Η συμπεριφορά του γαστροκνήμιου μυός κατά τη διάρκεια καθοδηγούμενης ταλάντωσης από σήματα διαφορετικής πολυπλοκότητας
Creators: name: Μαυρίδη, Δήμητρα Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Μυϊκά δεμάτια
Γαστροκνήμιος
Προσθιοπίσθια ταλάντωση
Οπτικοκινητική σύζευξη Μυοτενόντια ενότητα
Υπέρηχος
Muscle fibers
Gastrocnemius
Anteroposterior sway
Optomotor coupling
MTU
Ultrasound

description: Η διατήρηση της ισορροπίας είναι μια συνεχής, περίπλοκη και δυναμική διαδικασία συνεχούς αξιολόγησης και προσαρμογής που ελέγχεται από τα αισθητήρια συστήματα. Η διαταραχή τόσο των αισθητήριων συστημάτων σε απλές (στάση) αλλά και πιο σύνθετες δε-ξιότητες (βάδιση, τρέξιμο), ήταν το κλειδί για τη μελέτη και την κατανόησή τους. Ο γαστρο-κνήμιος και ο υποκνημίδιος μυς φαίνεται να είναι οι βασικοί μύες ελέγχου της ισορροπίας. Η παρούσα εργασία έχει ως σκοπό τη μελέτη της συμπεριφοράς του έσω γαστροκνήμιου μυός κατά την καθοδηγούμενη ταλάντωση από στόχους διαφορετικής πολυπλοκότητας. Πιο συ-γκεκριμένα, μελετήθηκε η ηλεκτρομυογραφική του δραστηριότητα (ΗΜΓ), η μεταβολή του μήκους των μυϊκών δεματίων (ΜΔ), καθώς και η μεταβολή του μήκους του Αχίλλειου τένο-ντα (ΜΤ) και της μυοτενόντιας ενότητας (ΜΤΕ). Στην έρευνα συμμετείχαν 20 υγιείς ενήλικες (Ηλικία 32 ± 5 έτη, μ.ό. ± τ.α.). Κλήθηκαν να ακολουθήσουν δύο οπτικούς στόχους διαφορε-τικής πολυπλοκότητας: (α) έναν περιοδικό (ημιτονοειδή με κύρια συχνότητα 0.125Hz) και (β) έναν χαοτικό (Lorenz με κύρια συχνότητα τα 0.25Hz) μεταφέροντας το βάρος τους στον προσθιοπίσθιο άξονα πάνω σε δυναμοδάπεδο. Το μέγιστο πλάτος ταλάντωσης είχε οριστεί στο 60% του μήκους του πέλματος, ενώ η απόσταση των έσω σφυρών ήταν στο 10% του ύ-ψους τους. Η οπτικοποίηση της κίνησης του στόχου έγινε μέσω τηλεόρασης, η οποία ήταν τοποθετημένη στο ύψος των ματιών των συμμετεχόντων. Ο κόκκινος κύκλος αντιπροσώπευε την κίνηση του στόχου ενώ ο κίτρινος κύκλος αντιπροσώπευε την ανατροφοδότηση της θέσης του ΚΠ. Η κάθε προσπάθεια διαρκούσε 120s. Κατά τη διάρκεια των δοκιμασιών καταγράφη-καν κινηματικά, δυναμικά, ηλεκτρομυογραφικά δεδομένα και εικόνες από τον υπέρηχο. Η σύζευξη του στόχου με το ΚΠ αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας φασματική ανάλυση συνοχής. Υπολογίστηκε η μεταβλητότητα (τυπική απόκλιση) των ΜΔ, της ΜΤΕ του στόχου, του ΚΠ, της ΓΠΑ και της ΗΜΓ κατά τη διάρκεια ολόκληρης της προσπάθειας. Επίσης υπολογίστηκαν οι συσχετίσεις Pearson μεταξύ των χρονοσειρών του ΚΠ με τη γωνία της ποδοκνημικής άρ-θρωσης (ΓΠΑ), της ΜΤΕ με ΓΠΑ, ΚΠ και ΗΜΓ και τέλος του ΜΔ με ΓΠΑ, ΚΠ, ΗΜΓ και ΜΤΕ για κάθε στόχο χωριστά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αν και υπήρχε στατιστικά σημαντική διαφορά (p&lt;0.001) στη σύζευξη στόχου-ΚΠ οι εξεταζόμενοι μπόρεσαν να ακολουθήσουν και τους δύο στόχους, με τον ημιτονοειδή στόχο να έχει μεγαλύτερη σύζευξη σε σχέση με τον χαοτικό. Η μεταβλη-τότητα όλων των εξεταζόμενων παραμέτρων (Στόχος, ΚΠ,ΓΠΑ,ΜΤΕ,ΜΔ ΗΜΓ) ήταν σημα-ντικά μικρότερη για τον χαοτικό στόχο (p&lt;0.05). Η συσχέτιση ανάμεσα στο μήκος της ΜΤΕ και της θέσης του ΚΠ ήταν και για τους δύο στόχους πολύ ισχυρή. Η συσχέτιση ανάμεσα στο μήκος της ΜΤΕ και της ΓΠΑ ήταν στο 100% των συμμετεχόντων πολύ ισχυρή και για τις δύο συνθήκες. Αντιθέτως, η συσχέτιση ανάμεσα στο μήκος των ΜΔ και της ΓΠΑ ήταν ασθενής και για τους δύο στόχους. Η συσχέτιση της ΗΜΓ και της θέσης του ΚΠ ήταν ισχυρή έως πολύ ισχυρή κατά την παρακολούθηση του ημιτονοειδούς στόχου, ενώ κατά την παρακολούθηση του χαοτικού στόχου ήταν ισχυρή - μέτρια. Τέλος, η συσχέτιση ανάμεσα στην ΗΜΓ και το μήκος των ΜΔ ήταν ασθενής έως πολύ ασθενής για το 64% των συμμετεχόντων κατά την παρακολούθηση του ημιτονοειδή στόχου, και 93% για το χαοτικό στόχο. Η ΗΜΓ συμπεριφορά έδειξε να επηρεάζεται από την πολυπλοκότητα του στόχου. Κατά την παρακολούθηση του ημιτονοειδή στόχου η ενεργοποίηση του μυ μπορούσε να είναι ρυθ-μική σύμφωνα με την κίνηση του στόχου, ενώ στην περίπτωση του χαοτικού η ενεργοποίηση του δε φαίνεται να υποστηρίζει αυτόν τον ξεκάθαρο ρόλο του αντισταθμιστή της προς τα μπρος κίνησης. Το μήκος των ΜΔ σε σχέση με την κίνησης της ΓΠΑ και του ΚΠ φαίνεται να μην επηρεάζεται από την πολυπλοκότητα του στόχου. Και στις δυο περιπτώσεις η κίνηση των ΜΔ δεν «ακολουθεί» ακριβώς αυτήν της ποδοκνημικής άρθρωσης, υποδηλώνοντας ότι τα ΜΔ κάνουν κινήσεις πέραν της βασικής κίνησης της άρθρωσης, οι οποίες μπορούν να χαρα-κτηριστούν ως μικροδιορθωτικές. Συνεπώς, η ιδιοδεκτική πληροφόρηση από τη μυϊκή άτρα-κτο της έσω κεφαλής του γαστροκνήμιου μυός δεν αντιστοιχεί στην πραγματική θέση της πο-δοκνημικής άρθρωσης δυσκολεύοντας το ΚΝΣ να εξάγει τη σωστή πληροφόρηση. Είναι πι-θανό η δυσκολία για το ΚΝΣ να αυξάνεται όταν ο έλεγχος της κίνησης βασίζεται σε μηχανι-σμούς ανατροφοδότησης, όπως είναι η ταλάντωση καθοδηγούμενη από χαοτικό στόχο. Επο-μένως, η συμπεριφορά των ΜΔ της έσω κεφαλής του γαστροκνήμιου μυός θα μπορούσε να είναι μια επιπλέον εξήγηση για τη χειρότερη σύζευξη ανάμεσα στο ΚΠ και το στόχο, κατά την καθοδηγούμενη ταλάντωση από τον χαοτικό στόχο. Η γνώση αυτή είναι χρήσιμη για το σχεδιασμό κατάλληλων προγραμμάτων άσκησης για τη βελτίωση της ισορροπίας.
description: Maintaining balance is a continuous, complex and dynamic process of continuous evaluation and adjustment controlled by sensory systems. Disruption of both sensory sys-tems and other factors, such as the basis of support for simple but also more complex skills, was the key to studying and understanding them. The gastrocnemius and soleus muscle ap-pear to be the main balance control muscles. The aim of the present study is to study the be-havior of the medial gastrocnemius muscle during guided oscillation by targets of different complexity. More specifically, the electromyographic activity (EMG), the change in the length of the muscle fascicle (MF), as well as the change in the length of the Achilles tendon (TL) and the muscle tendon unit (MTU) were studied. The study involved 14 healthy adults (Age 33 ± 6 years, mean ± sd.). They were asked to follow two optical targets of different complexity: (a) a periodical (sinusoidal with a main frequency of 0.125Hz) and (b) a chaotic one (Lorenz with a main frequency of 0.25Hz ), by shifting their body weight to the antero-posterior axis on a force platform. The maximum oscillation amplitude was set at 60% of the foot length, while the distance between the medial malleoli was set at 10% of their body height. For the visualization of the target as a red circle and the center of pressure (CoP) as a yellow circle a television was used, which was placed at the eye level of the participants. Each trial lasted 120 seconds. During the tests kinematic, dynamic, EMG data and ultra-sound images were recorded. The coupling between CoP and target was evaluated using co-herence analysis. The variability (as the standard deviation) of the examined parameters was calculated for each trial. The Pearson correlations was calculated for the whole time series between the examined parameters for each trial. . The results showed that although there was a statistically significant target effect (p&lt;0.001) in the target-CoP coupling, the subjects were able to follow both targets. The vari-ability of all parameters except the knee angle and the muscle thickness was significantly lower for the chaotic target (p &lt;0.05). The correlation between the length of the MTU and the position of the CoP was very strong for both targets (86% of the participants for the si-nusoidal and 93% for the chaotic target). While the correlation between the length of the MTU and the ankle angle (AA) joint was for all participants very strong in both conditions, the correlation between the length of the MF and AA joint was strong to very strong only for 21% of the participants for the sinusoidal target and 7% for the chaotic one. The correlation between EMG activity of the medial gastrocnemius and CoP was strong to very strong for 86% of the participants when following the sinusoidal target, but when following the chaotic target, no participant showed a very strong correlation and only 50% of participants showed a strong correlation. Finally, the correlation between EMG activity and MF was weak to very weak for 64% of the participants in the sine target, and for 93% of the participants in the chaotic target. It has been shown that the EMG behavior is affected by target complexity. When monitoring the sine of the target, the activation of the muscle could be rhythmic according to the movement of the target, while in the case of the chaotic, the activation does not seem to support this clear role of the compensator of its forward movement. The FL in relation to the motion of the AA and the CoP does not seem to be affected by target complexity. In both cases, the movement of the FL does not "follow" exactly the movement of the ankle joint, suggesting that the FL makes small movements beyond the basic movement of the joint, which can be characterized as micro falls. Therefore, the proprioceptive information from the muscular spindle of the medial head of the gastrocnemius muscle does not correspond to the actual position of the ankle joint making it difficult for the CNS to extract the correct information. This CNS difficulty is likely to increase when motion control is based on feed-back mechanisms, such as chaotic guided oscillation. Therefore, the behavior of the FL of the gastrocnemius medialis muscle could be an additional explanation for the worse cou-pling between the CoP and the target, during the guided oscillation by the chaotic target. This knowledge is useful for designing appropriate exercise programs to improve balance.