengukur tork yang dijana semasa penguncupan yang dirangsang elektrik otot anterior tibialis (Cogliati et al. 2020). Walaupun pinggul dan lutut masing-masing ditetapkan pada 90 darjah dan 180 darjah, buku lali diletakkan dalam kedudukan neutral pada 110 darjah. Kaki diikat pada plat kayu yang disambungkan ke sel beban (model SM-100 N, oleh Interface Inc., Scottsdale, US-AZ). Isyarat daya yang diperolehi oleh sel beban telah ditapis jalur-jalur pada 0–64 Hz dan dikuatkan (MISO-OT Bioelettronica, Turin, Itali). Untuk mendapatkan tork dorsiflexion yang dihasilkan oleh setiap subjek, jarak antara fulcrum buku lali dan sel beban pada tapak kaki diukur dan digunakan untuk menukar isyarat daya dalam tork [T=F (N) × d (m) ]. Menurut Orizio et al. (Orizio et al. 1999, 2008), anjakan permukaan otot anterior tibialis ditransduksi sebagai isyarat mekanomiografi menggunakan sensor jarak laser optik (M5L/20, MEL Mikroelektronik, Jerman). Alat ini mempunyai ciri-ciri berikut: julat ukuran±10 mm, kepekaan 1 V/mm, kelinearan 0.6%, resolusi<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).

Perangsang elektrik telah digunakan untuk menyampaikan rangsangan segi empat tepat dwifasa (tempoh 100 µs bagi setiap fasa) pada otot anterior tibialis. Elektrod katod (5×5 cm) diletakkan di kawasan kulit di atas titik motor utama tibialis anterior (Rajah 1), yang dikenal pasti menurut Gobbo et al. (2011). Elektrod anod (15×10 cm) diletakkan pada otot gastrocnemius. Dengan meningkatkan amplitud kereta api rangsangan 1 Hz (10 denyutan setiap tahap amplitud 0.1 V), daripada nilai minimum 0.5 V, nadi rangsangan maksimum dikenal pasti sebagai amplitud rangsangan yang menimbulkan kedutan tunggal terbesar. Tiga kereta api dengan denyutan 35 Hz yang berlangsung selama 3s telah diberikan ke titik motor otot dengan jeda 1 minit antara rangsangan. Permukaan EMG yang ditimbulkan oleh kereta api rangsangan telah dikesan menggunakan dua elektrod perak pra-gel pelekat sendiri (diameter 1 cm; jarak antara elektrod 30 mm). EMG telah dikondisikan menggunakan penapis laluan jalur Butterworth urutan ketiga (10–512 Hz). Selepas penukaran A/D oleh CED-1401 (Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK), isyarat didigitalkan disimpan pada PC dan diambil sampel pada 1024 sampel/s.

Pemprosesan isyarat: parameter dianalisis semasa fasa kelonggaran

Untuk mencapai tujuan kerja, analisis yang diterangkan di bawah ini melibatkan fasa relaksasi penguncupan tetanik yang dirangsang, yang sebahagiannya telah dipertimbangkan oleh beberapa kajian (Cè et al. 2013b, 2014a, 2013c; Esposito et al. 2016, 2011 Longo et al. 2016).

Daripada tiga tren rangsangan, yang mempunyai nilai tork terbesar dalam selang masa 100 ms sebelum rangsangan terakhir dipilih untuk setiap subjek. Tork dan MMG ditapis pas rendah secara digital pada 50 Hz dan kemudiannya dinormalkan kepada 100% dirujuk kepada nilai purata dalam selang masa 100 ms. Isyarat EMG digunakan untuk mengenal pasti penghujung aktiviti elektrik disebabkan oleh kereta api rangsangan tetan. Masa di mana aktiviti elektrik selesai, selepas rangsangan terakhir, ialah tanda masa di mana EMG yang ditimbulkan mencapai nilai purata ± 3 SD yang dikira daripada sampel isyarat 1 s sebelum rangsangan tetanik (lihat Rajah 2).

Kelewatan elektromekanikal relaksasi

Semasa fasa kelonggaran, kelewatan (D) boleh diperhatikan antara penghujung aktiviti elektrik dan permulaan tork dan pereputan MMG. D dikira sebagai masa segera apabila isyarat menurunkan 3 sisihan piawai bagi nilai purata mereka semasa rangsangan, kedua-dua untuk tork (DT) dan MMG (DMMG) (Rajah 2).

Kadar pengurangan tork dan kadar pengurangan MMG

Kadar pengurangan bagi isyarat tork (RRT) dan isyarat MMG (RRMMG) dikira sebagai nisbah antara Δtorque atau ΔMMG dan Δmasa (Rajah 2). Khususnya, tetingkap bergerak 20 ms dengan langkah 1 ms digunakan merentas dua isyarat untuk mengenal pasti kadar pengurangan maksimum (Cogliati et al. 2020; Haf et al. 2015). Pengiraan yang sama dilakukan pada isyarat normal untuk mendapatkan NRRT dan NRRMMG.

Selang masa untuk pengurangan isyarat 80–20%.

Sebagai tambahan kepada maklumat diskret yang disediakan oleh RR atau NRR, masa pengurangan kedua-dua tork ternormal dan MMG (TRT dan TRMMG) dalam julat 80-20% daripada pengurangannya telah dikira untuk mencirikan lagi dinamik pereputan isyarat. Julat yang dipilih membolehkan kami membandingkan gelagat masa kedua-dua isyarat daripada subjek muda dan tua apabila kedua-duanya berubah secara dinamik daripada transien awal dan akhir.

Pematuhan otot

Untuk mendapatkan penerangan terperinci tentang perhubungan masa antara pengurangan tork dan pemanjangan semula otot, jumlah variasi MMG relatif bagi setiap sepuluh tong tork relatif berkurangan (daripada 100 kepada 0 %: 100–90%, 90–80%, 80–70%, …, 10–0%) telah dikira. Nilai ini mencerminkan pematuhan otot bin-by-bin (MC) kepada pemanjangan semula sepanjang proses kelonggaran.

MMG pada penghujung pengurangan tork (MMG0T)

%MMG, amaun pemanjangan semula yang tinggal, apabila proses pengurangan tork selesai dan mencapai 0% telah dikuantifkan untuk setiap subjek. Parameter telah dikenal pasti sebagai MMG0T dan menyediakan ukuran keseluruhan kecekapan proses pemanjangan semula berbanding dengan pengurangan ketegangan: dengan kata lain, berapa banyak pemanjangan semula tidak lengkap apabila daya yang dirasai ialah {{5} }.

Analisis statistik

Data dianalisis menggunakan perisian statistik (Sigmaplot 11). Analisis dua hala varians (ANOVA) digunakan untuk mengkaji kesan utama dan interaksi umur (muda dan tua) dan isyarat (tork dan MMG) pada D, NRR, dan TR. Apabila ANOVA adalah signifikan, perbandingan berpasangan dibuat dengan ujian post hoc Tukey. Untuk pematuhan otot, dua faktor untuk ANOVA adalah umur dan tong pengurangan tork relatif. Tambahan pula, ujian-t bebas digunakan untuk menyiasat perbezaan antara kumpulan (muda dan tua) untuk tork maksimum semasa penguncupan dirangsang, RRT, RMMG, dan MMG0T (kepentingan statistik p<0.05).

Dalam graf, bilangan asterisk (*) menunjukkan perbezaan ketara secara statistik seperti berikut: p< 0.05 (*); p<0.01 (**); p<0.001 (***).

Data yang dilaporkan dalam kerja ini datang daripada isyarat yang dikesan semasa tindak balas tetanik anterior tibialis yang digunakan untuk membandingkan mekanik otot pada permulaan kontraksi sukarela dan dirangsang dalam subjek muda dan tua dalam karya yang telah diterbitkan (Cogliati et al. 2020).

Keputusan

Contoh isyarat tork ternormal (garis merah) dan MMG (garis hitam) daripada wakil subjek muda dan tua, dari mana parameter yang disenaraikan dalam bahagian sebelumnya telah dikira, boleh didapati dalam Rajah 3. Masa yang berbeza pada permulaan kedua-dua isyarat pereputan antara subjek muda dan tua serta cerun berbeza kedua-dua isyarat jelas melalui proses kelonggaran.

Penguncupan rangsangan maksimum

Tork maksimum dalam penguncupan yang dirangsang adalah berbeza dengan ketara antara orang dewasa muda dan tua (4.9±2.5 Nm untuk muda dan 2.6±1.7 Nm untuk lebih tua; 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.

Kelewatan elektromekanikal relaksasi (DT dan DMMG)

ANOVA dua hala mendedahkan kesan umur yang ketara (m.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.

Tork. Pada permulaan fasa kelonggaran, DT adalah berbeza dengan ketara antara individu muda dan lebih tua (22.51±5.92 ms untuk muda dan 51.35±15.21 ms untuk lebih tua; p<0.001) (Fig. 4).

MMG. DMMG menunjukkan tingkah laku yang sama seperti DT, dengan perbezaan yang ketara diperhatikan antara individu muda dan lebih tua (27.38±6.93 ms untuk muda dan 61.41±18.42 ms untuk lebih tua; p<0.001) (Fig. 4).

Kadar pengurangan tork dan kadar pengurangan MMG (RRT dan RRMMG)

Semasa fasa pereputan selepas pengeluaran penguncupan yang dirangsang, RRT maksimum dalam golongan muda dan tua ialah -110.4 ± 45.56 Nm/s dan - 52.72 ± 32.12 Nm/s, masing-masing, menunjukkan perbezaan statistik antara kumpulan ( ujian-t bebas; p < 0.001). Sehubungan itu, RMMG maksimum dalam kalangan muda (- 24.47 ± 10.95 mm/s) adalah jauh lebih tinggi daripada subjek lama (-13.76 ± 6.54 mm/s) (ujian-t bebas, p < 0.001). Apabila mempertimbangkan isyarat yang dinormalkan, hasilnya adalah serupa. ANOVA dua hala mendedahkan kesan umur yang ketara (m.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).

【Untuk maklumat lanjut:george.deng@wecistanche.com / WhatsApp:8613632399501】