Кожный рефлекс при движении человека.

Кожная , поверхностная, ^[1] или кожные рефлексы , активируются кожными рецепторами и играют ценную роль в передвижении , обеспечивая быструю реакцию на неожиданные проблемы окружающей среды. Было доказано, что они важны для реагирования на препятствия или спотыкания, для подготовки к визуально сложной местности и для помощи в корректировке действий в случае возникновения нестабильности. Помимо роли в нормальном передвижении, кожные рефлексы изучаются на предмет их потенциала в усилении реабилитационной терапии ( физиотерапии ) для людей с нарушениями походки .

Фон рефлекторного пути

Рефлексы являются важной частью нашей повседневной деятельности. Мы все испытали на себе, насколько быстрыми и автоматическими могут быть эти реакции 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 помехи.

Рефлекторный путь ( рефлекторная дуга ) представляет собой последовательность нейронов, соединяющих сенсорный вход ( афферентный нейрон ) с двигательным выходом ( эфферентный нейрон ), что приводит к поведенческой реакции. Общий путь спинального рефлекса включает в себя нейроны, содержащиеся в спинном мозге . Однако мозг может также вносить дополнительный ( супраспинальный ) вклад, который может модулировать чувствительность рефлекса к сенсорному сигналу.

Общие рефлекторные пути

Рефлексы могут быть очень простыми, как моносинаптический рефлекс , содержащий только один синапс , или более сложными, как полисинаптический рефлекс , который включает более одного синапса . рефлекс Коленный является распространенным примером моносинаптического рефлекса, когда наблюдают за двигательной реакцией четырехглавой мышцы бедра на выталкивание ноги. Его также можно использовать в качестве примера полисинаптического рефлекса, рассматривая участие тормозных интернейронов в расслаблении подколенных сухожилий . Сложность рефлекса можно оценить, исследуя временную задержку или латентный период между электрической стимуляцией сенсорного нейрона и соответствующей двигательной реакцией, измеренную с помощью ЭМГ ( электромиографии ). Большинство рефлексов можно отнести к одной из трех групп в зависимости от латентности ответа ЭМГ. Коротколатентный рефлекс (SLR) является самым быстрым (~ 40–50 мс) и включает моносинаптический путь. Рефлекс средней задержки (MLR) задействует промежуточные нейроны спинного мозга и обычно составляет ~ 80–90 мс. Рефлекс с длительной латентностью (LLR) составляет ~ 120–140 мс, что позволяет предположить, что он опосредован дополнительными супраспинальными сигналами от мозга. ^[2]

Кожные рецепторы и рефлексы

Кожные рецепторы представляют собой тип сенсорных рецепторов , которые реагируют на раздражители (прикосновение, давление, боль, температура), которые предоставляют информацию о контакте с внешней средой. Распространенным рефлексом с участием кожных рецепторов является перекрестный разгибательный рефлекс . Этот рефлекс активируется, когда мы испытываем болевой стимул в нижней части стопы, например, когда наступаем на кнопку. Ответ заключается в том, чтобы быстро отдернуть ногу, наступившую на прихватку, 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:

стимулируется кожный нерв
фаза цикла походки
интенсивность стимуляции
характер выполняемой задачи
ритмичные движения рук или ног
сложность задачи.

Было показано, что в дополнение к модуляции кожный рефлекс вызывает ответ ЭМГ как MLR (реакция со средней задержкой), так и LLR (реакция с большой задержкой), что указывает на то, что это полисинаптический рефлекс , включающий спинальные интернейроны или супраспинальные пути. ^[3]

Функциональная роль

Кожные нервы

Общее расположение поверхности для активации трех кожных рецепторов

Кожный рефлекс объясняется функциональными реакциями. ^[4] к нарушениям, возникающим во время передвижения, и, следовательно, зависит от того, какой кожный нерв стимулируется. Примерами нервов, кожные ветви которых были исследованы, являются:

1. Поверхностный малоберцовый нерв или малоберцовый нерв (иннервирующий тыльную поверхность стопы) 2. Большеберцовый нерв (иннервирующий подошвенную поверхность стопы)3. Икроножный нерв (иннервирующий латеральную 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 активируемых мышцах и времени их активации в зависимости от того, в какой части цикла походки происходит стимуляция. Этот вариант предполагает функциональную роль рефлекса, заключающуюся в обеспечении плавного изменения походки при столкновении или предвидении препятствий и сложной местности. Основные задействованные мышцы включают четыре (4) движения, важные для передвижения:

Мышцы бедра, реагирующие на кожный рефлекс

Латеральная широкая мышца (разгибатель колена)

Двуглавая мышца бедра (сгибатель колена)

Мышцы голени, реагирующие на кожный рефлекс

Передняя большеберцовая мышца (дорсифлексор)

Икроножная мышца (подошвенный сгибатель)

Движение ног	Группа мышц	Типичное измерение мышц по активности ЭМГ
Сгибание колена	Подколенные сухожилия	Двуглавая мышца бедра
Разгибание колена	квадрицепсы	Широкая латеральная широкая мышца
Подошвенное сгибание голеностопного сустава (наведение пальцев стопы)	Икроножные мышцы	Икроножная мышца или Солеус
Тыльное сгибание голеностопного сустава (поднятие пальцев ног вверх)	Мышца голени	Передняя большеберцовая кость

Поверхностный малоберцовый нерв (SF)

Кожная стимуляция поверхностного малоберцового нерва (SF) обычно происходит, когда верхняя часть стопы сталкивается с препятствием. Рефлекторной реакцией на эту активацию является подтягивание ноги вверх и через препятствие, а также подготовка к возможному спотыканию или падению. Наблюдаемые на ЭМГ мышечные реакции на стимуляцию SF помогают объяснить, как осуществляется этот рефлекторный ответ:

Повышенная активность двуглавой мышцы бедра сгибает колено, подтягивая ногу вверх и над препятствием.
Снижение активности передней большеберцовой мышцы позволяет икроножной мышце более полно сгибаться в подошве или направлять носок. Это позволяет ноге скользить по препятствию.
Увеличение активности латеральной широкой мышцы бедра приводит к совместному сокращению подколенных сухожилий и четырехглавой мышцы бедра, что обеспечивает повышенную устойчивость колена в случае спотыкания или падения. ^[5]

Большеберцовый нерв (ТН)

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 беспрепятственной ходьбе активация ТН при переходе из стойки в мах должна уменьшаться по мере того, как стопа начинает отрываться от земли. В этом случае повышенная стимуляция TN предполагает шарканье подошвы стопы по земле. Рефлекторная реакция поднимет ногу вверх, оторвав ее от земли. Реакция ЭМГ на стимуляцию снова помогает объяснить, как это достигается.

Повышенная активность передней большеберцовой мышцы вызывает тыльное сгибание, поднимая стопу над землей.

2. Активация TN во время позднего поворота при нормальной ходьбе должна начать усиливаться, когда стопа начинает касаться земли. Таким образом, стимуляция TN во время этой фазы аналогична сенсорному сигналу нормальной походки. В этой ситуации стопа будет подошвенно сгибаться, чтобы обеспечить плавное размещение для перехода к фазе опоры. Здесь наблюдается противоположный эффект ЭМГ.

Снижение активности передней большеберцовой мышцы снижает активное тыльное сгибание, позволяя голеностопному суставу достичь большего подошвенного сгибания. ^[6]

Икроножный нерв (СН)

Стимуляция икроножного нерва (SN) приводит к возникновению рефлекса, который зависит как от фазы, так и от интенсивности. Икроножный нерв иннервирует латеральную (внешнюю) часть стопы и может активироваться во время фазы поворота или опоры при столкновении с неровной поверхностью. Реакция, зависящая от интенсивности, указывает на уровень активации и, следовательно, на потенциальный вред.

1. Во время фазы переноса стимуляция ЧС указывает на столкновение с препятствием на боковой стороне стопы. Реакция состоит в том, чтобы переместить ступню внутрь и ногу вверх, в сторону. Наблюдаемые ответы ЭМГ:

Увеличение активности передней большеберцовой мышцы, вызывающее тыльное сгибание и инверсию (поворот стопы внутрь) стопы.
Увеличение активности двуглавой мышцы бедра приведет к сгибанию колена, что приведет к поднятию стопы выше и в сторону от препятствия.
Снижение активности латеральной широкой мышцы бедра увеличит способность двуглавой мышцы бедра сгибать колено и подтягивать его вверх.

2. Во время фазы опоры стимуляция SN средней интенсивности указывает на неровную местность и приводит к реакции, обеспечивающей жесткость и стабильность голеностопного сустава. Механизм этой реакции реализуется за счет одновременной активации двух антагонистических мышц голеностопного сустава.

Повышенная активность передней икроножной и большеберцовой мышц обеспечит жесткость голеностопного сустава, помогая предотвратить растяжение связок голеностопного сустава.

3. Во время фазы опоры стимуляция ЧС высокой интенсивности указывает на наличие препятствия, которое потенциально может привести к физическому повреждению стопы. В этом случае целью рефлекса будет полное отведение стопы от раздражителя.

Снижение активности икроножной мышцы позволит осуществить более полное тыльное сгибание и инверсию за счет того, что передняя большеберцовая мышца подтягивает стопу как вверх, так и внутрь, предотвращая контакт стопы с потенциально повреждающей поверхностью. ^[7]

Поверхностный лучевой нерв (СР)

Кожная стимуляция поверхностного лучевого нерва (расположенного на предплечье со стороны большого пальца) вызывает кожный рефлекс в мышцах рук во время ритмических движений руки, аналогично тому, который наблюдается в мышцах ног во время передвижения . Помимо своей роли в рефлекторных реакциях на саму руку, он модулирует кожные рефлексы мышц ног во время передвижения. ^[8] Эта рефлексивная реакция может быть рудиментарным остатком нашего четвероногого происхождения, связывающего движение передних конечностей с движением задних конечностей . ^[9] Эту связь можно увидеть при обычной ходьбе, когда рука качается в ритме противоположной ноги. Перекрестная синхронность может быть частично обусловлена общим нервным путем между верхними и нижними конечностями. Хотя функция этого скоординированного движения может заключаться в поддержании равновесия при смещении нашего центра массы, оно также участвует в двигательных рефлексах. Стимуляция лучевого нерва во время ходьбы необычна и часто указывает на наличие препятствия, достаточно высокого, чтобы коснуться качающейся руки. Одновременная или одновременная стимуляция поверхностного малоберцового нерва (верхняя часть стопы) и поверхностного лучевого нерва противоположной ( контралатеральной ) руки предполагает, что препятствие достаточно велико, чтобы вызвать серьезное спотыкание или падение. Таким образом, реакция активирует мышцы ног, чтобы подготовиться к такой возможности. ЭМГ-ответы на этот тип одновременной стимуляции включают значительные изменения в ноге, противоположной или ( контралатеральной ) стороне, получающей радиальную симуляцию:

Повышенная активность контралатеральной передней большеберцовой мышцы и контралатеральной латеральной широкой мышцы бедра для обеспечения дополнительной жесткости и стабильности ноги.

Дополнительные переменные, модулирующие реакцию кожного рефлекса

Величина кожного рефлекса в мышцах ног может изменяться под воздействием множества переменных. Изменения зависят от движения, фазы походки и могут быть как возбуждающими , так и тормозящими нормальный паттерн кожных рефлексов .

Сложность или сложность задачи

Кожные рефлексы модулируются в условиях нестабильности или затрудненных двигательных движений. В нестабильных состояниях, таких как нарушения, возникающие при скрещивании рук, происходит облегчение или усиление как ипсилатеральных , так и контралатеральных рефлексов, специфичных для мышц. ^[10] При поверхностной стимуляции малоберцового нерва рефлексы ипсилатеральной двуглавой мышцы бедра (сгибатель колена) и ипсилатеральной камбаловидной мышцы (подошвенный сгибатель) усиливаются во время поворота, что позволяет ноге преодолеть препятствие. Напротив, на контралатеральной, противоположной ноге наблюдается усиление как передней большеберцовой мышцы (тыльный сгибатель), так и икроножной мышцы (подошвенный сгибатель), что обеспечивает дополнительную жесткость ноги для устойчивости опорной ноги.

Аналогичные результаты усиления наблюдаются в обеих визуально сложных средах, таких как ступенька по горизонтальной лестнице, ^[11] и ходьба задом наперед. ^[12] Эти ситуации демонстрируют усиление контрлатеральных рефлексов во время фазы опоры таким образом, чтобы обеспечить стабильность и модуляцию ипсилатерального рефлекса таким образом, чтобы обеспечить плавный переход мимо воспринимаемого препятствия.

Возможное клиническое применение модуляции кожных рефлексов

Способность модулировать 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 и осложнениями нижних конечностей наблюдаются сниженные или притупленные кожные рефлексы. Эти рефлексы нижних конечностей можно усилить с помощью поверхностной стимуляции лучевого нерва , воспользовавшись межконечным рефлексом, наблюдаемым во время ритмичного движения рук между верхними и нижними конечностями. Усиление наблюдаемое контралатеральной падения передней большеберцовой мышцы, во время перехода от поворота к стойке, может быть клинически полезным для предотвращения стопы во время фазы переноса у пациентов с инсультом. ^[13] Необходимы будущие исследования для дальнейшего изучения эффективности усиления кожных рефлексов как инструмента повышения двигательной восприимчивости при реабилитации после инсульта.

Внешние ссылки

Ссылки

^ «Рефлексы» . Физиопедия . Проверено 06 октября 2022 г.
^ Шольц, Э., Динер, Х.К., Нот, Дж., Фридеманн, Х., Дихганс, Дж., и Бахер, М. (1987). Средне- и долголатентные ответы ЭМГ в мышцах ног: болезнь Паркинсона. Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии, 50 (1), 66-70.
^ Накадзима Т., Барсс Т., Кларнер Т., Комияма Т. и Зер Э.П. (2013). Усиление межконечностных рефлексов, вызываемых стимуляцией руки одновременно с тренировкой со стопы во время локомоции. BMC Нейронауки, 14.
^ Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
^ Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
^ Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.
^ Зер, Е.П., Штейн, Р.Б., и Комияма, 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 субмаксимальной ходьбы лежа у неврологически интактных людей. Журнал прикладной физиологии, 115 (1), 34–42.
^ Накадзима
^ Ламонт, EV, и Зер, EP (2007). Контакт с поручнем, опирающийся на землю, облегчает кожные рефлексы между конечностями во время передвижения. Журнал нейрофизиологии, 98 (1), 433-442.
^ Рафф, Ч.Р., Миллер, А.Б., Дельва, М.Л., Ладжуа, К., и Мэриголд, Д.С. (2014). Изменение кожных рефлексов при ходьбе под визуальным контролем. Журнал нейрофизиологии, 111 (2), 379–393.
^ Хугкамер, В., Массаад, Ф., Янсен, К., Брюйн, С.М., и Дуйсенс, Дж. (2012). Селективная двусторонняя активация мышц ног после стимуляции кожного нерва при ходьбе назад. Журнал нейрофизиологии, 108 (7), 1933–1941.
^ Зер, EP, и Лоадман, PM (2012). Сохранение двигательно-зависимых рефлекторных сетей между конечностями при ходьбе после инсульта. Клиническая нейрофизиология, 123(4), 796-807.

[1] «Рефлексы» . Физиопедия . Проверено 06 октября 2022 г.

[2] Шольц, Э., Динер, Х.К., Нот, Дж., Фридеманн, Х., Дихганс, Дж., и Бахер, М. (1987). Средне- и долголатентные ответы ЭМГ в мышцах ног: болезнь Паркинсона. Журнал неврологии, нейрохирургии и психиатрии, 50 (1), 66-70.

[3] Накадзима Т., Барсс Т., Кларнер Т., Комияма Т. и Зер Э.П. (2013). Усиление межконечностных рефлексов, вызываемых стимуляцией руки одновременно с тренировкой со стопы во время локомоции. BMC Нейронауки, 14.

[4] Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.

[5] Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.

[6] Зер, Е.П., Комияма, Т., и Штейн, Р.Б. (1997). Кожные рефлексы при походке человека: электромиографические и кинематические реакции на электрическую стимуляцию. Журнал нейрофизиологии, 77 (6), 3311-3325.

[7] Зер, Е.П., Штейн, Р.Б., и Комияма, Т. (1998). Функция рефлексов икроножного нерва при ходьбе человека. Журнал физиологии, Лондон, 507 (1), 305–314.

[8] де Кам, Д., Райкен, Х., Манинтвельд, Т., Ниенхейс, Б., Дитц, В., и Дуйсенс, Дж. (2013). Движения рук могут увеличить активность мышц ног во время субмаксимальной ходьбы лежа у неврологически интактных людей. Журнал прикладной физиологии, 115 (1), 34–42.

[9] Накадзима

[10] Ламонт, EV, и Зер, EP (2007). Контакт с поручнем, опирающийся на землю, облегчает кожные рефлексы между конечностями во время передвижения. Журнал нейрофизиологии, 98 (1), 433-442.

[11] Рафф, Ч.Р., Миллер, А.Б., Дельва, М.Л., Ладжуа, К., и Мэриголд, Д.С. (2014). Изменение кожных рефлексов при ходьбе под визуальным контролем. Журнал нейрофизиологии, 111 (2), 379–393.

[12] Хугкамер, В., Массаад, Ф., Янсен, К., Брюйн, С.М., и Дуйсенс, Дж. (2012). Селективная двусторонняя активация мышц ног после стимуляции кожного нерва при ходьбе назад. Журнал нейрофизиологии, 108 (7), 1933–1941.

[13] Зер, EP, и Лоадман, PM (2012). Сохранение двигательно-зависимых рефлекторных сетей между конечностями при ходьбе после инсульта. Клиническая нейрофизиология, 123(4), 796-807.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]