Primárna excitabilita motorickej kôry u športovcov karate. Štúdia transkraniálnej magnetickej stimulácie
Vincenzo Monda
1 Katedra experimentálnej medicíny, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Anna Valenzano
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Fiorenzo Moscatelli
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Monica Salerno
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Francesco Sessa
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Antonio I. Triggiani
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Andrea Viggiano
3 Klinika medicíny a chirurgie, Univerzita v Salerne, Salerno, Taliansko
Laura Capranica
4 Katedra motoristických, humanitných a zdravotníckych vied, Rímska univerzita, „Foro Italico“, Rím, Taliansko
Gabriella Marsala
5 Complex Pharmacy Structure, Hospital-University Company, Foggia, Taliansko
Vincenzo De Luca
6 Katedra psychiatrie, University of Toronto, Toronto, ON, Kanada
Luigi Cipolloni
7 Katedra anatomických, histologických, forenzných a ortopedických vied, Università degli Studi di Roma La Sapienza, Rím, Taliansko
Maria Ruberto
8 Katedra lekársko-chirurgických a zubných špecialít, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Francesco Precenzano
9 Ústav duševného zdravia, fyzikálne a preventívne lekárstvo, Klinika neuropsychiatrie detí a dorastu, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Marco Carotenuto
9 Ústav duševného zdravia, fyzikálne a preventívne lekárstvo, Klinika neuropsychiatrie detí a dorastu, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Christian Zammit
10 Anatomy Department, Medicine and Surgery, University of Malta, Msida, Malta
Monica Gelzo
11 Katedra molekulárnej medicíny a lekárskej biotechnológie, Neapolská univerzita Federica II, Neapol, Taliansko
Marcellino Monda
1 Katedra experimentálnej medicíny, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Giuseppe Cibelli
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Giovanni Messina
2 Katedra klinickej a experimentálnej medicíny, Foggia University, Foggia, Taliansko
Antonietta Messina
1 Katedra experimentálnej medicíny, Kampánska univerzita „Luigi Vanvitelli“, Neapol, Taliansko
Abstrakt
Účel: Mechanizmy zapojené do koordinácie svalovej činnosti nie sú úplne známe: na skúmanie adaptívnych zmien v ľudskej motorickej kôre sa často používala transkraniálna magnetická stimulácia (TMS). Športové modely sa často používajú na štúdium toho, ako môže tréning ovplyvniť excitabilitu kortikospinálneho systému: Karate predstavuje pre tento druh vyšetrovania cenný športový model pre svoju vysokú úroveň koordinácie požadovanú od športovcov. Táto štúdia bola zameraná na preskúmanie možných zmien v pokojovom motorickom prahu (rMT) a v kortikospinálnej odpovedi u karatistov a na zistenie, či sú športovci charakterizovaní špecifickou hodnotou rMT.
Metódy: Prijali sme 25 pravých mladých športovcov karate a 25 zhodných nešportovcov. TMS sa aplikoval na primárnu motorickú kôru (M1). Motoricky vyvolaný potenciál (MEP) bol zaznamenaný dvoma elektródami umiestnenými nad prvým dorzálnym medzikostným (FDI) svalom. Zvažovali sme latenciu a amplitúdy MEP pri rMT, 110% rMT a 120% rMT.
Výsledky: Tieto dve skupiny boli podobné podľa veku (p> 0,05), výšky (p> 0,05) a telesnej hmotnosti (p> 0,05). TMS mala cievku číslo 8 o sile 70 mm a maximálny výkon 2,2 T umiestnenú cez ľavú motorickú kôru. Počas stimulácie udržiavalo mechanické rameno cievku tangenciálnu k pokožke hlavy, s rukoväťou v uhle 45 ° k stredovej čiare. Na správnu identifikáciu a opakovanie stimulácie pre každý subjekt bol použitý navigačný systém SofTaxic (E.M.S. Taliansko, www.emsmedical.net). V porovnaní s nešportovcami vykazovali športovci nižší pokojový motorický prah (p Kľúčové slová: nervová plasticita, transkraniálna magnetická stimulácia, kortikálna excitabilita, motorický prah, motorický evokovaný potenciál
Úvod
Motorický tréning a profesionálne skúsenosti vedú k veľkým zmenám v mozgu (Penhune a Steele, 2012; Hardwick et al., 2013; Dai et al., 2016). Ako už bolo opísané v mnohých elektrofyziologických štúdiách, aktivačné vzorce neurónov v rôznych mozgových oblastiach súvisia s rôznymi kortikálnymi sieťami po dlhodobom tréningu (Fourkas et al., 2008; Wei a Luo, 2010; Schlaffke et al., 2014). Pri pozorovaní činnosti tanca so zrkadlovými systémami bolo popísané, že trénovaní športovci vykazovali väčšie bilaterálne aktivácie v kortikálnych oblastiach súvisiacich s motorom (Calvo-Merino et al., 2005). Na skúmanie rôznych aspektov ľudskej neurofyziológie so zameraním na kortikospinálnu funkciu predstavuje užitočný nástroj jednopulzová transkraniálna magnetická stimulácia (TMS) (Fitzgerald et al., 2006). V klasických TMS experimentoch sa motoricky vyvolané potenciály (MEP) zo svalových aktivít zaznamenávajú vďaka elektromyografickým (EMG) elektródam po stimulácii primárnej motorickej kôry (M1). Prahová intenzita sa dá definovať ako intenzita, ktorá evokuje MEP s danou amplitúdou počas po sebe nasledujúcich pokusov na svale. Intenzitu TMS je možné nastaviť na percento tejto prahovej intenzity, ale keďže je pre každý subjekt odlišná, je potrebné vykonať meranie tejto prahovej hodnoty (Wassermann, 1998).
TMS je dobre cenený pri charakterizácii neuromuskulárnych odpovedí na kortikálnu stimuláciu. Používa sa na štúdium patologických stavov (Rothwell, 2011), mechanizmov únavy v malých izolovaných svalových skupinách (Taylor a Gandevia, 2008), kortikospinálneho príspevku k ľudskej chôdzi (Goodall et al., 2014) a akútnych nervových adaptácií po silový tréning (Carroll et al., 2001; Gruber et al., 2009; Tibullo et al., 2013; Moscatelli et al., 2016c).
Na skúmanie adaptívnych zmien v ľudskej motorickej kôre sa často používali TMS a neuroimagingové techniky (Pascual-Leone et al., 1995; Missitzi et al., 2011; Chieffi et al., 2014; Viggiano et al., 2016), ktoré prispievajú k pochopenie toho, ako mozgové siete organizujú optimálne motorické programy, ktoré koordinujú svalovú aktivitu zapojenú do niekoľkých úloh motorického učenia (Nielsen a Cohen, 2008). V štúdiách TMS sa excitabilita motorickej kôry stala základom pre hodnotenie MEP periférnych svalov (Lee et al., 2010). Športová aktivita môže byť opakujúca sa alebo situačná: v opakujúcom sa modeli, ako sú balistické pohyby prstov, vykazovali úpravy motorickej kôry podobnosti s procesmi motorického učenia. Opakované školenie je spojené s okamžitým zvýšením odpovede MEP a v prierezových štúdiách sa ukázalo, že u subjektov s rôznym stupňom motoriky existujú podobné zmeny (Selvanayagam et al., 2011).
Všeobecne majú karatisti tendenciu vykazovať lepšie indexy fyzickej zdatnosti v porovnaní s ich kontrolou, ako je vyššia svalová vytrvalosť a flexibilita. Údaje o štúdiách DTI navyše ukazujú, že atletické skupiny vykazujú významne nižšie hodnoty frakčnej anizotropie (FA) a nepatrne vyššie priemerné hodnoty difuzivity (MD) vo vnútornom segmente globus pallidus (GPi) v porovnaní s kontrolnou skupinou. Tieto objavy naznačujú, že profesionálny šport súvisí so zmenami v integrite bielej hmoty v špecifických oblastiach bazálnych ganglií (Chang et al., 2015).
Špecifické behaviorálne požiadavky na tréningové skúsenosti môžu veľmi ovplyvniť reorganizáciu motorickej kôry. Pri porovnaní menej zdatných hráčov a nehrajúcich ovládacích prvkov s vysoko kvalifikovanými hráčmi na rakety sa zistilo väčšie zastúpenie ručného motora spolu s vyššími amplitúdami MEP (Pearce et al., 2000; Barone et al., 2017). Podobné výsledky boli hlásené pri analýze vysoko kvalifikovaných volejbalových hráčov vs. bežci, ukazujúci prvé, vyššie sa prekrývajúce reprezentácie carpi radiálnych svalov a mediálneho deltového svalu (Tyc et al., 2005). Okrem toho nedávne štúdie ukázali, že existuje korelácia medzi motorickou koordináciou a kortikálnou excitabilitou (Moscatelli et al., 2016a) a medzi svalovou únavou a kortikálnou excitabilitou (Moscatelli et al., 2016b, c). Cieľom tejto štúdie bolo overiť, či majú športovci karate rozdielny motorický prah odpočinku (rMT) a kortikospinálnu odpoveď (MEP) v porovnaní s kontrolami. Navyše pomocou krivky ROC (Receiver Operating Characteristic) sme zisťovali, či sú športovci charakterizovaní špecifickou hodnotou rMT.
Materiály a metódy
predmetov
Zapísali sme 25 športovcov karate a bolo prijatých 25 zhodných nešportovcov (antropometrické meranie v tabuľke Tabuľka 1). 1). Všetci športovci boli muži a praváci, ako hodnotil Edinburgh Handedness Inventory (Oldfield, 1971). Všetky postupy boli v súlade so smernicami Helsinskej deklarácie a boli schválené inštitucionálnym etickým výborom univerzity vo Foggii. Športovcami boli kaukazské čierne pásy karate. Súťažili na národnej a medzinárodnej úrovni; počas predchádzajúcich 5 rokov každý týždeň trénovali najmenej päť dvojhodinových sedení. Kontrolnú skupinu tvorili ľudia, ktorí sa nevenovali nijakému súťažnému ani amatérskemu športu. Dva dni pred nahrávaním všetky subjekty nevykonávali fyzickú aktivitu. Všetci účastníci sa podpísali pod informovaný súhlas: boli ilustrované všetky možné riziká súvisiace s experimentálnym modelom. Lekárske hodnotenie navyše potvrdilo absenciu predpokladu psychoaktívnych alebo vazoaktívnych liekov, rizikových faktorov a akýchkoľvek druhov kontraindikácií (Rossini et al., 2015). Všetky subjekty podpisujú pred experimentálnou úlohou informovaný súhlas.
stôl 1
Antropometrické charakteristiky experimentálnych skupín.
| Vek (rok) | 24,9 ± 4,9 | 26,2 ± 4,5 | > 0,05 |
| Výška (cm) | 176,1 ± 3,9 | 176,3 ± 7,2 | > 0,05 |
| Telesná hmotnosť (kg) | 78,1 ± 11,4 | 80,7 ± 10,4 | > 0,05 |
Hodnoty sú vyjadrené ako priemer ± štandardná odchýlka.
Metodika
Analýza signálu bola zameraná na extrakciu troch neurofyziologických parametrov: rMT, latencia MEP a amplitúda MEP. MEP je elektrický potenciál zaznamenaný zo svalu po priamej stimulácii motorickej kôry, ak je jeho intenzita vyššia ako rMT. Túto prahovú hodnotu je možné definovať ako najnižšiu intenzitu potrebnú na 50% pravdepodobnosť vyvolania 50 μV MEP, keď je sval úplne uvoľnený. Táto hodnota sa líši medzi populáciou a rôznymi svalmi. rMT sa meral v pokoji, vyjadrený ako percento maximálneho výstupu stimulátora.
Preto, aby sa zabezpečila rovnaká relatívna intenzita stimulácie pre každý subjekt, bola intenzita stimulácie stanovená na 110–120% rMT, „základnej jednotky dávkovania“ (Borckardt et al., 2006). MEP latencie (tj. Rýchlosť, pri ktorej sa nervový signál šíri z motorickej kôry do svalu) a amplitúdy (tj. Veľkosť kortikospinálnej excitability) pri rMT, 110% rMT (110% rMT) a 120% rMT (120% rMT) boli namerané pomocou záznamov.
Latencia MEP bola doba medzi samotným spúšťačom (nástup obdĺžnikovej vlny) a začiatkom svalovej odpovede. Pre stav rMT bolo priemerovaných päť odpovedí. Pre podmienky 110% rMT a 120% rMT sme spriemerovali desať po sebe nasledujúcich odpovedí.
Štatistická analýza
Tabuľka 2
Motor vyvolal potenciálnu latenciu a výsledky amplitúdy.
| rM intenzita | Latencia (ms) | 22,16 ± 1,7 | 24,75 ± 1,1 | 0,05 | 3,61 |
Hodnoty sú vyjadrené ako priemer ± štandardná odchýlka. rMT, prahová hodnota pokojového motora.