胫骨前肌疲劳状态下比目鱼肌h波变化机制研究

胫骨前肌疲劳状态下比目鱼肌h波变化机制研究

近年来，h波作为实验方法，广泛研究了肌肉疲劳期间骨髓反射功能的变化，阐明了主动肌群髓功能的兴奋性。这是肌肉力量下降的主要原因之一。另外,Hayward以除脑猫为对象,使用电刺激腓肠肌的方法诱发产生单一性肌肉疲劳,发现腓肠肌疲劳后在其脊髓运动神经元兴奋性降低的同时,比目鱼肌脊髓运动神经元的兴奋性也受到了同样抑制,并认为这种因主动肌疲劳,而使未参加运动的协同肌受到抑制的途径,可能是通过主动肌Ⅰa类感觉神经纤维的传入性冲动的影响实现的。一般认为,主动肌Ⅰa类感觉神经纤维的传入性冲动,对主动肌和协同肌的脊髓运动神经元起兴奋作用的同时,可以直接兴奋脊髓内的Ⅰa抑制性中间神经元,后者直接对其拮抗肌脊髓运动神经元产生抑制,即所谓的相反性神经支配的交互抑制。这种抑制形式,对运动中关节角度调整及其微细动作选择,有着极其重要的意义。但是,在肌肉疲劳发生而主动肌脊髓运动神经元受到抑制的状态下,拮抗肌脊髓运动神经元的兴奋性及其交互抑制反射活动将受到怎样的影响,至今未见报道。因此,本研究以比目鱼肌的诱发肌电图H波成分为指标,采用随意性等长踝关节背屈运动的形式,对运动性疲劳发生时的足关节背屈运动的拮抗肌——比目鱼肌的脊髓运动神经元兴奋性的变化进行了分析。同时采用压迫阻断主动肌群Ⅰa类感觉神经纤维传导的方法,对其变化机制进行了分析探讨。1对象和方法1.1目标受试者为10名健康成年男子,年龄24.4±3.2岁。受试者均进行运动疲劳实验和疲劳后进行神经压迫实验,两次实验间隔时间约2周。1.2踝关节背屈肌群肌力测定采用美国产BIODEXSYSTEM-3力量测定装置。受试者坐位,右侧膝关节150°、踝关节背屈120°固定。先使右侧踝关节进行等长最大力量的背屈运动,测定其踝关节背屈肌群的最大力量值(MaximalVoluntaryContraction,MVC)。将50%MVC负荷强度设定为本实验的运动强度。以受试者不能维持50%MVC运动强度判定为胫骨前肌疲劳而终止其运动。1.3肌电图h波和比目鱼肌nm-hx的表达表面肌电图:为了观察踝关节背屈运动中胫骨前肌(主动肌)的疲劳现象和防止比目鱼肌(拮抗肌)发生收缩,记录了踝关节背屈运动中两肌的表面肌电图变化。表面肌电图采用表面双极导联法,时间常数0.01秒,高频阻断500Hz,滤波宽度2kHz。胫骨前肌的肌电信号经生物电放大器(BioAmpML132)增幅后,输入A/D转换器(MacLab/8sA/DInstruments)转换成积分肌电图进行分析。诱发肌电图H波:电刺激装置采用日本产ELCTRONICSTIMULAOR3F46。其中,刺激电极位于窝正中央(胫神经)部,以0.3Hz的刺激频率连续刺激,至比目鱼肌诱发出M波(compoundmuscleactionpotential)和H波。先以最大刺激强度诱发出最大M波(Mmax),然后再将20%Mmax时出现的H波确定为最大H波(Hmax)。本实验以比目鱼肌Hmax的振幅值作为评定比目鱼肌脊髓运动神经元兴奋性的指标,且运动前后Hmax的诱发刺激强度保持一致。另一刺激电极位于腓骨小头的前下方(腓总神经),以同样的方法从胫骨前肌诱发出Hmax,作为判定腓总神经的Ⅰa类感觉神经纤维冲动的压迫阻断效果的指标。1.4材料的基准压迫强度神经压迫装置采用与皮肤接触面积为1.0cm×2.5cm的局部力量测试仪(日本产FFT-4型),压迫部位选择膝关节下方腓总神经部(腓骨小头下部与刺激电极之间),以运动前安静时从胫骨前肌导出的Hmax完全消失的压力(单位:牛顿)作为阻断Ⅰa类神经纤维传导功能的基准压迫强度。肌肉因疲劳而停止运动后,分别以高于基准强度约10牛顿的压力,在运动结束即刻、结束后第3、5、10分钟分别压迫腓总神经。每次压迫持续时间限定在20秒以内。1.5比目鱼肌hcy的记录及统计分析(1)安静状态比目鱼肌和胫骨前肌的Hmax;(2)50%MVC背屈运动中的比目鱼肌Hmax;(3)运动结束后10分钟内,每分钟记录一次比目鱼肌Hmax,然后分别在运动结束后第15、20和30分钟各记录一次。实验中采用的比目鱼肌Hmax统计分析数值,均为各记录时点的5次连续性电刺激所记录的Hmax平均值,再换算成以安静时的Hmax为100%的相对值。所有数据采用StatView-J5.0软件处理,结果用均数±标准差表示,组间变量采用t检验,P<0.05为显著性差异水平,非常显著性差异为P<0.01。2结果2.1小鼠小鼠鞋食期表面肌电图的变化表1为实验对象两次50%MVC踝关节背屈运动开始后和运动结束前各10秒间的胫骨前肌表面肌电图平均频率和积分值的变化。表1显示:运动开始后与运动结束前比较,胫骨前肌表面肌电图平均频率和积分值均呈非常显著性差异(P<0.01),这种肌肉放电活动呈现出的高积分值和低频率的转化特点,符合运动性肌肉疲劳的表面肌电图变化特征。实验过程中所记录的比目鱼肌表面肌电图中未出现明显的肌肉放电现象,说明本实验50%MVC踝关节背屈运动过程中的比目鱼肌并未发生收缩活动。2.2激髂神经运动图1为典型一例50%MVC踝关节背屈运动前、运动过程中和运动结束时,以0.3Hz频率连续刺激胫神经,从比目鱼肌诱发出的Hmax动态变化。图1表明:比目鱼肌Hmax在踝关节背屈运动开始时明显下降,随着运动的进行,下降的幅度不断加大;运动停止后Hmax随即上升,但未恢复到安静时的水平。因受各受试者之间个体差异的影响,Hmax变化幅度差别虽然较大,但变化趋势基本相同。2.3材料小鼠鞋前肌运动曲线图2为10名受试者踝关节背屈运动停止后比目鱼肌Hmax变化的平均值。图2表明:因胫骨前肌疲劳而致踝关节背屈运动停止后,比目鱼肌Hmax下降至79.72±9.94%,与安静时比较呈非常显著性差异(P<0.01),随后下降曲线缓慢恢复,5分钟时为92.2±9.18%(P<0.05),以后逐渐接近运动前的安静水平。2.4运动前后神经压迫比较图3为胫骨前肌疲劳状态下腓总神经无压迫、受压迫和压迫解除时比目鱼肌Hmax的变化。图3表明:在无神经压迫状态下的运动结束时、结束后第3分钟和第5分钟比目鱼肌Hmax分别为77.5±7.88、82.7±7.47和90.31±8.95%,与运动前的安静时比较有显著性差异;在以上各时点实施神经压迫试验中,Hmax分别为74.16±7.05、80.92±8.31和88.28±8.03%,与无神经压迫时比较无显著性差异;神经压迫解除后,Hmax分别为75.66±6.66、81.74±8.69和89.97±9.83%,与无神经压迫和神经压迫试验中比较,均无显著性差异。从以上的腓总神经压迫试验结果可知:胫骨前肌疲劳时,未参与收缩活动并对踝关节背屈运动起拮抗作用的比目鱼肌Hmax也受到了明显抑制,但是将腓总神经Ⅰa类神经纤维传入冲动阻断后,比目鱼肌Hmax的抑制效果并未受到影响。3神经压迫阻断伴随着主动肌运动神经元兴奋而发生的拮抗肌运动神经元抑制的脊髓反射活动,称之为交互抑制或Ⅰa抑制。这种抑制形式是保证主动肌收缩的同时拮抗肌被抑制而发生迟缓,从而起到调整关节运动、维持身体动作平衡的作用。虽然早就有学者认为运动性疲劳发生时而表现出的反复性动作速度下降、微细动作调整失调及其不规则动作增多等现象,可能与该反射回路的功能失调有着密切的关系,但至今始终没有支持这种说法的实验依据。H波是Ⅰa类传入神经纤维兴奋而诱发的脊髓前角运动神经元的单突出性反射电位,其振幅值可直接反映脊髓α运动神经元被动员的总量。目前,H波已成为评定脊髓反射机能的一项重要指标,广泛应用于运动生理学研究领域。本研究发现,50%MVC踝关节背屈运动开始后比目鱼肌Hmax明显低下,并且随运动时间的持续,Hmax下降幅度越发明显,这一现象与ShindoY的结果基本相似。比目鱼肌Hmax受到抑制的机制,是由于胫骨前肌收缩时肌梭感受器发生兴奋,肌梭产生的冲动信息通过Ⅰa类传入神经纤维使脊髓内的Ⅰa抑制性中间神经元发生兴奋,从而抑制了其拮抗肌——比目鱼肌的脊髓α运动神经元的活动性,其诱发肌电图则表现出Hmax低下现象。以往的研究已经证实,正常状态下这种因主动肌收缩而拮抗肌Hmax被抑制的交互抑制现象,在主动肌收缩停止后,Hmax也随即恢复正常,即所谓拮抗肌的抑制随即被解除。但是本研究发现,踝关节背屈运动中被抑制的比目鱼肌Hmax,当因主动肌群疲劳而运动结束后,并没有立即恢复到原来的水平,却出现了较长时间的被抑制现象。从这种现象可以说明,运动性肌疲劳的发生会直接影响拮抗肌群脊髓运动神经元的活动性,从而有可能进一步导致交互抑制的神经反射活动的调节机能失调,对机体的平衡性和动作的协调性产生影响。为了进一步揭示主动肌疲劳发生时,未参加收缩活动的拮抗肌脊髓运动神经元受到抑制的机制,本研究采用神经压迫阻断方法,阻断了支配主动肌群的腓总神经Ⅰa类神经纤维传导冲动,目的是判定比目鱼肌Hmax的抑制是否与胫骨前肌疲劳后的肌梭活动及其交互抑制反射弧活动相关。结果发现:腓总神经Ⅰa类神经纤维被压迫阻断后,处于被抑制状态的比目鱼肌Hmax并没有因此而解除抑制。由此也可说明,疲劳后拮抗肌脊髓运动神经元被抑制的机制,可能是通过交互抑制反射活动以外的神经调节通路来实现的。一般认为,脊髓Ⅰa抑制性中间神经元不但接受主动肌的Ⅰa类神经纤维来传来的冲动,同时也受到Ⅲ·Ⅳ类神经纤维传入冲动的影响。与Ⅰa类神经纤维的肌梭感受器不同,Ⅲ·Ⅳ类神经纤维末梢感受器为化学感受器,能够对肌肉组织内的体液成分,如乳酸、H+和K+等化学物质浓度的变化产生应答反应。一些研究证明,肌肉疲劳时堆积的乳酸等代谢产物可以直接刺激并激活Ⅲ·Ⅳ类神经纤维末梢感受器,使其传入冲动增加。另外,目前已经明确,Ⅲ·Ⅳ类神经纤维兴奋后产生的冲动信息属非特异性感觉冲动,它可以通过脊髓内的FRA(flexorreflexafferent),经过短潜伏期和长潜伏期两种传导路上传至脊髓内的Ⅰa抑制性中间神经元。前者能够直接以单突触反射形式,激活Ⅰa抑制性中间神经元的活性;后者则先上行至