Кожный рефлекс при движении человека - Cutaneous reflex in human locomotion

Отключение активирует кожный рефлекс

Кожный, или кожа рефлексы, активируются кожными рецепторами и играют важную роль в движение, обеспечивая быстрое реагирование на неожиданные экологические проблемы. Было показано, что они важны при реагировании на препятствия или спотыкания, при подготовке к визуально сложной местности и для помощи при внесении корректировок в случае возникновения нестабильности. Помимо роли в нормальной локомоции, кожные рефлексы изучаются на предмет их потенциала в улучшении реабилитационной терапии (физиотерапия ) для людей с аномалии походки.

Быстрое реагирование на препятствия

Фон рефлекторного пути

Рефлексы являются важной частью нашей повседневной деятельности. Мы все испытали, насколько быстрой и автоматической может быть эта реакция на взаимодействие с окружающей средой. Они могут защитить нас от потенциально опасных ситуаций, таких как прикосновение к горячей плите или наступление на гвоздь. Это также рефлекс пути, участвующие в более динамичных действиях, таких как ходьба и бег, помогающие обеспечить плавный походка и позволяя нам быстро реагировать на препятствия или неожиданные возмущения или беспокойства.

Путь моносинаптического рефлекса

Рефлекторный путь (рефлекторная дуга ) представляет собой последовательность нейроны подключение сенсорного входа (афферентный нейрон ) к выходу двигателя (эфферентный нейрон ), что приводит к поведенческой реакции. Общий путь спинномозгового рефлекса включает нейроны, содержащиеся в спинной мозг. Тем не менее мозг может также предоставить дополнительные (надспинальный ) вкладов, которые могут модулировать реакцию рефлекса на сенсорный ввод.

Общие рефлекторные пути

Схема Simple Reflex.jpg

Рефлексы могут быть очень простыми, как в моносинаптическом рефлекс, который содержит только один синапс, или более сложный, как в полисинаптическом рефлекс, в котором участвует более одного синапс. В коленный рефлекс рефлекс - типичный пример моносинаптического рефлекса, когда человек смотрит на квадрицепс моторный ответ ногой. Его также можно использовать в качестве примера полисинаптического рефлекса при рассмотрении участия тормозных интернейронов в расслаблении подколенные сухожилия. Сложность рефлекса можно оценить, исследуя задержку времени, или задержка, между электрической стимуляцией сенсорного нейрона и соответствующей двигательной реакцией, измеренной с помощью ЭМГ (электромиография ). Большинство рефлексов можно разделить на одну из трех групп в зависимости от латентности ответа ЭМГ. Рефлекс с короткой задержкой (SLR) является самым быстрым (~ 40-50 мс) и включает моносинаптический путь. Рефлекс средней задержки (MLR) использует интернейроны внутри спинного мозга и обычно составляет ~ 80-90 мс. Длительный латентный рефлекс (LLR) составляет ~ 120-140 мс, что позволяет предположить, что он опосредован дополнительным надспинальным входом из головного мозга.[1]

Кожные рецепторы и рефлексы

Кожные рецепторы являются разновидностью сенсорный рецептор, которые реагируют на раздражители (прикосновение, давление, боль, температура), которые предоставляют информацию о контакте с внешней средой. Обычный рефлекс с кожными рецепторами перекрестный разгибательный рефлекс. Этот рефлекс задействуется, когда мы испытываем болезненный раздражитель в нижней части стопы, например, наступаем на гвоздь. В ответ быстро отодвинем ногу, наступившую на закрепку, и в то же время перенесем вес на противоположное (контралатеральный ) нога для баланса.

Было отмечено, что реакция активации мышц на стимуляцию кожных рецепторов может модулироваться множеством факторов. К ним относятся:

  • кожный нерв стимулирован
  • фаза цикла походки
  • интенсивность стимуляции
  • характер выполняемой задачи
  • ритмичные движения рук или ног
  • сложность задачи.

В дополнение к модуляции кожный рефлекс, как было показано, вызывает как MLR (ответ со средней задержкой), так и LLR (ответ с длительным временем ожидания) EMG, что указывает на то, что это полисинаптический рефлекс, вовлекающие спинной интернейроны или же надспинальный пути[2]

Функциональная роль

Кожные нервы
Анатомия поверхности
Общее расположение на поверхности для активации трех кожных рецепторов

Кожный рефлекс объясняется функциональными реакциями. [3] к нарушениям, возникающим во время движения, и, следовательно, зависит от того, какой кожный нерв стимулируется. Примеры нервов, кожные ветви которых были исследованы:

1. Поверхностный малоберцовый нерв или же малоберцовый нерв (иннервирует тыльную сторону стопы) 2. Большеберцовый нерв (иннервирует подошвенную поверхность стопы) 3. Икроножный нерв (иннервирует боковую часть стопы) 4. Поверхностная ветвь лучевого нерва (иннервируя предплечье и кисть со стороны большого пальца)

Фаза стойки и поворота в цикле походки

Передвижение человека часто рассматривается с точки зрения цикла походки. Кожные рефлексы демонстрируют различия в активированных мышцах и времени их активации в зависимости от того, в какой части цикла ходьбы происходит стимуляция. Этот вариант предполагает функциональную роль рефлекса в обеспечении плавного изменения походки при столкновении с препятствиями или на сложной местности или их ожидании. Основные задействованные мышцы включают четыре (4) движения, важных для передвижения:

Мышцы бедра, реагирующие на кожный рефлекс
Большая латеральная мышца
Vastus lateralis (разгибатель колена)
Двуглавая мышца бедра
Двуглавая мышца бедра (сгибатель колена)
Мышцы голени, отвечающие на кожный рефлекс
Передняя большеберцовая мышца
Передняя большеберцовая мышца (дорсифлексор)
Gastrocnemius
Gastrocnemius (подошвенный сгибатель)
Движение ногГруппа мышцТипичная измеренная мышца

для ЭМГ активности

Сгибание коленаПодколенные сухожилияДвуглавая мышца бедра
Разгибание коленаКвадрицепсБольшая латеральная мышца
Подошвенное сгибание голеностопного сустава (указательные пальцы ног)Икроножные мышцыGastrocnemius или

Soleus

Тыльное сгибание голеностопного сустава (поднятие пальцев ног вверх)Мышца голениПередняя большеберцовая мышца

Поверхностный малоберцовый нерв (SF)

Кожная стимуляция поверхностный малоберцовый нерв (SF) обычно возникает, когда верхняя часть стопы встречает препятствие. Рефлексивный ответ на эту активацию - подтянуть ногу вверх и преодолеть препятствие, а также подготовиться к возможному спотыканию или падению. Наблюдаемые ЭМГ-мышечные реакции на стимуляцию SF помогают объяснить, как осуществляется этот рефлексивный ответ:

  • Повышенная активность двуглавой мышцы бедра сгибает колено, подтягивая ногу вверх и преодолевая препятствие.
  • Снижение активности передней большеберцовой мышцы позволяет икроножной мышце более полно сгибать подошву или указывать на палец. Это позволяет ноге преодолевать препятствие.
  • Повышенная активность латеральной мышцы бедра вызывает одновременное сокращение подколенных сухожилий и четырехглавой мышцы бедра, что обеспечивает повышенную стабильность колена в случае споткнуться или падения.[4]

Большеберцовый нерв (TN)

Большеберцовый нерв (TN) стимуляция демонстрирует фазозависимый ответ, при котором активация мышц варьируется в зависимости от того, в какой части цикла походки находится человек, когда происходит стимуляция.

1. При нормальной, беспрепятственной ходьбе активация TN при переходе от позиция качаться должен уменьшаться, когда ступня начинает отрываться от земли. В этом случае усиленная стимуляция TN предполагает царапание нижней частью стопы по земле. Рефлексивный ответ поднимет ступню вверх, оторвав ее от земли. ЭМГ-ответы на стимуляцию, опять же, помогают объяснить, как это достигается.

  • Повышенная активность передней большеберцовой мышцы вызывает тыльное сгибание, поднимая ступню от земли.

2. Активация TN во время поздний свинг при обычной ходьбе он должен начать увеличиваться, когда ступня начинает касаться земли. Таким образом, стимуляция TN во время этой фазы аналогична сенсорной информации нормальной походки. В этой ситуации стопа будет изгибаться подошвой, чтобы обеспечить плавное размещение для перехода в фазу опоры. Здесь наблюдается противоположный эффект ЭМГ.

  • Снижение активности передней большеберцовой мышцы снижает активное тыльное сгибание, позволяя голеностопному суставу достичь большего подошвенного сгибания.[5]

Икроножный нерв (СН)

Икроножный нерв (SN) стимуляция вызывает рефлекс, который зависит как от фазы, так и от интенсивности. Икроножный нерв иннервирует боковую (внешнюю) часть стопы и может активироваться во время фазы замаха или стойки при встрече с неровной поверхностью. Ответ, зависящий от интенсивности, указывает на уровень активации и, следовательно, на возможность нанесения вреда.

1. Во время фаза качания, Стимуляция SN указывает на встречу с препятствием на боковой стороне стопы. Реакция заключается в том, чтобы переместить ступню внутрь, а ногу вверх, в сторону. Наблюдаемые ответы ЭМГ:

  • Повышенная активность передней большеберцовой мышцы, вызывающая тыльное сгибание и инверсию (поворот стопы внутрь) стопы.
  • Повышенная активность двуглавой мышцы бедра приведет к сгибанию колена, чтобы поднять стопу выше и в сторону от препятствия.
  • Снижение активности большой мышцы бедра увеличивает способность двуглавой мышцы бедра сгибать колено, чтобы подтянуть его вверх.

2. Во время фаза стойки, а умеренная интенсивность Стимуляция SN указывает на неровность местности и приводит к ответной реакции, которая обеспечивает жесткость и стабильность голеностопного сустава. Механизм этого ответа достигается за счет одновременной активации двух антагонистических мышц голеностопа.

  • Повышенная активность передней икроножной и большеберцовой мышц придает жесткость голеностопному суставу, помогая предотвратить растяжение голеностопного сустава.

3. Во время фаза стойки, а высокая интенсивность Стимуляция SN указывает на препятствие, которое потенциально может вызвать физическое повреждение стопы. В этом случае цель рефлекса - полностью отвести стопу от стимула.

  • Снижение активности икроножной мышцы позволит более полно вывернуть и перевернуть переднюю большеберцовую мышцу, тянущую стопу как вверх, так и внутрь, не позволяя стопе оставаться в контакте с потенциально повреждающей поверхностью.[6]

Поверхностный лучевой нерв (SR)

AnimatedAvatar.gif

Кожная стимуляция поверхностного лучевой нерв (расположенный на стороне большого пальца предплечья) будет вызывать кожный рефлекс в мышцах руки во время ритмичных движений руки аналогично тому, как это наблюдается в мышцах ног во время движение. Помимо своей роли в рефлекторных реакциях на саму руку, он будет модулировать кожные рефлексы мышц ног во время движения.[7] Этот рефлексивный ответ может быть рудиментарным пережитком нашего четвероногий родословная, соединяющая передняя конечность движение с задняя конечность движение.[8] Эту связь можно увидеть при обычной ходьбе, когда рука движется в ритме с противоположной ногой. Перекрестная синхронность может быть частично связана с общим нервный путь между верхними и нижними конечностями. Хотя функция этого скоординированного движения может быть задействована в поддержании баланса при смещении нашего центра масс, оно также участвует в локомотивных рефлексах. Стимуляция лучевого нерва во время ходьбы необычна и часто указывает на препятствие, достаточно высокое, чтобы войти в контакт с качающейся рукой. Одновременная или одновременная стимуляция как поверхностного малоберцового нерва (верхняя часть стопы), так и поверхностного лучевого нерва противоположного (контралатеральный ) рука говорит о том, что препятствие достаточно велико, чтобы споткнуться или упасть. Таким образом, ответная реакция активирует мышцы ног таким образом, чтобы подготовиться к такой возможности. ЭМГ-ответы на этот тип одновременной стимуляции включают значительные изменения в ноге напротив или (контралатеральный ) в сторону, получающую радиальное моделирование:

  • Повышенная активность передней большеберцовой мышцы и латеральной широкой мышцы бедра для придания ноге дополнительной жесткости и устойчивости.

Дополнительные переменные, регулирующие кожный рефлекторный ответ

Величина кожный рефлекс в мышцах ног может быть изменен множеством переменных. Изменения зависят от движения, фазы походки и могут быть либо возбуждающий или же тормозящий к нормальной кожной рефлекс шаблон.

Сложность или сложность задачи

Кожные рефлексы модулируются в условиях, которые нестабильность или сложные движения локомотива. В нестабильных условиях, таких как нарушения, возникающие при скрещивании рук, наблюдается облегчение или усиление как в ипсилатеральный и контралатеральный рефлексы, специфичные для мышц.[9] С поверхностный малоберцовый нерв стимуляция, ипсилатеральная двуглавая мышца бедра (сгибатель колена) и ипсилатеральный камбаловидная мышца (подошвенный сгибатель) рефлексы усиливаются во время замаха, позволяя ноге преодолеть препятствие. Напротив, противоположная, противоположная нога демонстрирует усиление обоих передняя большеберцовая мышца (дорсифлексор) и икроножная мышца (подошвенный сгибатель), обеспечивающий дополнительную жесткость ноги для устойчивости стоящей ноги.

Аналогичные результаты усиления видны как в визуально сложных условиях, таких как горизонтальная лестница,[10] и ходьба назад.[11] Эти ситуации демонстрируют облегчение контралатеральных рефлексов во время фазы стойки таким образом, чтобы обеспечить стабильность и модуляцию ипсилатерального рефлекса таким образом, чтобы позволить плавный переход через воспринимаемое препятствие.

Возможные клинические применения модуляции кожного рефлекса

Способность регулировать величину кожных рефлексов с помощью ритмичных движений рук или сложных условий имеет потенциальное значение для реабилитации пациентов с двигательной слабостью. Немного Инсульт у пациентов с осложнениями со стороны нижних конечностей наблюдается уменьшение или притупление кожный рефлексы. Эти нижние конечности рефлексы может быть усилен поверхностным лучевой нерв стимуляция за счет использования межконечностного рефлекса, наблюдаемого во время ритмичных движений рук между верхними и нижними конечностями. В усиление из контралатеральный передняя большеберцовая мышца наблюдаемое во время перехода от качания к стойке, может быть клинически полезным для предотвращения падение ноги во время фазы свинга для пациентов с инсультом.[12] Дальнейшие исследования необходимы для дальнейшего изучения эффективности усиления кожных рефлексов в качестве инструмента для повышения двигательной восприимчивости при реабилитации после инсульта.

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Шольц, Э., Динер, Х.С., Нот, Дж., Фридеманн, Х., Дичганс, Дж. И Бахер, М. (1987). ЭМГ-ответы со средней и длительной задержкой в ​​мышцах ног: болезнь Паркинсона. Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии, 50 (1), 66-70.
  2. ^ Накадзима, Т., Барсс, Т., Кларнер, Т., Комияма, Т., и Зер, Э. П. (2013). Усиление межконечных рефлексов, вызванных стимуляцией руки одновременно с кондиционированием стопы во время движения. BMC Neuroscience, 14.
  3. ^ Зер, Э. П., Комияма, Т., и Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
  4. ^ Зер, Э. П., Комияма, Т., и Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
  5. ^ Зер, Э. П., Комияма, Т., и Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
  6. ^ Зер, Э. П., Штейн, Р. Б., и Комияма, Т. (1998). Функция рефлексов икроножного нерва при ходьбе человека. Журнал физиологии-Лондон, 507 (1), 305-314.
  7. ^ де Кам, Д., Райкен, Х., Манинтвельд, Т., Ниенхуис, Б., Дитц, В., и Дуйсенс, Дж. (2013). Движения рук могут увеличить активность мышц ног во время субмаксимального шага лежа у неврологически здоровых людей. Журнал прикладной физиологии, 115 (1), 34-42.
  8. ^ Накадзима
  9. ^ Ламонт, Э. В., и Зер, Э. П. (2007). Контакт поручня с привязкой к земле способствует развитию кожных рефлексов между конечностями во время передвижения. Журнал нейрофизиологии, 98 (1), 433-442.
  10. ^ Руфф, К. Р., Миллер, А. Б., Делва, М. Л., Ладжуа, К., и Мэриголд, Д. С. (2014). Изменение кожных рефлексов при ходьбе под визуальным контролем. Журнал нейрофизиологии, 111 (2), 379-393.
  11. ^ Hoogkamer, W., Massaad, F., Jansen, K., Bruijn, S.M., & Duysens, J. (2012). Селективная двусторонняя активация мышц ног после раздражения кожных нервов при ходьбе назад. Журнал нейрофизиологии, 108 (7), 1933-1941.
  12. ^ Зер, Э. П., и Лодман, П. М. (2012). Сохранение локомоторных межконечных рефлекторных сетей при ходьбе после инсульта. Клиническая нейрофизиология, 123 (4), 796-807.