Контроль движения при старении
Нормальный контроль движений при старении у людей связан с изменениями в мышцах , двигательных нейронах , нервах , сенсорных функциях , походке , усталости, зрительных и мануальных реакциях у мужчин и женщин по мере старения, но у которых нет неврологических , мышечных ( атрофия , дистрофия ...) или нервно-мышечное расстройство. С возрастом нервно-мышечные движения ухудшаются, хотя при обучении или практике некоторые аспекты могут быть предотвращены.
Форсированное производство
[ редактировать ]При произвольном производстве силы потенциалы действия возникают в коре . Они распространяются в спинном мозге , мотонейронах и наборе мышечных волокон, которые они иннервируют. Это приводит к подергиванию , свойства которого обусловлены двумя механизмами: рекрутированием двигательных единиц и кодированием скорости . Оба механизма страдают от старения. Например, количество двигательных единиц может уменьшиться, размер двигательных единиц, то есть количество мышечных волокон, которые они иннервируют, может увеличиться, частота, с которой запускаются потенциалы действия, может быть уменьшена. Следовательно, производство силы у пожилых людей обычно нарушено. [ 1 ]
Старение связано с уменьшением мышечной массы и силы . Это снижение может быть частично связано с потерей альфа-мотонейронов . К 70 годам эти потери происходят как в проксимальных, так и в дистальных мышцах . В двуглавой и плечевой мышцах у пожилых людей наблюдается снижение силы (на 1/3), коррелирующее с уменьшением количества двигательных единиц (на 1/2). У пожилых людей есть доказательства того, что оставшиеся двигательные единицы могут увеличиваться в размерах, поскольку двигательные единицы иннервируют коллатеральные мышечные волокна. [ 2 ]
В первой дорсальной межкостной мышце почти все двигательные единицы задействуются с умеренной скоростью, что приводит к 30-40% максимального произвольного сокращения (MVC). двигательных единиц Скорость разрядки , измеренная при 50% MVC, существенно не отличается у молодых людей от тех, которые наблюдаются у пожилых людей. Однако для сокращений с максимальным усилием существует заметная разница в частоте разрядов между двумя возрастными группами. Скорость разряда, полученная при 100% MVC, у пожилых людей на 64% меньше, чем у молодых: 31,1 ± 11,8 имп/с у старых испытуемых, 50,9 ± 19,5 имп/с у молодых испытуемых. [ 3 ]
Изометрическая сила и физическая площадь поперечного сечения сгибателей сустава локтевого и разгибателей у пожилых мужчин снижены по сравнению с молодыми. Нормированная сила (максимальная произвольная сила к размеру мышцы, производящей силу) разгибателей локтевого сустава одинакова для пожилых и молодых людей. Нормализованная сила сгибателей локтевого сустава у пожилых мужчин снижена по сравнению с юношами. Более низкая нормированная сила сгибателей локтевого сустава может быть обусловлена усилением -агонистов - антагонистов мышц совместной активации . [ 4 ]
По сравнению с молодой группой, в старшей группе наблюдается меньший дорсифлексоров изометрический крутящий момент при всех углах, изометрический крутящий момент нижних разгибателей коленного сустава при углах >90°. Нарушение производства силы зависит от мышц. Во время динамических упражнений старой группе требуется больше времени для достижения целевой скорости, и они менее способны достичь высоких скоростей. Замедление скорости произвольного сокращения с возрастом, по-видимому, играет роль в потере динамического крутящего момента. [ 5 ]
Сенсорная функция
[ редактировать ]Обнаружение стимула рецептором в . окончаниях афферентных нервов (по сравнению с окончаниями эфферентных нервов ) полезно для защиты организма от неожиданных нарушений Исследования на трупах подтверждают, что толщина капсул мышечных веретен увеличивается с возрастом. отмечается незначительное уменьшение количества интрафузальных волокон У лиц старшего возраста . Некоторые веретена демонстрируют изменения, соответствующие денервации, связанной с групповой денервационной атрофией . Возрастные изменения наблюдаются в тонкой структуре иннервации веретена нерва в виде набухания аксонов и расширенных/аномальных концевых пластинок . [ 6 ]
При выполнении задачи проприоцепции у пожилых людей наблюдается усиление совместного сокращения мышц-агонистов-антагонистов, возможно, для увеличения гамма-диска и чувствительности веретена. Считается, что его используют для контроля позы. Несмотря на стратегию совместного сокращения, пожилые люди имеют более высокую скорость реакции, а также допускают больше ошибок при оценке положения лодыжки . Пожилые люди с большими ошибками в восприятии динамического положения также плохо справляются с тестом с закрытыми глазами в позиции одной конечности. [ 7 ]
Пожилые люди раскачиваются больше, чем молодые, сохраняя при этом вертикальное положение, особенно с закрытыми глазами и узкой опорой. Молодые люди проявляют «находчивость», переключаясь с одного сенсорного сигнала ( зрения ) на другой ( соматосенсорный ), тогда как пожилые люди не полагаются на разнообразие сенсорных входов, а скорее реагируют, напрягая лодыжки при выполнении задач (широкая база поддержки против узкой базы). поддержка, глаза открыты или глаза закрыты). [ 8 ]
Сенсорные рецепторы могут инициировать быструю реакцию на возмущения благодаря коротколатентным связям между афферентной иннервацией и двигательными единицами. Тем не менее, старение приводит к снижению скорости моторной проводимости. Это может быть связано с потерями наиболее быстро проводящих двигательных единиц. Имеются также данные о замедлении как быстрых, так и медленных проводящих аксонов, что можно объяснить уменьшением диаметра аксонов вследствие демиелинизации , уменьшением длины межузловых узлов . Некоторые исследования предполагают общее уменьшение количества миелиновых волокон. [ 9 ]
Старение приводит к замедлению времени реакции при прицеливании как для движений глаз , так и для рук . Сравнение молодых и пожилых людей, которым приходится следить за целью только глазами или с лазером в руке, показывает, что параметры, указывающие на двигательную функцию, такие как скорость, продолжительность и амплитуда начального движения, не изменяются. Однако продолжительность корректирующих движений у пожилых людей больше. Это говорит о нарушении сенсорной системы. [ 10 ]
Ходьба походкой
[ редактировать ]Столкнувшись с неожиданным скольжением или спотыканием во время ходьбы, по сравнению с молодыми людьми, пожилые люди имеют менее эффективную стратегию баланса : меньшие и более медленные постуральные мышечные реакции, измененную временную и пространственную организацию постуральной реакции, коактивацию мышц-агонистов-антагонистов и большую верхнюю нестабильность ствола. Сравнивая условия контроля и скольжения, после возмущения молодые люди имеют большую длину шага, большую продолжительность шага и одинаковую скорость ходьбы, тогда как пожилые люди имеют меньшую длину шага, ту же продолжительность шага и более низкую скорость ходьбы. [ 11 ]
В эксперименте при ходьбе с одной задачей 24% пожилых людей имели скорость походки <0,8 м/с, а при выполнении двойной задачи - ходьбе и разговоре - 62% пожилых людей имели скорость походки <0,8 м/с. На практике это означает, что значительная часть здоровых пожилых людей, живущих в общинах, не может идти достаточно быстро, чтобы безопасно переходить улицу и одновременно разговаривать. Эти результаты подтверждают утверждение о том, что создание спонтанной речи требует больших затрат когнитивных ресурсов, и предполагают, что реальное влияние двойной задачи на походку может быть недооценено при тестировании времени реакции. [ 12 ]
Усталостная устойчивость
[ редактировать ]По сравнению с молодыми людьми, пожилые люди демонстрируют сопротивление мышечной усталости (периферической усталости) во время устойчивого изометрического максимального произвольного сокращения, но они демонстрируют большую надостную усталость в начале продолжительной задачи и во время восстановления. Первое наблюдение отражает изменения в соотношении типов волокон ; с возрастом доля мышечных волокон I типа, приспособленных к длительным нагрузкам, увеличивается. Второе наблюдение, вероятно, является результатом кумулятивного воздействия физических упражнений на центральную нервную систему . [ 13 ]
Что касается разгибателей колена, то пожилые люди производят меньший крутящий момент во время динамических или изометрических максимальных произвольных сокращений, чем молодые люди. Механизмы, контролирующие утомляемость у пожилых людей во время изометрических сокращений, отличаются от механизмов, влияющих на утомляемость во время динамических сокращений, в то время как молодые люди придерживаются той же стратегии. Разгибатели колена здоровых пожилых людей утомляются меньше во время изометрических сокращений, чем у молодых людей, которые имели аналогичный уровень привычной физической активности. Напротив, различий между возрастными группами по утомляемости во время динамических сокращений нет. [ 14 ]
Скорость, ловкость
[ редактировать ]У пожилых людей снижение точности саккад , увеличение латентного периода и снижение скорости саккад можно объяснить дегенерацией коры головного мозга с возрастом. У пожилых людей наблюдается уменьшенная амплитуда первичных саккад и, как правило, большее количество саккад для достижения фиксации. У пожилых людей наблюдается значительная задержка саккад во всех условиях (предсказуемые целевые шаги по амплитуде и времени, непредсказуемые целевые шаги по амплитуде, непредсказуемые целевые шаги по времени). Замедление, связанное с возрастом, очевидно только для предсказуемых целей; однако другие исследования показали иное, но отметили более высокую разницу в скорости у пожилых людей. [ 15 ]
У маленьких детей (5-8 лет) после инструкции смотреть либо в сторону (задача про-саккады), либо в сторону от (задача против саккады) эксцентричной мишени при различных условиях фиксации, между появлением мишени проходит много времени. и начало движения глаз (время саккадической реакции). Молодые люди (20–30 лет) обычно имеют самые быстрые СРТ. У пожилых людей (60-79 лет) СРТ медленнее и саккады большей продолжительности, чем у представителей других возрастных групп. [ 16 ]
У пожилых людей наблюдается снижение ловкости рук, что наблюдается по изменению силы кончиков пальцев при захвате и/или подъеме. По сравнению с молодыми людьми, пожилые люди демонстрируют увеличение силы захвата и запаса безопасности (минимальная сила, необходимая для предотвращения скольжения). Это увеличение можно объяснить скользкостью кожи или результатом снижения кожной информации. Увеличение силы не связано с нарушением способности плавно модулировать силу кончиков пальцев. Нет никаких доказательств того, что пожилые люди были менее способны программировать кончики пальцев на основе воспоминаний о предыдущем подъеме. [ 17 ]
Призматический захват (4 пальца напротив большого пальца), который распространен в повседневной деятельности, включает в себя организацию пальцев для выполнения конкретных задач и баланс силы/момента, создаваемого отдельными пальцами. У пожилых людей наблюдается нарушение выработки силы пальцев и кистей. Они демонстрируют чрезмерную силу захвата, что может быть связано с более высокими моментами, создаваемыми пальцами-антагонистами. Оба варианта можно рассматривать как энергетически неоптимальные, но более стабильные. [ 18 ]
У пожилых людей часто наблюдается повышенная коактивация мышц-антагонистов во время целенаправленного движения. Сокращения средней и высокой силы часто демонстрируют активацию других ипсилатеральных и контралатеральных мышц. Когда интенсивность контралатеральной активности достаточна для создания движения, это называется «зеркальным движением». Когда молодых и пожилых людей просят выполнить одностороннюю задачу, они демонстрируют одновременную активность в контрлатеральной мышце, но у пожилых людей она выше. Контралатеральная активность выше при изометрических, чем при анизометрических сокращениях. Контралатеральная сила больше при эксцентрических, чем при концентрических сокращениях. [ 19 ]
Последствия обучения
[ редактировать ]Характеристики мышечных волокон I типа (площадь, количество капиллярных контактов, площадь волокон/капиллярные контакты) латеральной широкой мышцы бедра не зависят от возраста. У стариков, нормально подготовленных или тренированных, площадь мышечных волокон II типа меньше и меньше капилляров, окружающих эти волокна, чем у молодых людей. Капиллярный запас на единицу площади волокон типа II не зависит от возраста, но увеличивается в результате тренировок. У старых тренированных мужчин активность сукцинатдегидрогеназы в мышечных волокнах типа IIa аналогична активности молодых мужчин и в два раза выше, чем у старых, нормально подготовленных мужчин. [ 20 ]
Нейронные изменения, такие как снижение скорости разрядки двигательных единиц, повышение вариабельности активности разрядки двигательных единиц, изменение поведения рекрутирования и исключения, опосредуют изменения в мышечном контроле. С другой стороны, физиологические вредные факторы, включая потерю двигательных единиц, увеличение коэффициента иннервации двигательных единиц, также влияют на мышечную силу. С помощью силовых тренировок пожилые люди могут значительно улучшить контроль над силой. Быстрая адаптация предполагает изменения в активации двигательных единиц, повышенную возбудимость пула мотонейронов и снижение совместного сокращения антагонистов. [ 21 ]
Тренировки с тяжелым сопротивлением и сенсомоторные тренировки приводят к увеличению максимального произвольного сокращения и скорости развития силы. Но сенсомоторная тренировка демонстрирует более положительную адаптацию постуральных рефлексов , что, вероятно, связано с тренировкой сенсорного восприятия/обработки, центральной интеграцией афферентной информации, трансформацией этой информации в адекватный эфферентный ответ. Уменьшение латентного периода начала и увеличение величины рефлекторного ответа при сенсомоторной тренировке связано с увеличением жесткости голеностопного сустава во время возмущений. [ 22 ]
Когда их просят достичь заданного уровня силы в определенный момент времени без какой-либо визуальной обратной связи, пожилые люди менее точны, чем молодые. Практикуя целенаправленные сокращения, пожилые люди могут улучшить точность выполнения новых двигательных задач (изометрических или динамических), хотя их стратегия отличается от стратегии, используемой молодыми людьми. Для обеих возрастных групп наибольшее улучшение точности происходит в начале практики. [ 23 ]
Пожилые люди могут улучшить модуляцию хватательной силы после двигательной практики. Неожиданно двигательная практика не смогла уменьшить потери способности хватать в условиях двойной задачи, но двигательная практика уменьшает снижение когнитивных способностей в условиях двойной задачи. Таким образом, двигательная практика, по-видимому, высвобождает когнитивные ресурсы, которые ранее контролировали двигательные способности, и пожилые люди, похоже, использовали эти ресурсы для улучшения своих когнитивных функций в условиях выполнения двойной задачи. [ 24 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Нейромеханика движений человека, глава 6 Функция односуставной системы; Роджер М. Энока.
- ^ Доэрти Т.Дж., Вандервурт А.А., Тейлор А.В., Браун В.Ф. (февраль 1993 г.). «Влияние потери двигательных единиц на силу у пожилых мужчин и женщин». Дж. Прил. Физиол . 74 (2): 868–74. дои : 10.1152/яп.1993.74.2.868 . ПМИД 8458808 .
- ^ Камен Дж., Сисон С.В., Ду CC, Паттен С. (декабрь 1995 г.). «Поведение двигательной единицы при разрядке у пожилых людей во время сокращений с максимальным усилием». Дж. Прил. Физиол . 79 (6): 1908–13. doi : 10.1152/яп.1995.79.6.1908 . ПМИД 8847252 .
- ^ Кляйн К.С., Райс К.Л., Марш Г.Д. (сентябрь 2001 г.). «Нормированная сила, активация и коактивация мышц рук молодых и старых мужчин». Дж. Прил. Физиол . 91 (3): 1341–9. дои : 10.1152/яп.2001.91.3.1341 . ПМИД 11509534 . S2CID 5414077 .
- ^ Ланца И.Р., Тауз Т.Ф., Колдуэлл Г.Е., Вигмор Д.М., Кент-Браун Дж.А. (декабрь 2003 г.). «Влияние возраста на мышечный крутящий момент, скорость и силу мышц человека в двух группах мышц». Дж. Прил. Физиол . 95 (6): 2361–9. CiteSeerX 10.1.1.584.9282 . doi : 10.1152/japplphysicalol.00724.2002 . ПМИД 12923120 . S2CID 10181403 .
- ^ Сваш М., Фокс КП (август 1972 г.). «Влияние возраста на скелетные мышцы человека. Исследования морфологии и иннервации мышечных веретен». Дж. Нейрол. Наука . 16 (4): 417–32. дои : 10.1016/0022-510X(72)90048-2 . ПМИД 4261815 .
- ^ Мадхаван С., Шилдс Р.К. (июль 2005 г.). «Влияние возраста на чувство динамического положения: данные с использованием задачи последовательного движения». Exp Brain Res . 164 (1): 18–28. дои : 10.1007/s00221-004-2208-3 . ПМИД 15776224 . S2CID 7503485 .
- ^ Бенджуя Н., Мельцер И., Каплански Дж. (февраль 2004 г.). «Вызванный старением сдвиг от зависимости от сенсорной информации к совместному сокращению мышц во время сбалансированного стояния» . Дж. Геронтол. Биол. наук. Мед. Наука . 59 (2): 166–71. дои : 10.1093/gerona/59.2.M166 . ПМИД 14999032 .
- ^ Ван ФК, де Паскуа В, Делвайд П.Дж. (август 1999 г.). «Возрастные изменения быстрых и медленных проводящих аксонов двигательных единиц тенара» . Мышечный нерв . 22 (8): 1022–9. doi : 10.1002/(SICI)1097-4598(199908)22:8<1022::AID-MUS3>3.0.CO;2-F . hdl : 2268/116776 . ПМИД 10417782 . S2CID 19360782 .
- ^ Вараби Т., Нода Х., Като Т. (июнь 1986 г.). «Влияние старения на сенсомоторные функции глаз и движений рук». Эксп. Нейрол . 92 (3): 686–97. дои : 10.1016/0014-4886(86)90309-2 . ПМИД 3709742 . S2CID 33985637 .
- ^ Тан, штат Пенсильвания; Вуллакотт, М.Х. (ноябрь 1998 г.). «Неэффективная постуральная реакция на неожиданные скольжения во время ходьбы у пожилых людей» . J Gerontol A Biol Sci Med Sci . 53 (6): М471–80. дои : 10.1093/gerona/53A.6.M471 . ПМИД 9823752 .
- ^ Пламмер-Д'Амато, П.; Альтманн, ЖЖ; Рейли, К. (февраль 2011 г.). «Двойное влияние спонтанной речи и исполнительных функций на походку при старении: преувеличенное влияние на медленных ходоков». Походка и осанка . 33 (2): 233–7. дои : 10.1016/j.gaitpost.2010.11.011 . ПМИД 21193313 .
- ^ Хантер, Словакия; Тодд, Г.; Батлер, Дж.Э.; Гандевия, Южная Каролина; Тейлор, Дж.Л. (октябрь 2008 г.). «Восстановление супраспинальной усталости у пожилых людей замедляется после утомления максимальными изометрическими сокращениями» . J Appl Physiol . 105 (4): 1199–209. doi : 10.1152/japplphysicalol.01246.2007 . ПМИД 18687979 . S2CID 6139598 .
- ^ Каллахан, DM; Фулис, Южная Каролина; Кент-Браун, Дж.А. (май 2009 г.). «Возрастная утомляемость мышц-разгибателей колена зависит от режима сокращения» . Мышечный нерв . 39 (5): 692–702. дои : 10.1002/mus.21278 . ПМЦ 2718567 . ПМИД 19347926 .
- ^ Шарп, Дж.А.; Закон, Д.Х. (1987). «Стареющие саккады. Влияние старения на их точность, задержку и скорость». Акта Отоларингол . 104 (5–6): 422–8. дои : 10.3109/00016488709128270 . ПМИД 3434263 .
- ^ Муньос, ДП.; Бротон-младший; Голдринг, JE .; Армстронг, IT. (август 1998 г.). «Возрастная эффективность людей при выполнении саккадических движений глаз». Exp Brain Res . 121 (4): 391–400. дои : 10.1007/s002210050473 . ПМИД 9746145 . S2CID 708906 .
- ^ Коул, Кейджей; Ротелла, ДЛ.; Харпер, Дж.Г. (апрель 1999 г.). «Механизмы возрастных изменений силы кончиков пальцев при точном захвате и подъеме у взрослых» . Дж. Нейроски . 19 (8): 3238–47. doi : 10.1523/JNEUROSCI.19-08-03238.1999 . ПМЦ 6782297 . ПМИД 10191336 .
- ^ Шим, Дж. К.; Лэй, Б.С.; Зациорский, В.М.; Латаш, МЛ. (июль 2004 г.). «Возрастные изменения координации пальцев при выполнении статических задач на схватывание» . J Appl Physiol . 97 (1): 213–24. doi : 10.1152/japplphysicalol.00045.2004 . ПМЦ 2832863 . ПМИД 15003998 .
- ^ Шинохара, М.; Кинан, КГ; Энока, РМ. (март 2003 г.). «Контралатеральная активность гомологичной мышцы руки во время произвольных сокращений выше у пожилых людей». J Appl Physiol . 94 (3): 966–74. doi : 10.1152/japplphysicalol.00836.2002 . ПМИД 12433847 .
- ^ Проктор, Дон.; Греша, МЫ.; Уолро, Дж. М.; Зик, GC; Лемон, П.В. (июнь 1995 г.). «Окислительная способность типов мышечных волокон человека: влияние возраста и статуса тренировок». J Appl Physiol . 78 (6): 2033–8. дои : 10.1152/яп.1995.78.6.2033 . PMID 7665396 .
- ^ Паттен, К.; Камен, Г. (октябрь 2000 г.). «Адаптация к разрядке двигательных единиц при тренировке контроля силы у молодых и пожилых людей». Eur J Appl Physiol . 83 (2–3): 128–43. дои : 10.1007/s004210000271 . ПМИД 11104053 . S2CID 2319138 .
- ^ Гранахер, У.; Голлхофер, А.; Страсс, Д. (декабрь 2006 г.). «Тренировочные изменения в характеристиках постуральных рефлексов у пожилых мужчин». Походка и осанка . 24 (4): 459–66. дои : 10.1016/j.gaitpost.2005.12.007 . ПМИД 16472525 .
- ^ Кристу, Э.А.; Постон, Б.; Энока, Дж.А.; Энока, РМ. (май 2007 г.). «Различные нейронные настройки повышают точность конечных точек при практике у молодых и пожилых людей». J Нейрофизиология . 97 (5): 3340–50. дои : 10.1152/jn.01138.2006 . ПМИД 17376846 .
- ^ Фелькер-Рехаге, К.; Альбертс, Дж.Л. (май 2007 г.). «Влияние двигательной практики на выполнение двух задач у пожилых людей» . J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci . 62 (3): P141–8. дои : 10.1093/geronb/62.3.p141 . ПМИД 17507581 .