Характеристика постактивационного эффекта скелетных мышц человека при помощи спектральных и нелинейных параметров интерференционной электромиограммы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Постактивационный эффект (ПАЭ) представляет собой особый вид непроизвольного мышечного тонуса (тонический автоматизм), который генерируется в "тоногенных" структурах мозга, предположительно, без задействования механизмов "сенсорной копии" и "моторной команды". В связи с этим, сигнал электромиограммы (ЭМГ) ПАЭ может иметь более простую временную структуру по сравнению с индуцирующей ПАЭ произвольной активностью. Цель данной работы – охарактеризовать временную структуру и сложность интерференционной ЭМГ (иЭМГ) дельтовидной и двуглавой мышцы плеча человека при помощи фрактальной (D) и корреляционной размерности (Dc). Установлено, что в дельтовидных мышцах величина D составила 1.78–1.81 как во время ПАЭ, так и произвольного усилия (p > 0.05). Dc варьировала в пределах 4.0–4.2 и также не различалась между ПАЭ и произвольным усилием, хотя средняя частота спектра иЭМГ во время ПАЭ была на 15–16 Гц (p < 0.05) выше по сравнению с произвольным усилием. В двуглавых мышцах плеча величина D составила 1.8 во время ПАЭ и 1.68 во время произвольного усилия (p < 0.05), а Dc не различалась (4–4.8). Таким образом, несмотря на предполагаемое различие в центральной организации ПАЭ и произвольного усилия, временная структура их иЭМГ не различалась, что указывает на то, что изометрическое произвольное усилие и непроизвольный тонус в виде ПАЭ имеют общий принцип генерации сигнала иЭМГ. Вместе с тем различие в частоте спектра иЭМГ свидетельствует об особенностях организации ПАЭ и произвольного сокращения на уровне мотонейронного пула.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ю. Мейгал

ФГБОУ ВО Петрозаводский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: meigal@petrsu.ru
Россия, Петрозаводск, Республика Карелия

А. Е. Пескова

ФГБОУ ВО Петрозаводский государственный университет

Email: meigal@petrsu.ru
Россия, Петрозаводск, Республика Карелия

А. С. Склярова

ФГБОУ ВО Петрозаводский государственный университет

Email: meigal@petrsu.ru
Россия, Петрозаводск, Республика Карелия

Л. И. Герасимова-Мейгал

ФГБОУ ВО Петрозаводский государственный университет

Email: meigal@petrsu.ru
Россия, Петрозаводск, Республика Карелия

Список литературы

  1. Kohnstamm O. Demonstration einer katatoneartigen Erscheinung beim Gesunden (Katatonusuersuch) // Neurol. Central. 1915. V. 34. P. 290.
  2. De Havas J., Ghosh A., Gomi H., Haggard P. Sensorimotor organization of a sustained involuntary movement // Front. Behav. Neurosci. 2015. V. 9. P. 185.
  3. De Havas J., Gomi H., Haggard P. Experimental investigations of control principles of involuntary movement: a comprehensive review of the Kohnstamm phenomenon // Exp. Brain Res. 2017. V. 235. № 7. P. 1953.
  4. Гурфинкель В.С., Левик Ю.С., Лебедев М.А. Ближние и отдаленные постактивационные эффекты в двигательной системе человека // Нейрофизиология. 1989. Т. 21. № 3. С. 343.
  5. Ухтомский А.А. Особый вид тонических реакций в конечностях человека. Собрание сочинений. Л.: Изд-во Ленингр. гос. ордена Ленина ун-та, 1962. Т. 6. С. 43.
  6. Мейгал А.Ю., Письменный К.Н. Влияние общего согревания и охлаждения организма на постактивационный эффект в мышцах верхних конечностей // Физиология человека. 2009. Т. 35. № 1. С. 60.
  7. Duclos C., Roll R., Kavounoudias A., Roll J.P. Cerebral correlates of the “Kohnstamm phenomenon”: an fMRI study // Neuroimage. 2007. V. 34. № 2. P. 774.
  8. Craske B., Craske J.D. Oscillator mechanisms in the human motor system: investigating their properties using the aftercontraction effect // J. Mot. Behav. 1986. V. 18. № 2. P. 117.
  9. Gilhodes J.C., Gurfinkel V.S., Roll J.P. Role of Ia muscle spindle afferents in post-contraction and post-vibration motor effect genesis // Neurosci. Lett. 1992. V. 135. № 2. P. 247.
  10. Boon M.Y., Henry B.I., Suttle C.M., Dain S.J. The correlation dimension: a useful objective measure of the transient visual evoked potential? // J. Vis. 2008. V. 8. № 1. doi: 10.1167/8.1.6
  11. Gitter J.A., Czemiecki M.J. Fractal analysis of the electromyographic interference pattern // J. Neurosci. Methods. 1995. V. 58. № 1–2. P. 103.
  12. Cui X., Gu S.-J., Cao J. et al. Correlation entropy and the Kosterlitz–Thouless transition // J. Phys. A: Math. Theor. 2007. V. 40. № 45. P. 13523.
  13. Kozhina G.V., Person R.S., Popov K.E. et al. Motor unit discharge during muscular after-contraction // J. Electromyogr. Kinesiol. 1996. V. 6. № 3. P. 169.
  14. Farina D., Merletti R., Enoka R.M. The extraction of neural strategies from the surface EMG: An update // J. Appl. Physiol. 2014. V. 117. № 11. P. 1215.
  15. Мейгал А.Ю., Герасимова-Мейгал Л.И., Пескова А.Е. Постактивационный эффект дельтовидной мышцы здорового молодого человека после краткосрочной "сухой" иммерсии // Физиология человека. 2021. Т. 47. № 3. C. 52.
  16. Brice T., McDonagh M. Abduction of the humerus by postural aftercontractions in man: effects of force and duration of previous voluntary contractions // J. Physiol. (London). 2001. V. 536. P. 214.
  17. Мейгал А.Ю., Зарипова Ю.Р. Влияние возраста после зачатия на характеристики интерференционной электромиограммы у новорожденных детей // Физиология человека. 2013. Т. 39. № 3. С. 61.
  18. Gandevia S.C. Spinal and supraspinal factors in human muscle fatigue // Physiol. Rev. 2001. V. 81. № 4. P. 1725.
  19. Ikegawa S., Shinohara M., Fukunaga T. et al. Nonlinear time-course of lumbar muscle fatigue using recurrence quantifications // Biol. Cybern. 2000. V. 82. № 5. P. 373.
  20. Del Santo F., Gelli F., Mazzocchio R., Rossi A. Recurrence quantification analysis of surface EMG detects changes in motor unit synchronization induced by recurrent inhibition // Exp. Brain Res. 2007. V. 178. № 3. P. 308.
  21. Fuglsang-Frederiksen A. The utility of interference pattern analysis // Muscle Nerve. 2000. V. 23. № 1. P. 18.
  22. Fuglsang-Frederiksen A., Dahl K., Lo Monaco M. Electrical muscle activity during a gradual increase in force in patients with neuromuscular diseases // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1984. V. 57. № 4. P. 320.
  23. Mochizuki G., Ivanova T.D., Garland S.J. Synchronization of motor units in human soleus muscle during standing postural tasks // J. Neurophysiol. 2005. V. 94. № 1. P. 62.
  24. Mesin L., Cescon C., Gazzoni M. et al. A bi-dimensional index for the selective assessment of myoelectric manifestations of peripheral and central muscle fatigue // J. Electromyogr. Kinesiol. 2009. V. 19. № 5. P. 851.
  25. Beretta-Piccoli M., D’Antona G., Barbero M. et al. Evaluation of central and peripheral fatigue in the quadriceps using fractal dimension and conduction velocity in young females // PLoS One. 2015. V. 10. № 4. P. e0123921.
  26. Beretta-Piccoli M., Boccia G., Ponti T. et al. Relationship between isometric muscle force and fractal dimension of surface electromyogram // Biomed Res. Int. 2018. V. 2018. P. 5373846.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пример постактивационного эффекта (ПАЭ) правой (А) и левой (Б) дельтовидных мышц. ПАЭ начался спустя 7 с после окончания произвольной активности и продолжался синхронно в обеих мышцах в течение 57 с. Калибровка времени 5 с, амплитуды электромиограммы (ЭМГ) 500 мкВ. Горизонтальные линии показывают место отбора пробы интерференционной ЭМГ для анализа (5 с).

Скачать (180KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример постактивационного эффекта (ПАЭ) правой двуглавой мышцы плеча. ПАЭ начался спустя 5 с после окончания произвольной активности и продолжался в течение 71 с. Калибровка времени 5 с, амплитуды электромиограммы 500 мкВ.

Скачать (82KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пример постактивационного эффекта (ПАЭ) дельтовидных мышц (А – правая сторона, Б – левая сторона) с несколькими "волнами" активности. Первая волна считалась "ближним" ПАЭ, остальные – «отдаленным» ПАЭ. Калибровка времени 5 с, амплитуды ЭМГ 500 мкВ.

Скачать (150KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Примеры сигнала интерференционной электромиограммы (иЭМГ) во время произвольного усилия (А) и постактивационного эффекта (ПАЭ) (Б) правой дельтовидной мышцы. Для произвольного усилия средняя частота спектра составила 56.5 Гц, для ПАЭ – 68.2 Гц. Калибровка времени 100 мс, амплитуды ЭМГ 250 мкВ.

Скачать (151KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024