揭示性别差异上、下肢神经肌肉疲劳中老年人通过Neuroergonomics方法
r k·梅塔
1
*和
Joohyun Rhee
2
- 1Wm。迈克尔·巴恩斯64年工业与系统工程系,德州农工大学学院站,TX,美国
- 2环境和职业健康,德州农工大学学院站,TX,美国
背景:性别差异在神经肌肉疲劳是证据确凿的,但是仍然可以理解底层机制,特别是老化的人口。
摘要目的:本研究调查的性别差异易疲劳性的上、下肢的老年人使用neuroergonomics方法。
方法:三十社区老年人(65岁以上;15米,15 F)执行轻快间歇式高频疲劳手柄和膝盖扩展练习直到自愿疲惫在分开的日子里。手和手臂的肌肉活动从主要肌肉和膝盖两种使用肌电图监测,从额叶神经活动,运动,和感官区域监控使用功能性近红外光谱,并强制输出。
结果:而年长的男性都比女性在肌肉群,他们表现出更长的耐力时间和更大的强度损失在膝盖伸展练习。这些下肢的发现与更复杂的力量随着时间的推移和随之而来的运动,感觉运动区域。易疲劳性时手柄运动相当跨性别、年龄女性并发展出的激活增加身体的同侧的运动区域。
讨论:我们确定了不同的底层中央神经策略采用男性和女性在维护期间下游电动机输出与传统的人体工程学手柄疲劳没有明显的措施。此外,增强神经激活男性在膝盖练习,时间消耗点潜在康复/运动策略来改善神经运动的结果更多的老年人易疲劳的。
介绍
神经肌肉疲劳,定义为对运动的力量,可以破坏运动行为和加剧功能下降,老年人(贝里奥,1990;亨特,2016)。这些可能包括功能缺陷,如无法达到和把握对象或爬楼梯,事件的增加下降和死亡率(刘易斯和Wessely, 1992年;Tralongo et al ., 2003;梅塔和阿格纽,2008;de Rekeneire et al ., 2014)。神经肌肉疲劳显示男人和女人之间的不同,这种差异是task-dependent(即。使用强度,肌肉组织,收缩模式;(亨特,2014,2016年)。在等距收缩疲劳,不涉及任何关节运动,显示大的性别差异。而女性不如男性易疲劳的显示,这在很大程度上观察到更多的姿势肌肉,如肘屈肌和背部和膝盖两种,比小远端肌肉的脚踝(猎人和Enoka, 2001;猎人et al ., 2006,2009年)。此外,性别差异减少在高强度相比,低强度疲劳测试(莫恩et al ., 1986;Yoon et al ., 2007)。
因为易疲劳性的性别差异是特定于任务的,底层机制(s),即,中央和/或外围,可以根据疲劳的属性不同的任务。外围机制解释易疲劳性的性别差异已经被广泛的研究(综述亨特,2014),人体工程学的主要焦点(Iridiastadi努斯鲍姆,2006;曼图思et al ., 2018;Abdel-Malek et al ., 2020)。举个例子,在持续收缩中度相对强度,性别差异在骨骼肌生理和灌注可以解释,男性比女性更加易疲劳性,由于限制血液流动和肌内压增加(猎人和Enoka, 2001;曼图思et al ., 2018)。然而,在间歇收缩,促进肌肉灌注(猎人et al ., 2009),中央疲劳很可能扮演了一个关键,如果不是占主导地位,角色(泰勒和Gandevia, 2008年)。例如,女性表现出增强的中央疲劳发展相比,男性在下肢等距收缩(马丁和Rattey, 2007年),在3至30年代收缩时间(克拉克et al ., 2005;Ansdell et al ., 2017),然而这些差异显示在上肢减弱收缩(疲于奔命猎人et al ., 2006)。
性别差异在下肢肌肉的疲劳练习之前反映在补偿运动单位激活率的变化,用表面肌电图(克拉克et al ., 2005;Ansdell et al ., 2017)或者迫使可变性,即。,fluctuations measured using coefficient of variation and complexity measured using entropy analyses, of resulting force output (斯文森主持和玛德琳,2010年)。然而,据报道,雄性和雌性都始终表现出更大的比下肢肌肉活动在上努力,表明肌肉激活策略可能不同性别之间的肌肉群之间比(Avin et al ., 2010)。同样,低熵措施(唱et al ., 2008)和肘部(斯文森主持和玛德琳,2010年)肌肉疲劳显示捕获sex-dependent力的控制机制,暗示女性增加肌肉骨骼的风险由于较低的力的变化。不幸的是,缺乏系统的评价神经肌肉策略的性别差异在疲劳表现不同的肌肉群确定疲劳机制阻碍了任何进展性和肌肉组织的依赖。
几个成像研究已经报告了性别差异在大脑结构(例如,相对脑容量,皮层厚度、灰质;(好et al ., 2001;萨赫et al ., 2013)和连接(Ingalhalikar et al ., 2014),可能影响中央疲劳机制。在上肢手指敲击电机的任务比较性能,女性比男性表现出同侧和双边皮层的激活增加(Lissek et al ., 2007)。然而,在踝关节背屈肌肉力的控制,(Yoon et al ., 2014)报道,没有性别差异能力相当的男性和女性在大脑活动显示激活大脑皮层运动中心在等距收缩。应该注意的是,这些成像研究的焦点并非是疲劳的发展。当电动机任务执行自愿疲惫,这强调了corticomotor途径,性别差异很可能在神经激活可能会出现。然而,之前的研究,研究大脑区域在运动疲劳未能检查报告和/或性别差异(戴et al ., 2001;范Duinen et al ., 2008;Keisker et al ., 2009;弗莱et al ., 2017)。确定性别差异是很重要的招聘的关键脑区与运动疲劳老年人不同的肌肉群。这样的调查将会更好地理解中央控制运动能力损伤的机制和功能下降,男性和女性,这可能告知地址和研究提高年龄,与健身相关的可塑性来保护身体功能。
所知甚少关于性别差异在大脑活动神经肌肉疲劳的肌肉群,在结构和功能不同。由于生理和功能的限制现有的脑成像技术,有有限的工作集中在确定大脑激活模式在大型体位下肢肌肉神经肌肉性能(例如,股四头肌)。发表研究,测量大脑活动在膝盖运动都集中在改编后伤害或医疗事件(新郎et al ., 2015)。股四头肌肌肉性能起着非常重要的作用在维护功能灵活性和预防跌倒的老年人口(辛格et al ., 2010)。功能近红外光谱(fNIRS),光学脑成像技术,可以填补这一空缺,因为它允许移动神经影像学在上层和下肢神经肌肉任务(Quaresima和法拉利,2016年)。著名neuroergonomics fNIRS工具(朱et al ., 2020),还提供了相对良好的空间和时间分辨率测量任务相关的大脑活动的变化不同的运动机能相关的皮层区域。
本研究的目的是探讨性别差异在时空的神经激活变化上、下肢等距收缩在老年人使用neuroergonomics疲于奔命的方法。手和手臂的肌肉活动从主要肌肉和膝盖两种监控使用肌电图(EMG)和力量输出间歇期间得到等距疲劳手柄和膝盖扩展练习最大随意收缩30% (MVC)。额叶的神经活动和感觉/运动(S1 / M1)领域的两个半球都监控使用功能性近红外光谱(fNIRS)调查疲劳相关的皮质的变化。这些地区被选为已知相关努力的上、下肢肌肉组织(梅塔和Shortz 2014;Sukal-Moulton et al ., 2014)。我们假设将muscle-dependent易疲劳性的性别差异,而这些差异将与时空的神经模式的差异有关。
方法
参与者
老年人便利样本30(15 15雄性,雌性)是从当地社区招募的。所有与会者都65岁或更老的、休闲的右手占主导地位,据报道,久坐不动的活跃的人没有任何肌肉骨骼损伤或疾病(如患有腕综合征,关节炎)干扰研究的协议在过去的一年。所有参与者提供经济补偿,在完成他们的参与。德州农工大学的制度审查委员会批准的程序和参与者提供数据收集前书面知情同意。详细的提供了参与者的人口统计信息表1。
表1。参与者的人口统计数据。
过程
参与者参加三个会议在不同的日子:一个初步和两个实验课程。初步的会议期间,参与者的物理特性,包括身高和体重。在初步的会话结束时,使用硬件加速器(activPALe,英国朋友科技有限公司)是衡量体育活动参与者的大腿(PA)。参与者穿着这个传感器连续7天,传感器接收从参与者在会议开始的第一个实验,发生一个星期后初步会话。记录的身体活动被报道每天的平均数量的步骤。
在每个实验的会议中,与会代表进行了断断续续的等距手柄疲于奔命,在有一天,和膝盖扩展练习,在另一天。会话相隔至少48 h,两个交易日的顺序被抵消在研究样本以减少疲劳延滞效应。程序为每个会话相似(图1):热身,参与者的姿势决心,生物仪器、强度测试,熟悉和实践任务,最后耐力测试和强度测试。姿态确定的如下两个会话。手柄会话的参与者坐直在等速测力仪的椅子(Humac、计算机运动医学、斯托顿,MA),占主导地位的上层ar m放在一边,肘部弯曲为90°,和较低的手臂在一个中立的姿态支持一个扶手。膝盖扩展会议,参与者坐直在同一个等速测力仪椅子上,臀部和膝盖弯曲90°,和他们的上半身了坚定地在椅子上减少上半身运动引起的下肢肌肉收缩。测功器的转动中心对齐与右膝关节,然后用测力计垫锁保护脚踝以上,胫骨前。参与者然后用表面电极肌电图(EMG)检测相应的肌肉(基于实验会话;请参阅部分肌电图)和功能性近红外光谱(fNIRS)帽和探针fNIRS节(稍后介绍)。
图1。实验程序为每个会话。热身后,生物仪器、姿态确定最大随意收缩(mvc;固体酒吧)进行,其次是熟悉的任务。参与者进行耐久试验在30% MVC(孵化酒吧),直到自愿疲惫,紧随其后的是一篇MVC(固体棒)。
在任何力量测试之前,工作人员提供的2分钟热身;扣人心弦的手柄会话/放松压力球,和间歇推动测力计垫在膝盖扩展会话。握力测试期间,参与者进行等距最大随意收缩(mvc)最大限度地抓住一只手测功器(3 s BIOPAC、钙、美国)。在膝盖扩展强度测试中,参与者进行等距mvc最大限度地扩展他们的小腿与3 s的测力计垫。对于每个测试一天,三个测量MVC 2分钟的休息在每个MVC审判。对于每个参与者来说,最大的三个重复mvc确定初始强度的手柄和膝盖扩展会话。此外,MVC值被用来确定30%的MVC水平为每个参与者的耐力测试会话。实时视觉反馈和口头鼓励在MVC提供了试验。
轻快实验任务要求参与者进行间歇式高频力控制在30%的MVC试验,确定强度测试期间,15紧随其后15年代休息。440赫兹音与500毫秒的时间提出了参与者在每个收缩的开始和休息期间表示收缩。30%的MVC目标力水平提出了作为一个电脑屏幕上的红线在眼睛高度和参与者被指示生成跟踪他们的武力尽可能的目标水平。参与者自己熟悉实验任务通过执行3 - 5试验。提供了更多的练习,如果参与者无法控制自己施加力量在目标线。充足的休息(约5分钟)后,耐力测试开始。参与者被指示执行间歇力的控制试验为只要他们可以精确、直到自愿疲惫。口头鼓励在耐力提供了任务。任务结束后当参与者自愿停止运动或施加的力/力矩下降> 10%低于所需的努力水平超过3 s。post-MVC耐力任务结束后,立即测量基于MVC量化强度损失价值获得该会话的开始。 Participants provided Ratings of Perceived Exertion (RPEs) after each force control trial (Borg et al ., 1987)。
测量
手柄力和EMG信号收集在1000赫兹(美国Ca Biopac Inc .)在整个手柄练习会话。膝盖扩展扭矩收集了100 Hz采样率(Humac、计算机运动医学、斯托顿,MA)。神经血流动力学反应记录使用连续波fNIRS系统采样率为50赫兹(马Techen Inc .)、美国、CW6系统)在整个会话。收集到的信号预处理分析使用Matlab R2016a(美国马Mathworks)。并发多数据流,收集了来自多个设备,同步使用事件刺激的音频信号提供给参与者。相同的音频信号同时传输数据收集的其他设备专用肌肉激活(EMG)和神经血流动力学反应(fNIRS)数据同步。在分析过程中,测量被同步的时间位置同步音频信号记录在每个设备。
强度、疲劳、和努力
每个会话的初始和post-MVC值被用来计算强度损失(计算[帖中]/初始MVC)会话。在任务停止持续时间决定;当参与者的力水平低于90%的目标水平超过3 s或当参与者自愿终止任务。rp收集每次使用10分制力的控制试验,从0”什么都不重要“十”极强,几乎最大”(Borg et al ., 1987)。
力变化
力/力矩数据进行低通滤波在15赫兹,和12个年代中期数据在每个控制试验提取力量变化分析。变异系数(CV)的力量1 s窗口在每个试验平均计算,然后在每一个试验来评估力稳定(Enoka et al ., 2003)。力的复杂性计算得到的时间序列数据的样本熵(SaEn)力的控制试验,提供了一个测量系统的随机性和规律性的输出(大富翁和摩尔人,2000年)。SaEn是信号的条件概率的计算提供了一个衡量(对数)运行模式关闭的可能性米嵌入维数保持密切的增量(米+ 1)比较。虚假最近邻方法应用于确定嵌入维用于本研究米= 4 (养犬et al ., 1992)。距离公差参数表明r乘以标准差的段时间序列测定r= 0.2 (Samani et al ., 2015)。SaEn高值(总范围0 - 2)表明降低未来的数据点的可预测性和更大的不规则的时间序列数据,而较低的值代表了更大的可重复性和规律性。神经肌肉疲劳表明减少SaEn (Pethick et al ., 2019)。
肌电描记术
伸肌和屈肌EMG信号腕桡侧的肌肉(分别ECR、货代)记录在手柄运动,股外侧肌和股直肌的信号(分别为六世,RF)在膝盖扩展运动肌肉都被记录下来。记录信号带通滤波(20 - 450 Hz),纠正,去趋势。根均方(EMG RMS)值计算每个试验的12个年代中期窗口(Srinivasan et al ., 2016),以及规范化的EMG RMS值在最初的MVC测试。意味着RMS的肌电图是一个粗神经努力的指标(淀粉et al ., 2010),虽然它有一些局限性,它提供了一个更简单的方法相比,肌电图分解方法(淀粉et al ., 2010),因此被用来捕捉变化的神经改变随着时间的推移。
fNIRS
前前额叶皮层(PFC)、初级运动区、感觉区和监控在26个渠道一个定制的近红外线探测器,使用10 - 20国际体系,包括八个发射器和13探测器(图2 a, B)。记录血流动力学反应预处理使用HomER2(中心功能神经影像学技术,马萨诸塞州总医院东马;(卡里姆et al ., 2012)。光强度转换成光密度变化和低通滤过3赫兹截止频率来减少高频噪声。突然头运动造成的运动工件纠正使用基于峰度的小波算法(齐雅瑞礼et al ., 2015)极端信号补偿修正后使用样条插值算法(Scholkmann et al ., 2010)。职位评估和修正工件的运动,光密度信号带通滤过了0.5赫兹0.016赫兹截止频率范围消除生理噪声引起的心跳,和可能的慢波引起的漂移检测系统(Koenraadt et al ., 2014)。处理光密度变化被转化为含氧血液动力学反应变化(ΔHbO)和缺氧(ΔHbR)血红蛋白浓度使用修改后的比尔-朗伯定律。2 s的平均ΔHbO和ΔHbR水平窗口事件刺激每个审判之前减去平均ΔHbO和ΔHbR级别2 s的最大ΔHbO和ΔHbR水平在4−18岁在每个力的控制试验获取任务相关神经血流动力学响应变化(图2 c)(梅塔和李,2017年;李承晚和梅塔,2019年)。进行了统计分析在ΔHbO已经显示出更大的敏感性变化相比ΔHbR相关任务(Malonek Grinvald, 1996)。
图2。fNIRS定制探针设计(一)大脑表面,灵敏度地图显示感兴趣的领域(额,电动机,和感觉区)测量使用自定义探测器的设计(B)和样例血流动力学响应力的控制试验中,显示了本研究中如何量化神经激活(C)。红点显示光发射器的位置和蓝点显示探测器的位置。黄线之间的红点和蓝点显示每个通道的位置(数字)的血流动力学反应测定(A, B)。
统计分析
独立样本t测试用来测试性别差异在人口数据和身体活动期间收集的初步会话。初始强度,强度损失,有力的握手和膝盖和耐力时间扩展会议也提交给独立样本t以及检查任何性别差异。为每个阳性会话疲于奔命,rp,迫使可变性,肌电图,和fNIRS措施平均在三阶段规范化每个参与者的耐力时间和提前贴上,中间,和疲劳后期阶段。单独mixed-factor方差分析(方差分析)进行测试性的影响(男性与女性)和疲劳阶段(早期和中期和后期)RPE,简历的力量,SaEn的力量,EMG RMS,每个频道的ΔHbO每个肌肉群。统计学意义是在α水平的0.05和决定因果力比较,肌电图和RPE数据评估使用Bonferroni纠正t测试。考虑到公平的多重比较数量为fNIRS的数据,罗斯福修正问= 0.1进行ΔHbO减少1型错误的概率。
结果
表1列出参与者人口和PA的结果。显著性差异在人体测量发现正如预期的那样,男性和女性在PA水平相当。最后,虽然两组报道相似的认知水平,身体、情绪和精神功能,男性报告高于女性。
强度、疲劳、和努力
与女性相比,男性表现出更大的初始手柄和膝盖扩展强度(手柄:t(28)= 2.348,p= 0.026膝盖扩展:t(28)= 4.12,p< 0.001)。而强度损失还是比较男性和女性之间在手柄运动(p= 0.37),男性失去了力量比女性在膝盖扩展运动;t(28)= 3.08,p= 0.005。同样,当手柄运动耐力时间相似的男性和女性之间p= 0.806),男性表现出更长的耐力时间比女性在膝盖扩展运动;t(28)= 0.282,p= 0.009。意味着(SD)的强度和疲劳指标提出了表2。RPE显著增加随着时间在两个手柄(手柄疲劳主要作用:F(56)= 215.25,p< 0.0001)和膝盖扩展(膝盖疲劳主要作用:F(56)= 243.35,p< 0.0001)练习(图3一)。然而,没有性别或性x疲劳交互作用(包括p> 0.39)。
表2。男性和女性在强度和疲劳指标手柄和膝盖扩展练习。
图3。评级的认知努力(一)力,简历(B),SaEn武力(C),EMG RMS比率(D, E)在手柄练习(左列)和膝盖扩展练习(右列)。+显示明显的疲劳主要作用,▪显示显著性主要影响,*表示性的影响在特定的疲劳阶段(疲劳x性交互)。确定统计学意义p< 0.05。误差线代表标准误差。
力变化
在手柄运动,疲劳的主要作用(F(56)= 10.302,p< 0.001;图3 b)被发现在简历的力,而没有性主要影响或疲劳*性相互影响(被发现p> 0.8)。因果分析显示,力量波动是在后期阶段比早期和中期阶段(p= 0.01)。疲劳(F(56)= 11.07,p< 0.001)和性(F(27)= 14.79,p= 0.001)显著影响SaEn,增加熵之间观察到随着疲劳的发展早期和中期阶段(事后p值= 0.01)和更大的熵指出男性和女性(图3 c),没有疲劳*性交互观察(p= 0.304)。
在膝盖扩展运动,简历的扭矩也显著大于在后期阶段比早期的和中等疲劳阶段(F(56)= 4.597,p= 0.014;图3 b),但是没有看到差异与性别主效应或疲劳*(包括性交互影响p> 0.65)。SaEn的力被发现高末相比,和中等疲劳阶段(早期疲劳主要作用:F(56)= 8.96,p< 0.0001)和男性高于女性(性主要影响:F(27)= 6.76,p= 0.015)。一个重要的疲劳*性相互影响(F(56)= 3.62,p= 0.033)还发现;SaEn后期高时相比,男性的早期阶段(事后p值< 0.01),它仍然比较女性在疲劳阶段(图3 c)。
肌电描记术
各自的肌肉的肌电图RMS (图3 d, E随着时间的推移)显著增加手柄(ECR: F(56)= 16.365,p< 0.001,货代:F(56)= 22.737,p< 0.001)和膝盖的扩展(六世:F(56)= 57.924,p< 0.001,射频:F(56)= 49.379,p< 0.001)练习。一个重要的疲劳*性相互作用被发现在货代EMG RMS (F(56)= 9.002,p= 0.001);男性EMG RMS表现出高于女性在疲劳后期阶段(所有事后p值< 0.02)。然而,变化在ECR EMG RMS手柄运动和六世和射频EMG RMS在膝盖扩展(所有男性和女性之间的可比性p> 0.27)。
fNIRS
任务相关的脑血流量的氧合血红蛋白变化(分别为ΔHbO)在手柄运动增加疲劳发展13频道(参考表3为p值)。ΔHbO变化在疲劳发展女性比男性在六频道监测正确的运动区域(图4)。男性显示整体ΔHbO大于女性在左边感觉区(性主要影响通道14)。
表3。观察到的假定值为fNIRS每个通道的测量。
图4。含氧血流量的变化(ΔHbO)疲劳发展。每一列显示了平均HbO激活在每个阶段中,早、中期,晚。前两行显示男性和女性在手柄的HbO激活变化运动,和底部两行显示在膝盖扩展运动。每个激活地图显示的每个频道HbO激活每一组在每个阶段。水平的激活是作为分级显示颜色的右侧图所示。
ΔHbO在膝盖扩展运动增加疲劳发展的一部分,右额叶区和在两半球的运动和感觉区域的一部分(疲劳主要作用在15个频道,看到的表3)。ΔHbO变化量与疲劳发展更大的雄性比雌性的感觉区(12)频道,运动区(19频道18日,看到表3)。
讨论
一般来说,增加易疲劳性,即。,increases in force fluctuations and sample entropy, was associated with changes in neural activation across several brain regions, independent of the muscle groups. During handgrip fatigue, increased activation of the contralateral motor area (channels 18, 19, 20, 21, and 29), ipsilateral motor area (channels 5, 6, 27, and 28), contralateral sensory area (channels 8 and 10), and ipsilateral sensory area (channels 15 and 25) were observed. Interestingly, fatigue-related increases in prefrontal activation during handgrip fatigue were found to have marginal effects, with no statistical significance, however the trends were found to be similar to those reported by刘et al。(2003)在一项研究中,研究大脑功能变化在手柄疲劳在年轻的成年人。在膝盖扩展疲劳,大脑活动增加与疲劳发展侧额区(通道1),对侧运动区(20频道18日,29日,30),侧运动区(27)通道4、5、6日,侧感觉区(24通道14日,15日,25),和身体的同侧的感觉区(渠道9、10、12、13)。区域活动增加比赛表现的空间位置与以前的结果报道在皮质负责下肢肌肉运动,比如双边内侧运动和感觉领域(Dobkin et al ., 2004;Hollnagel et al ., 2011)。增加接触侧的运动和感觉方面表明,疲劳表现增加了需要改变持续下行命令基于分析与疲劳相关的感官信息(刘et al ., 2003)。此外,空间激活模式在每个阶段的疲劳没有了在目前的研究中,模式似乎有很强的左偏侧性(见图4在手柄膝盖练习相比,类似于在fMRI 28-54岁成年人的调查报告(空气et al ., 2002)。目前的研究还观察到伴随增加肌肉活动随着时间的推移,上、下肢肌肉。这些与疲劳相关的神经和周围的变化措施类似于其他研究使用不同的血流动力学神经影像学方法,如fMRI和宠物(戴et al ., 2001;范Duinen et al ., 2008)。
手柄演习期间,男性表现出更强的最大随意收缩力(即。,initial strength) than females, however endurance time and strength loss after fatigue development were comparable between groups. These findings are consistent with results from prior studies (冈萨雷斯,本篇报告,2007;贾维斯et al ., 2011)。认为在两性疲劳水平同样随时间增加。当力波动可比在雄性和雌性,迫使复杂性,用样本熵力,一般是男性高于女性(即。、性别主效应)。力复杂性提供了信息系统适应性,特别是它与振幅稳定的力量,用更少的复杂信号产生更多常规波动(Lipsitz Goldberger, 1992)。损失在生理时间序列复杂性伴随着增加波动可能与电动机系统无法保持稳定或延长时间任务失败,特别是在最大疲劳练习,在年轻的成年人(Pethick et al ., 2015)。然而,目前的研究观察到随时间(即力增加复杂性。、疲劳主要作用),类似于发现斯文森主持和玛德琳(2010)。很可能收缩力水平,20%的MVC斯文森主持和玛德琳(2010)和30%相比,本研究最大收缩Pethick et al。(2015),可能占部队复杂性的差异趋势与疲劳。在目前的研究中,高力时间序列的复杂性,结合货代EMG活动增加可能暗示增加系统的适应性在老年男性比年长女性(Srinivasan Mathiassen, 2012)。男性在一个频道也表现出增加激活感觉运动区域内的左半球比女性。很可能显著增加激活身体的同侧的运动区域,观察到女性在疲劳后期阶段,为了提高中枢神经驱动响应力发电容量的损失(猎人et al ., 2009;伯恩利et al ., 2012)。这些发现表明性别差异在神经肌肉战略在老年人手柄疲劳练习。类似的补偿侧皮质激活使用功能磁共振成像观察女性超过男性,与同类汽车性能,年轻的成年人在手指敲击任务(Lissek et al ., 2007)。
在伸膝运动,男性比女性表现出更强的初始强度,发现普遍建立了(Pincivero et al ., 2003)。但是,与我们的手柄疲劳结果,长耐力时间和损失是观察到男性比女性更大的力量。这些发现偏离较大的文学在膝关节伸肌易疲劳性(性别差异克拉克et al ., 2005;Ansdell et al ., 2017支持),但其他一些(Pincivero et al ., 2003)。认为努力,力波动和复杂性随着时间的增加,预计,在应对疲劳发展以及增加肌肉活动股外侧肌和股直肌的肌肉。然而,迫使复杂性的趋势是不同的跨性别在膝关节伸肌疲劳。而迫使复杂性水平的老年男性是随着时间的增加,大于女性,力量波动的信息并不两性之间的不同。要指出的是,男性比女性耐力时间大大延长,从而很可能表现出运动稳定性的大小(即。力波动)与女同行,但持久,男性不得不经常纠正他们的武力输出(瓦兰蔻et al ., 2003)。并发激活增加侧运动区(渠道18、19)和身体的同侧的感觉区(12)频道中看到男性随着时间的推移可能包含一个有效的神经运动的策略采用年长男性保持性能随着时间的推移,减缓疲劳的速度发展。虽然没有公司活动增加的原因可以解释为什么侧电机地区男性观察,之前的研究已经报道的增加接触侧感觉运动皮层,以弥补与疲劳相关的变更在运动控制和维持最佳降序输出(刘et al ., 2002,2003年,2007年)。
并发评估神经动力学和运动策略在疲劳练习从结构上和功能上不同的肌肉群提供了独特的见解,以更好地理解神经肌肉疲劳的机制和相关的性别差异。前神经影像学研究,研究性别差异在电机控制中发现不同的激活策略上肢运动(Lissek et al ., 2007),但不是下肢练习(Yoon et al ., 2014)。应该注意的是,缺乏知识的性别差异在大脑动力学神经肌肉疲劳发展上、下肢肌肉,本研究旨在解决,更好的阐明性别差异在手柄的神经运动的策略比伸膝运动练习。这些共识在文学上没有性别差异在远端肌肉fatiguability上肢(亨特,2009),但fNIRS的发现这里识别潜在的神经策略的差异采用男性和女性在维护下游电动机输出。特别是,增加身体的同侧的皮质激活在老年女性突出保护任务绩效的增加成本在疲劳,否则没有人会注意到当比较两性之间的物理需求和能力在工作和日常生活活动。同样,增加神经激活模式(即。,concurrent increase in motor and sensory areas) in males during knee exercises over time point to potential rehabilitation/exercise strategies that may be targeted to benefit more fatigable older individuals to improve neuromotor outcomes.
有一些在目前的研究中存在的局限性。首先,检查神经肌肉功能和大脑活动之间的关系仅仅是相关的。换句话说,神经肌肉功能改变与疲劳发展和大脑活动,然而目前的研究成果并不提供任何两者之间的因果推论。未来的工作应该扩展当前的结果通过测量运动诱发电位和活跃的运动阈值使用经颅磁刺激在疲劳运动任务(托德et al ., 2003)确认性别差异运动疲劳的神经机制。然而,目前的研究识别关键候选人神经的网站可能是有针对性的,在随后的因果研究更有力地跨性别量化易疲劳性的机械的途径。第二,在这项研究中使用的任务在本质上是静态的,而两个手柄和膝关节功能都在老年人临床意义(辛格et al ., 2010期间),研究地图皮质激活更多的动态疲劳练习是必要的。第三,使人劳累的协议执行速度设置,使用视觉线索,15秒的努力之后,15秒的休息,直到自愿疲惫。众所周知,一组工作和休息的步伐可能会产生混淆人类的反应,如预期,可能会影响神经反应运动准备和计划流程(朱et al ., 2020)。然而,随机变化的休息时间会影响电机疲劳发展和减少其普遍性可用疲劳模型(Rashedi努斯鲍姆,2015)。第四,很可能重复任务可能导致不同的大脑活动模式,反映没有划定在当下研究的习惯。之前的研究已经解决,这些变化包括一个控制任务,即。,tasks conducted with similar muscle activation but at different intensities (弗莱et al ., 2017)。然而,这项研究的主要目的是研究性别差异在易疲劳性,这在目前的分析,也可以反映任务习惯化的性别差异。第五,我们研究利用更自由的方法来纠正为多个比较与大脑数据(例如,问= 0.1)检查性和疲劳阶段之间的交互。很可能更有针对性的监测集中的大脑区域,根据选择的关键roi观察到在这项研究中,在以后的工作或招聘一个更大的研究样本可能解决这个限制。最后,fNIRS替代监控方法提供了一个具有成本效益和posture-feasible皮质激活在剧烈运动任务。然而,与疲劳相关的脑功能的变化还包括non-cortical区域只能记录通过使用宠物或功能磁共振成像(范Duinen et al ., 2007;DeLuca et al ., 2009)。然而,发现这里获得在皮质区域进行手柄疲劳,与功能磁共振成像协议可行,与现有的功能磁共振成像研究证实(Lissek et al ., 2007),从而增加了他们的信心fNIRS作为宝贵的脑成像技术来理解运动疲劳的神经控制。
结论
本研究调查了性别差异在时空的神经激活变化在老年人等距收缩疲于奔命。为此,我们利用neuroergonomics方法,采用功能近红外光谱监测神经激活模式在手柄和膝关节延长疲劳练习。重要的这一研究发现的结果包括性别差异在膝盖练习易疲劳性但不是在手柄练习。年长的男性表现出一个有效的神经运动的策略通过伴随推迟膝伸肌疲劳运动修正和皮质激活。虽然手柄疲劳的程度是男性和女性之间的比较,有显著性差异运动皮质激活模式下显示男性和女性不同的神经策略采用疲劳保持电动机的性能。兼具neuroergonomics方法评估神经动力学和运动策略在上、下肢运动疲劳的机制提供了独特的见解神经肌肉疲劳和揭示性别差异有关。
数据可用性声明
原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。
道德声明
涉及人类受试者的研究回顾和批准的机构审查委员会在德州农工大学。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。
作者的贡献
RM概念化的研究数据收集和监督和指导。小执行数据收集和分析数据。RM和小合成结果和起草了手稿。所有作者的文章和批准提交的版本。
资金
研究报告在这发表支持国家衰老研究院的美国国立卫生研究院在R15AG047553奖号码。
作者免责声明
内容是完全的责任作者,不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:fNIRS、性别、运动变化,手柄,膝盖扩展
引用:Mehta RK Rhee J(2021)揭示性别差异上、下肢神经肌肉疲劳中老年人通过Neuroergonomics方法。前面。Neuroergon。2:663368。doi: 10.3389 / fnrgo.2021.663368
收到:2021年2月02;接受:2021年7月26日;
发表:2021年8月16日。
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Shapour Jaberzadeh、莫纳什大学、澳大利亚版权©2021梅塔和李。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:r k·梅赫塔rmehta@tamu.edu