Збудливість первинної рухової кори у спортсменів карате Дослідження транскраніальної магнітної стимуляції
Вінченцо Монда
1 Кафедра експериментальної медицини, Університет Кампанії "Луїджі Ванвітеллі", Неаполь, Італія
Анна Валенцано
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Фіоренцо Москателлі
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Моніка Салерно
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Франческо Сесса
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Антоніо І. Тріджані
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Андреа Віджано
3 Кафедра медицини та хірургії, Університет Салерно, Салерно, Італія
Лаура Капраніка
4 Кафедра моторних наук, наук про людину та здоров'я, Римський університет, "Foro Italico", Рим, Італія
Габріелла Марсала
5 Складна фармацевтична структура, лікарняно-університетська компанія, Фоджа, Італія
Вінченцо Де Лука
6 Кафедра психіатрії Університету Торонто, Торонто, Онтаріо, Канада
Луїджі Циполлоні
7 Відділ анатомічних, гістологічних, криміналістичних та ортопедичних наук, Університет дельї Студі ді Рома Ла Сапієнца, Рим, Італія
Марія Руберто
8 кафедра медико-хірургічних та стоматологічних спеціальностей Університету Кампанії “Луїджі Ванвітеллі”, Неаполь, Італія
Франческо Преценцано
9 Кафедра психічного здоров'я, фізичної та профілактичної медицини, Клініка дитячої та підліткової нейропсихіатрії, Університет Кампанії "Луїджі Ванвітеллі", Неаполь, Італія
Марко Каротенуто
9 Кафедра психічного здоров'я, фізичної та профілактичної медицини, Клініка дитячої та підліткової нейропсихіатрії, Університет Кампанії "Луїджі Ванвітеллі", Неаполь, Італія
Крістіан Замміт
10 Кафедра анатомії, факультет медицини та хірургії, Мальтійський університет, Мсіда, Мальта
Моніка Гельцо
11 Кафедра молекулярної медицини та медичних біотехнологій Неапольського університету імені Федеріко II, Неаполь, Італія
Марчелліно Монда
1 Кафедра експериментальної медицини, Університет Кампанії "Луїджі Ванвітеллі", Неаполь, Італія
Джузеппе Сібеллі
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Джованні Мессіна
2 Кафедра клінічної та експериментальної медицини Університету Фоджія, Фоджа, Італія
Антоніетта Мессіна
1 Кафедра експериментальної медицини, Університет Кампанії "Луїджі Ванвітеллі", Неаполь, Італія
Анотація
Призначення: Механізми, що беруть участь у координації м’язової діяльності, не повністю відомі: для дослідження адаптаційних змін в руховій корі людини часто застосовували транскраніальну магнітну стимуляцію (ТМС). Спортивні моделі часто використовуються для вивчення того, як тренування може вплинути на збудливість кортикоспінальної системи: карате представляє цінну спортивну модель для такого роду досліджень завдяки високому рівню координації, необхідному спортсменам. Це дослідження було спрямоване на вивчення можливих змін порогового рухового стану спокою (rMT) та кортикоспінальної реакції у спортсменів-каратистів, а також на визначення того, чи характеризуються спортсмени конкретним значенням rMT.
Методи: Ми набрали 25 правобічних молодих спортсменів-каратистів та 25 відповідних не-спортсменів. TMS застосовували до первинної рухової кори (M1). Моторно-викликаний потенціал (MEP) реєстрували два електроди, розміщені над першим спинним міжкістковим (ПІІ) м’язом. Ми розглянули затримки та амплітуди MEP при rMT, 110% від rMT та 120% від rMT.
Результати: Ці дві групи були подібні за віком (р> 0,05), зростом (р> 0,05) та масою тіла (р> 0,05). TMS мала 70-мм котушку восьмерика і максимальну потужність 2,2 Т, розміщену над лівою моторною корою. Під час стимуляції механічна рука утримувала спіраль по дотичній до шкіри голови, при цьому рукоятка знаходилася на 45 ° відносно середньої лінії. Навігаторна система SofTaxic (E.M.S. Italy, www.emsmedical.net) була використана для того, щоб правильно ідентифікувати та повторити стимуляцію для кожного суб'єкта. У порівнянні з не спортсменами, спортсмени показали нижчий руховий поріг спокою (p Ключові слова: нервова пластичність, транскраніальна магнітна стимуляція, кортикальна збудливість, руховий поріг, руховий потенціал
Вступ
Рухова підготовка та професійний досвід призводять до великих змін у мозку (Penhune and Steele, 2012; Hardwick et al., 2013; Dai et al., 2016). Як раніше було описано в багатьох електрофізіологічних дослідженнях, моделі активації нейронів у різних областях мозку пов'язані з різними корковими мережами після тривалого навчання (Fourkas et al., 2008; Wei and Luo, 2010; Schlaffke et al., 2014). Спостерігаючи за дією танців із дзеркальними системами, було описано, що треновані спортсмени демонстрували більші двосторонні активації в рухових зонах кори (Calvo-Merino et al., 2005). Для дослідження різних аспектів нейрофізіології людини з акцентом на функцію кортикоспінальної системи корисний інструмент є одноімпульсна транскраніальна магнітна стимуляція (TMS) (Fitzgerald et al., 2006). У класичних експериментах з TMS моторно-викликані потенціали (MEP) від м'язової діяльності реєструються завдяки електроміографічним (ЕМГ) електродам після стимуляції первинної рухової кори (M1). Порогову інтенсивність можна визначити як інтенсивність, яка викликає МЕ з заданою амплітудою під час послідовних випробувань на м’язі. Інтенсивність ТМС можна встановити у відсотках від цієї порогової інтенсивності, але, оскільки вона різна для кожного суб'єкта, необхідно провести вимірювання цього порогового значення (Вассерманн, 1998).
TMS добре оцінюється при характеристиці нервово-м’язових реакцій на стимуляцію кори. Він використовувався для вивчення патологічних станів (Rothwell, 2011), механізмів втоми в малих ізольованих групах м’язів (Taylor and Gandevia, 2008), кортикоспінального вкладу в ходу людини (Goodall et al., 2014) та гострих нервових адаптацій після силові тренування (Carroll et al., 2001; Gruber et al., 2009; Tibullo et al., 2013; Moscatelli et al., 2016c).
Для дослідження адаптивних змін в руховій корі людини широко використовувались ТМС та нейровізуалізація (Pascual-Leone et al., 1995; Missitzi et al., 2011; Chieffi et al., 2014; Viggiano et al., 2016), сприяючи розуміння того, як мозкові мережі організовують оптимальні рухові програми, які координують м’язову діяльність, що бере участь у ряді завдань рухового навчання (Nielsen and Cohen, 2008). У дослідженнях TMS збудливість рухової кори стала основою для оцінки MEP периферійних м'язів (Lee et al., 2010). Спортивна діяльність може бути повторюваною або ситуативною: у повторюваній моделі, такі як балістичні рухи пальців, адаптація рухової кори показала подібність із процесами рухового навчання. Повторюваний тренінг асоціюється з негайним збільшенням реакції МЕР, і в ході поперечних досліджень було показано, що між суб'єктами з різним ступенем моторики спостерігаються подібні зміни (Selvanayagam et al., 2011).
Загалом, спортсмени карате, як правило, демонструють кращі показники фізичної підготовленості порівняно з контролем, такі як вища м’язова витривалість та гнучкість. Більше того, щодо даних досліджень DTI атлетичні групи показують значно нижчу фракційну анізотропію (FA) та незначно вищі середні значення дифузійності (MD) у внутрішньому сегменті globus pallidus (GPi) порівняно з контрольною групою. Ці результати свідчать про те, що професійний спорт пов’язаний із змінами цілісності білої речовини в певних регіонах базальних гангліїв (Chang et al., 2015).
Конкретні поведінкові вимоги тренувального досвіду можуть сильно вплинути на реорганізацію рухової кори. Порівнюючи менш досвідчених гравців та неігрові елементи управління з висококваліфікованими гравцями в ракетки, було виявлено більшу репрезентацію моторики рук разом із вищими амплітудами MEP (Pearce et al., 2000; Barone et al., 2017) Подібні результати були отримані при аналізі висококваліфікованих волейболістів проти бігуни, показуючи, перші, вищі, що перекриваються, зображення радіальних м’язів карпі та медіального дельтоподібного (Tyc et al., 2005). Крім того, останні дослідження показали, що існує взаємозв'язок між руховою координацією та збудливістю кори (Moscatelli et al., 2016a), а також між м'язовою втомою та збудливістю кори (Moscatelli et al., 2016b, c). Метою цього дослідження було перевірити, чи мають спортсмени карате різний руховий поріг спокою (rMT) та кортикоспінальну реакцію (MEP) порівняно з контролем. Більше того, використовуючи криву характеристики робочої характеристики приймача (ROC), ми дослідили, чи спортсмени характеризуються конкретним значенням rMT.
Матеріали і методи
предметів
Ми зарахували 25 спортсменів карате та набрали 25 відповідних не спортсменів (антропометричне вимірювання в Таблиці Таблиця1). 1). Усі спортсмени були чоловіками та правшами, як оцінив Едінбурзький опис рук (Oldfield, 1971). Усі процедури відповідали директивам Гельсінської декларації та були затверджені Інституційним етичним комітетом Університету Фоджа. Спортсмени були чорними поясами кавказького карате. Вони змагались на національному та міжнародному рівнях; вони тренували щонайменше п’ять 2-годинних занять щотижня протягом попередніх 5 років. Контрольну групу складали люди, які не займалися жодним змагальним або аматорським видом спорту. За два дні до записів усі випробовувані не виконували фізичних навантажень. Всі учасники підписали інформовану згоду: було проілюстровано всі можливі ризики, пов'язані з експериментальною моделлю. Більше того, медична оцінка підтвердила відсутність припущення щодо психоактивних або вазоактивних ліків, факторів ризику та будь-якого протипоказання (Rossini et al., 2015). Усі суб'єкти підписують інформовану згоду перед експериментальним завданням.
Таблиця 1
Антропометричні характеристики експериментальних груп.
| Вік (рік) | 24,9 ± 4,9 | 26,2 ± 4,5 | > 0,05 |
| Висота (см) | 176,1 ± 3,9 | 176,3 ± 7,2 | > 0,05 |
| Маса тіла (кг) | 78,1 ± 11,4 | 80,7 ± 10,4 | > 0,05 |
Значення виражаються як середнє значення ± стандартне відхилення.
Методологія
Аналіз сигналу був сфокусований на виділенні трьох нейрофізіологічних параметрів: rMT, затримка MEP та амплітуда MEP. MEP - це електричний потенціал, який реєструється від м’яза після безпосередньої стимуляції рухової кори, якщо його інтенсивність вища, ніж rMT. Цей поріг можна визначити як найнижчу інтенсивність, необхідну для того, щоб мати 50% ймовірність викликати 50 мкВ MEP, коли м’яз повністю розслаблений. Це значення варіюється серед населення та різних м’язів. rMT вимірювали у спокої, виражаючи у відсотках від максимального виходу стимулятора.
Отже, щоб забезпечити однакову відносну інтенсивність стимуляції для кожного суб’єкта, інтенсивність стимуляції встановлювали на рівні 110–120% від rMT, „основної одиниці дозування“ (Borckardt et al., 2006). Затримки MEP (тобто швидкість, з якою нервовий сигнал поширюється від рухової кори до м’яза) та амплітуди (тобто величина кортикоспінальної збудливості) при rMT, 110% rMT (110% rMT) та 120% від rMT (120% rMT) вимірювали за допомогою записів.
Латентність MEP - це час між самим тригером (настанням квадратної хвилі) і початком м’язової реакції. Для стану rMT усереднено п’ять відповідей. Для умов 110% rMT та 120% rMT ми отримували в середньому десять послідовних відповідей.
Статистичний аналіз
Таблиця 2
Двигун викликав потенційні результати затримки та амплітуди.
| rMTintenity | Затримка (мс) | 22,16 ± 1,7 | 24,75 ± 1,1 | 0,05 | 3.61 |
Значення виражаються в середньому ± стандартне відхилення. rMT, поріг двигуна спокою.