Възбудимост на първичната двигателна кора при спортисти по карате: Проучване за транскраниална магнитна стимулация

Винченцо Монда

1 Катедра по експериментална медицина, Университет в Кампания „Луиджи Вантелили“, Неапол, Италия

Ана Валенсано

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Фиоренцо Москатели

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Моника Салерно

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Франческо Сеса

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Антонио И. Триджани

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Андреа Виджано

3 Катедра по медицина и хирургия, Университет в Салерно, Салерно, Италия

Лора Капраника

4 Катедра по моторни, човешки и здравни науки, Римски университет, „Foro Italico“, Рим, Италия

Габриела Марсала

5 Сложна аптечна структура, болнично-университетска компания, Фоджа, Италия

Винченцо Де Лука

6 Катедра по психиатрия, Университет в Торонто, Торонто, Онтарио, Канада

Луиджи Циполони

7 Катедра по анатомични, хистологични, криминалистични и ортопедични науки, Università degli Studi di Roma La Sapienza, Рим, Италия

Мария Руберто

8 Катедра по медицинско-хирургични и стоматологични специалитети, Университет на Кампания „Луиджи Ванвилили“, Неапол, Италия

Франческо Преценцано

9 Катедра по психично здраве, физическа и превантивна медицина, Клиника по детска и юношеска невропсихиатрия, Университет на Кампания „Луиджи Ванвители“, Неапол, Италия

Марко Каротенуто

Кристиан Замит

10 Катедра по анатомия, Факултет по медицина и хирургия, Университет на Малта, Msida, Малта

Моника Гелцо

11 Катедра по молекулярна медицина и медицински биотехнологии, Университет в Неапол Федерико II, Неапол, Италия

Марчелино Монда

1 Катедра по експериментална медицина, Университет в Кампания „Луиджи Вантелили“, Неапол, Италия

Джузепе Чибели

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Джовани Месина

2 Катедра по клинична и експериментална медицина, Университет в Фоджа, Фоджа, Италия

Антониета Месина

1 Катедра по експериментална медицина, Университет в Кампания „Луиджи Вантелили“, Неапол, Италия

Резюме

Предназначение: Механизмите, участващи в координацията на мускулната дейност, не са напълно известни: за изследване на адаптивните промени в човешката двигателна кора често се използва транскраниална магнитна стимулация (TMS). Спортните модели често се използват, за да се изследва как тренировката може да повлияе на възбудимостта на кортикоспиналната система: Карате представлява ценен спортен модел за този вид изследвания поради високите нива на координация, необходими на спортистите. Това проучване беше насочено към изследване на възможни промени в двигателния праг на покой (rMT) и в кортикоспиналния отговор при каратистите, както и да определи дали спортистите се характеризират със специфична стойност на rMT.

Методи: Набрахме 25 млади състезатели по карате с дясна ръка и 25 състезатели, които не се състезаваха. TMS се прилага към първичната двигателна кора (M1). Моторно предизвикан потенциал (MEP) са регистрирани от два електрода, поставени над първия гръбен междукостен мускул (FDI). Разгледахме латентности и амплитуди на MEP при rMT, 110% от rMT и 120% от rMT.

Резултати: Двете групи са сходни по възраст (p> 0,05), височина (p> 0,05) и телесна маса (p> 0,05). TMS имаше 70-милиметрова намотка за осмица и максимална мощност от 2,2 T, поставена върху лявата кора на двигателя. По време на стимулацията, механична ръка държи намотката тангенциална към скалпа, като дръжката е на 45 ° спрямо средната линия. Навигационната система SofTaxic (E.M.S. Italy, www.emsmedical.net) беше използвана, за да идентифицира и повтаря правилно стимулацията за всеки обект. В сравнение с неспортистите, спортистите показват по-нисък двигателен праг в покой (p Ключови думи: невронна пластичност, транскраниална магнитна стимулация, кортикална възбудимост, двигателен праг, двигателен потенциал

Въведение

Двигателното обучение и професионалният опит водят до големи промени в мозъка (Penhune and Steele, 2012; Hardwick et al., 2013; Dai et al., 2016). Както е описано по-рано в много електрофизиологични проучвания, моделите на активиране на невроните в различни мозъчни области са свързани с различни кортикални мрежи след дългосрочно обучение (Fourkas et al., 2008; Wei and Luo, 2010; Schlaffke et al., 2014). Наблюдавайки действието на танците с огледалните системи, беше описано, че тренираните спортисти показват по-големи двустранни активирания в свързаните с мотора кортикални области (Calvo-Merino et al., 2005). За изследване на различни аспекти на човешката неврофизиология, с фокус върху кортикоспиналната функция, едноимпулсната транскраниална магнитна стимулация (TMS) представлява полезен инструмент (Fitzgerald et al., 2006). В класически експерименти с TMS, двигателните потенциали (MEP) от мускулни дейности се записват благодарение на електромиографски (EMG) електроди след стимулация на първичната моторна кора (M1). Интензивността на прага може да се определи като интензивност, която предизвиква членове на ЕП с дадена амплитуда по време на последователни опити в мускула. Интензитетът на TMS може да бъде настроен на процент от този интензитет на прага, но тъй като той е различен за всеки субект, трябва да се направи измерване на този праг (Wassermann, 1998).

TMS се оценява добре при характеризирането на нервно-мускулните отговори на кортикалната стимулация. Използван е за изследване на патологични състояния (Rothwell, 2011), механизми на умора при малки, изолирани мускулни групи (Taylor and Gandevia, 2008), кортикоспинален принос към човешката походка (Goodall et al., 2014) и остри невронни адаптации след силова тренировка (Carroll et al., 2001; Gruber et al., 2009; Tibullo et al., 2013; Moscatelli et al., 2016c).

За изследване на адаптивни промени в човешката двигателна кора TMS и широко използвани техники за невроизображение (Pascual-Leone et al., 1995; Missitzi et al., 2011; Chieffi et al., 2014; Viggiano et al., 2016), допринасящи за разбиране на това как мозъчните мрежи организират оптималните двигателни програми, които координират мускулната дейност, участваща в няколко задачи на двигателното обучение (Nielsen and Cohen, 2008). В проучванията на TMS възбудимостта на моторната кора е станала фундаментална за оценката на MEP на периферните мускули (Lee et al., 2010). Спортната дейност може да бъде повтаряща се или ситуативна: в повтарящия се модел, като балистични движения на пръстите, адаптациите на двигателната кора показват сходство с процесите на двигателно обучение. Повтарящото се обучение е свързано с незабавно увеличаване на отговора на членовете на Европейския парламент и в проучвания с напречно сечение е показано, че има подобни промени сред субектите с различна степен на двигателни умения (Selvanayagam et al., 2011).

Като цяло спортистите по карате са склонни да показват по-добри показатели за физическа подготовка в сравнение с контрола си, като по-висока мускулна издръжливост и гъвкавост. Освен това, за данните от изследванията на DTI атлетичните групи показват значително по-ниска фракционна анизотропия (FA) и незначително по-високи стойности на средна дифузивност (MD) във вътрешния сегмент на globus pallidus (GPi) в сравнение с контролната група. Тези открития предполагат, че професионалният спорт е свързан с промени в целостта на бялото вещество в специфични региони на базалните ганглии (Chang et al., 2015).

Специфичните поведенчески изисквания на тренировъчния опит могат силно да повлияят на реорганизацията на моторната кора. Сравнявайки по-малко опитни играчи и неиграещи контроли с висококвалифицирани играчи на ракета, беше установено по-голямо представяне на мотора на ръка, заедно с по-високи амплитуди на MEP (Pearce et al., 2000; Barone et al., 2017). Подобни резултати бяха докладвани при анализ на висококвалифицирани волейболисти vs. бегачи, показващи, бившите, по-високо припокриващи се изображения на радиалните мускули на карпи и медиалния делтоид (Tyc et al., 2005). Освен това, скорошни проучвания показват, че съществува корелация между двигателната координация и кортикалната възбудимост (Moscatelli et al., 2016a) и между умората на мускулите и кортикалната възбудимост (Moscatelli et al., 2016b, c). Целта на това проучване беше да се провери дали спортистите по карате имат различен двигателен праг в покой (rMT) и кортикоспинален отговор (MEP) в сравнение с контролите. Освен това, използвайки кривата на характеристиките на приемника (ROC), ние изследвахме дали спортистите се характеризират със специфична стойност на rMT.

Материали и методи

субекти

Ние записахме 25 състезатели по карате и бяха наети 25 състезатели, които не се състезаваха (антропометричното измерване в таблица Таблица1). 1). Всички спортисти са били мъже и десничари, както е оценено от Единбургския опис на ръцете (Oldfield, 1971). Всички процедури бяха съобразени с директивите на Декларацията от Хелзинки и бяха одобрени от Институционалния етичен комитет на Университета в Фоджа. Състезателите бяха кавказки карате черни колани. Те се състезаваха на национално и международно ниво; те са обучавали поне пет двучасови сесии всяка седмица през последните 5 години. Контролната група беше съставена от хора, които не се занимаваха с никакъв състезателен или любителски спорт. Два дни преди записите всички субекти не са извършвали физическа активност. Всички участници са записали информирано съгласие: илюстрирани са всички възможни рискове, свързани с експерименталния модел. Нещо повече, медицинска оценка потвърди липсата на психоактивно или вазоактивно приемане на лекарства, рискови фактори и всякакъв вид противопоказания (Rossini et al., 2015). Всички субекти подписват информирано съгласие преди експерименталната задача.

маса 1

Антропометрични характеристики на експерименталните групи.

параметърКаратистиНеспортистир-стойност

Възраст (година)	24,9 ± 4,9	26,2 ± 4,5	> 0,05
Височина (см)	176,1 ± 3,9	176,3 ± 7,2	> 0,05
Телесна маса (кг)	78,1 ± 11,4	80,7 ± 10,4	> 0,05

Стойностите се изразяват като средно ± стандартно отклонение.

Методология

Анализът на сигнала беше фокусиран, за да се извлекат три неврофизиологични параметъра: rMT, MEP латентност и MEP амплитуда. MEP е електрическият потенциал, записан от мускула след директна стимулация на моторната кора, ако неговата интензивност е по-висока от rMT. Този праг може да се определи като най-ниската интензивност, необходима, за да има 50% вероятност да предизвика 50 μV MEP, когато мускулът е напълно отпуснат. Тази стойност варира сред населението и различните мускули. rMT беше измерен в покой, изразен като процент от максималния изход на стимулатора.

Следователно, за да се осигури еднаква относителна интензивност на стимулация за всеки субект, интензивността на стимулация е определена на 110–120% от rMT, „основната единица на дозиране“ (Borckardt et al., 2006). MEP латентности (т.е. скоростта, с която невронният сигнал се разпространява от моторната кора до мускула) и амплитудите (т.е. величината на кортикоспиналната възбудимост) при rMT, 110% от rMT (110% rMT) и 120% от rMT (120% rMT) бяха измерени посредством записите.

Латентността на MEP беше времето между самия спусък (началото на квадратната вълна) и началото на мускулната реакция. За rMT състояние бяха усреднени пет отговора. За условия на 110% rMT и 120% rMT усреднихме десет последователни отговора.

Статистически анализ

Таблица 2

Двигателят предизвика потенциални резултати от латентност и амплитуда.

Несмисленост на стимулациятапараметриСпортистиНеспортистир-стойностΔ%

rMTintensity

Латентност (ms)

22,16 ± 1,7

24,75 ± 1,1

0,05

3.61

Стойностите се изразяват в средно ± стандартно отклонение. rMT, праг на двигателя в покой.