Кожные или кожные рефлексы активируются кожными рецепторами и играют важную роль в передвижении , обеспечивая быстрое реагирование на неожиданные проблемы окружающей среды. 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 ( физиотерапии ) для людей с аномалиями походки .
.jpg/440px-Obstacle_Course_2_(6452150563).jpg)
Предпосылки рефлекторного пути [ править ]
Рефлексы - жизненно важная часть 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. Существуют также рефлекторные пути, участвующие в более динамичных действиях, таких как ходьба и бег, которые помогают обеспечить плавную походку и позволяют нам быстро реагировать на препятствия или неожиданные возмущения или беспокойства.
Рефлекторный путь ( рефлекторная дуга ) - это последовательность нейронов, соединяющих сенсорный вход ( афферентный нейрон ) с моторным выходом ( эфферентный нейрон ), что приводит к поведенческой реакции. Общий путь спинального рефлекса - это тот, который включает нейроны, содержащиеся в спинном мозге . Однако мозг также может вносить дополнительные ( надспинальные ) вклады, которые могут модулировать реакцию рефлекса на сенсорную информацию.
Общие рефлекторные пути [ править ]
.jpg){kind=link}
Рефлексы могут быть очень простыми, как в моносинаптическом рефлексе , который содержит только один синапс , или более сложными, как в полисинаптическом рефлексе , который включает более одного синапса . Коленный рефлекс рефлекс является распространенным примером моносинаптического рефлекса , когда один смотрит на Четырехглавый двигательную реакцию пинать вашу ногу. Его также можно использовать в качестве примера полисинаптического рефлекса при рассмотрении участия тормозных интернейронов в расслаблении подколенных сухожилий . Сложность рефлекса можно оценить, исследуя временную задержку или латентность.между электрической стимуляцией сенсорного нейрона и соответствующей двигательной реакцией, измеренной с помощью ЭМГ ( электромиографии ). Большинство рефлексов можно разделить на одну из трех групп в зависимости от латентности ответа на ЭМГ. Рефлекс с короткой задержкой (SLR) является самым быстрым (~ 40-50 мс) и включает моносинаптический путь. Рефлекс со средней задержкой (MLR) использует интернейроны в спинном мозге 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 [ править ]
Кожные рецепторы - это тип сенсорных рецепторов , которые реагируют на раздражители (прикосновение, давление, боль, температура), которые предоставляют информацию о контакте с внешней средой. Распространенный рефлекс с участием кожных рецепторов - это перекрестный разгибательный рефлекс . Этот рефлекс активируется, когда мы испытываем болезненный раздражитель в нижней части стопы, например, наступаем на гвоздь. Ответ заключается в том, чтобы быстро отвести ногу, которая наступила на закрепку, и в то же время перенести вес тела на противоположную ( контралатеральную ) ногу для равновесия.
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 латентностью), так и LLR (реакция с длительным латентным периодом) EMG, что указывает на то, что это полисинаптический рефлекс , вовлекающий спинномозговые интернейроны или надспинальные пути [2]
Функциональная роль [ править ]
Кожный рефлекс объясняется функциональными реакциями [3] на нарушения, возникающие во время движения, и, следовательно, зависит от того, какой кожный нерв стимулируется. Примеры нервов, кожные ветви которых были исследованы:
1. Поверхностный малоберцовый нерв или 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 (иннервирующая предплечье и кисть со стороны большого пальца)
Передвижение человека часто рассматривается с точки зрения цикла походки. Кожные рефлексы демонстрируют различия в активированных мышцах и времени, в которое они активируются, в зависимости от того, в какой части цикла походки происходит стимуляция. Этот вариант предполагает функциональную роль рефлекса в обеспечении плавного изменения походки при столкновении с препятствиями и сложной местности или их ожидании. Основные задействованные мышцы включают четыре (4) движения, важных для передвижения:
| Движение ног | Группа мышц | Типичная измеренная мышца для ЭМГ активности |
|---|---|---|
| Сгибание колена | Подколенные сухожилия | Двуглавая мышца бедра |
| Колено разгибание | Квадрицепс | Большая латеральная мышца |
| Подошвенное сгибание голеностопного сустава (указательные пальцы) | Икроножные мышцы | Gastrocnemius или Soleus |
| Тыльное сгибание голеностопного сустава (поднятие пальцев ног вверх) | Мышца голени | Передняя большеберцовая мышца |
Поверхностный малоберцовый нерв (SF) [ править ]
Кожная стимуляция поверхностного малоберцового нерва (SF) обычно происходит, 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-реакции мышц 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) [ править ]
Стимуляция большеберцового нерва (TN) демонстрирует фазозависимую реакцию, при которой активация мышц варьируется в зависимости от того, в какой части цикла походки находится человек, когда происходит стимуляция.
1. При нормальной ходьбе без препятствий активация TN при переходе от стойки к замаху должна уменьшаться, когда ступня начинает отрываться от земли. В этом случае повышенная стимуляция TN предполагает царапание нижней частью стопы по земле. Рефлексивный ответ поднимет ногу, 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 над землей.
2. Активация TN во время позднего замаха при нормальной ходьбе должна начать усиливаться, когда ступня начнет 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) [ править ]
Стимуляция икроножного нерва (СН) 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 столкновении с неровной поверхностью. Ответ, зависящий от интенсивности, указывает на уровень активации и, следовательно, на возможность нанесения вреда.
1. Во время фазы 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 ступню 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 фазы опоры , A умеренной интенсивности стимуляции СН свидетельствует о неровной местности , и приведет к реакции , что обеспечивает жесткость и устойчивость к лодыжке. Механизм этой реакции достигается за счет одновременной активации двух антагонистических мышц голеностопного сустава.
- Повышенная активность передней икроножной и большеберцовой мышц придает жесткость голеностопному суставу, помогая предотвратить растяжение голеностопного сустава.
3. Во время фазы опоры , высокая интенсивность SN стимуляция указывает на препятствие , которое потенциально может привести к физическому повреждению стопы. В этом случае цель рефлекса - полностью отвести стопу от раздражителя.
- 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) [ править ]
Кожный стимуляция поверхностного лучевого нерва (расположенный на стороне большого пальца предплечья) будет вызывать кожный рефлекс в мышцах плеча во время ритмических движений рук способа , подобного тому , что наблюдается с мышцами ног во время передвижения . Помимо своей роли в рефлекторных реакциях на саму руку, он будет модулировать кожные рефлексы мышц ног во время передвижения. [7] Этот рефлексивный ответ может быть рудиментарным остатком от наших четвероногих предков, связывая движение передних конечностей с движением задних конечностей . [8]Эту связь можно увидеть при обычной ходьбе, когда рука качается в ритме с противоположной ногой. Перекрестная синхронность может быть частично из-за общего нервного пути 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 ( контралатерального) нерва.) рука предполагает, что препятствие достаточно велико, чтобы споткнуться или упасть. Следовательно, реакция активирует мышцы ног таким образом, чтобы подготовиться к такой возможности. ЭМГ-ответы на этот тип одновременной стимуляции включают значительные изменения в ноге, противоположной или ( контралатеральной ) стороне, принимающей радиальное моделирование:
- Повышенная активность передней большеберцовой мышцы и латеральной широкой мышцы бедра для придания ноге дополнительной жесткости и устойчивости.
Дополнительные переменные, модулирующие кожный рефлекторный ответ [ править ]
Величина кожного рефлекса в мышцах ног может быть изменена множеством переменных. Изменения зависят от движения, фазы походки и могут быть либо возбуждающими, либо подавляющими по отношению к нормальному кожному рефлексу .
Сложность или сложность задачи [ править ]
Кожные рефлексы модулируются в условиях нестабильности или сложных двигательных движений. В нестабильных условиях, таких как нарушения, возникающие при скрещивании рук, происходит облегчение или усиление как ипсилатеральных, так и контралатеральных рефлексов, специфичных для мышц. [9] При стимуляции поверхностного малоберцового нерва рефлексы ипсилатеральной двуглавой мышцы бедра (сгибатель колена) и ипсилатеральной камбаловидной мышцы (подошвенный сгибатель) усиливаются во время замаха, позволяя ноге преодолеть препятствие. Напротив, противоположная, противоположная, нога демонстрирует усиление обеих передних большеберцовых мышц.(тыльный сгибатель ) и икроножная мышца (подошвенный сгибатель), обеспечивающие дополнительную жесткость ноги для устойчивости стоящей ноги.
Сходные результаты усиления наблюдаются как в визуально сложных условиях, например, при шагании по горизонтальной лестнице [10], так и при ходьбе задним ходом. [11] Эти ситуации демонстрируют облегчение контрлатеральных рефлексов во время фазы стойки таким образом, чтобы обеспечить стабильность и модуляцию ипсилатерального рефлекса таким образом, чтобы обеспечить плавный переход через воспринимаемое препятствие.
Возможные клинические применения модуляции кожного рефлекса [ править ]
Способность регулировать величину кожных рефлексов с помощью ритмических движений рук или сложных условий имеет потенциальное значение для реабилитации пациентов с двигательной слабостью. У некоторых пациентов с инсультом с осложнениями нижних конечностей наблюдаются пониженные или притупленные кожные рефлексы. Эти рефлексы нижних конечностей можно усилить с помощью стимуляции поверхностного лучевого нерва , используя межконечностный рефлекс, наблюдаемый во время ритмичных движений руки между верхними и нижними конечностями. Усиление на контралатеральной передней большеберцовой видно во время замаха к переходу стояния может быть клинически полезным для предотвращения падения стопыво время фазы свинга для пациентов с инсультом. [12] Необходимы дальнейшие исследования для дальнейшего изучения эффективности усиления кожных рефлексов в качестве инструмента для повышения двигательной восприимчивости при реабилитации после инсульта.
Внешние ссылки [ править ]
- Видео-пример реакции на спотыкание в Нью-Йорке
- Анализ походки
- Межконечностная координация движений
- Рефлексы верхних конечностей в реабилитации
- Визуальный ввод и координация локомотива
Ссылки [ править ]
- ^ Scholz, Е., Динер, НС, Noth J., Фридеманн H., Dichgans J., & Bacher, M. (1987). ЭМГ-ответы со средней и большой задержкой в мышцах ног: болезнь Паркинсона. Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии, 50 (1), 66-70.
- ^ Накаджима, Т., Barss, Т., Klarner, Т., Комияма, Т., & Зер, ЕР (2013). Усиление межконечных рефлексов, вызванных стимуляцией руки одновременно с кондиционированием стопы во время движения. BMC Neuroscience, 14.
- ^ Зер, ЕР, Комияма, Т., & Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
- ^ Зер, ЕР, Комияма, Т., & Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
- ^ Зер, ЕР, Комияма, Т., & Штейн, Р. Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
- ^ Зер, ЕР, Штейн, РБ, & Комиям, Т. (1998). Функция рефлексов икроножного нерва при ходьбе человека. Журнал физиологии-Лондон, 507 (1), 305-314.
- ^ де Кам, Д., Райкен, Х., Манинтвельд, Т., Ниенхейс, 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.
- ^ Накадзима
- Перейти ↑ Lamont, EV, & Zehr, EP (2007). Контакт поручня с привязкой к земле способствует развитию кожных рефлексов между конечностями во время передвижения. Журнал нейрофизиологии, 98 (1), 433-442.
- Перейти ↑ Ruff, CR, Miller, AB, Delva, ML, Lajoie, K., & Marigold, DS (2014). Изменение кожных рефлексов при ходьбе под визуальным контролем. Журнал нейрофизиологии, 111 (2), 379-393.
- ^ Hoogkamer, У., Массаад Ф., Jansen, К., Бройн, С.М., & Дюйзенс, J. (2012). Избирательная двусторонняя активация мышц ног после раздражения кожных нервов при ходьбе назад. Журнал нейрофизиологии, 108 (7), 1933-1941.
- ^ Зер, EP, и Loadman, PM (2012). Сохранение локомоторных межконечных рефлекторных сетей при ходьбе после инсульта. Клиническая нейрофизиология, 123 (4), 796-807.
