Влияние тренировки баланса ЭМГ-биологической обратной связи на рефлекс Хоффмана

Травмы, вызванные падениями, являются серьезной проблемой во всем мире, и к наиболее серьезным травмам относятся переломы бедра и травмы головного мозга, на которые приходится 46% смертей среди пожилого населения. Углубленный анализ факторов риска падений показал, что наибольший вклад вносят нарушения равновесия и ненормальная походка (Chen et al., 2021). Неудивительно, что нейронный контроль позы меняется с возрастом. Падения среди пожилых людей становятся все более серьезной проблемой и приводят к росту числа заболеваний, смертности и обращений за медицинскими услугами. Примерно 40% пожилых людей старше 65 лет, даже если они здоровы, переживают по крайней мере одно падение в год (Bakker et al., 2024). Баланс – это ключевая способность, необходимая для предотвращения падений, поскольку поддержание вертикального равновесия необходимо для выполнения индивидуальных повседневных действий. Количественные оценки необходимы при оценке постурального баланса участников. Силовая пластина — это оборудование, которое является надежным методом оценки баланса и широко используется как в лабораторных, так и в клинических условиях (Chen et al., 2021). Несмотря на многочисленные исследования за последние три десятилетия, анализирующие влияние возраста и контроля осанки, число смертей, вызванных падениями и травмами, связанными с падением, продолжает расти. Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, как старость влияет на нервные механизмы постурального контроля. В частности, нам необходимо понять механизмы, с помощью которых тренировка баланса может привести к улучшению постурального контроля и уменьшению падений среди пожилых людей (Bakker et al., 2024a).

Ценный нейрофизиологический показатель, известный как рефлекс Хоффмана (Н), имеет высокую чувствительность к позе. Измерение амплитуды Н-рефлекса можно использовать для определения того, сопровождают ли изменения возбудимости позвоночника тренировку равновесия. Это относительно простой метод, что делает его интересным инструментом для исследований (Theodosiadou et al., 2023). H-рефлекс десятилетиями использовался в исследованиях двигательного контроля, в которых особое внимание уделяется механизмам позвоночника. Его обычно используют в качестве инструмента для анализа возбудимости позвоночника или того, насколько эффективно происходит синапсическая передача между мотонейронами и афферентами 1а.

Для тренировки равновесия может быть реализована биологическая обратная связь электромиографии (ЭМГ), при которой участники будут управлять объектами на экране с помощью электрических сигналов своих мышц, стоя. Датчики, используемые для ЭМГ, не являются болезненными или инвазивными и могут применяться для воздействия на определенные мышцы или группы мышц. Система EMG-Biofeedback создает классификатор, который предсказывает предполагаемые входные данные пользователя для управления игрой с помощью сигналов ЭМГ в реальном времени. Это нововведение будет достигнуто за счет размещения датчиков на верхней части ноги и рук для сбора данных о сигналах нижних и верхних конечностей, чтобы двигательная активность и успешное проведение игры могли быть сосредоточены на балансе участников (Парк и др., 2022). Было показано, что восемнадцать сеансов (по 40 минут каждый) тренировки нижней части тела (передней большеберцовой мышцы) с помощью ЭМГ-биологической обратной связи в течение трех недель у участников, страдающих хроническим инсультом, улучшают результаты контроля движений, включая баланс и силу (Tsaih et al., 2018).

Чтобы лучше понять нейрофизиологические эффекты ЭМГ-биологической обратной связи, мы будем анализировать изменения возбудимости спинальных рефлексов путем измерения амплитуд H-рефлекса и результатов тестов на балансировочной доске до и после 4 недель тренировки баланса у стареющего населения. Несмотря на то, что были опубликованы исследования, посвященные этому вмешательству, улучшающему баланс, не было никаких исследований, изучающих, влияет ли тренировка ЭМГ-биологической обратной связи на возбудимость спинальных рефлексов. Это вмешательство может улучшить спинальные рефлексы и баланс у пожилых людей, а также предотвратить падения в будущем. Это вмешательство может, возможно, уменьшить количество серьезных травм у здорового взрослого населения старшего возраста, а изменения амплитуды H-рефлекса могут быть связаны с изменениями баланса. Исследования, в которых изучались изменения амплитуды H-рефлекса после месячной тренировки равновесия, не проводили последующей оценки для подтверждения долговечности улучшения баланса и снижения амплитуды H-рефлекса.

Методы:

Во время первого посещения лаборатории участники проведут 3 функциональных оценки и одну нейрофизиологическую оценку. Функциональные оценки будут измерять баланс в положении стоя. Эти оценки баланса займут около 10 минут. завершить. Измерение мышечной активности будет включать неинвазивную стимуляцию позади колена, которая вызовет подергивание икроножной (камбаловидной) мышцы. Эта оценка рефлекса Хоффмана будет выполнена для каждой ноги и отражает активность цепей в спинном мозге, которые, как считается, способствуют балансу. Эта процедура требует примерно 20 минут для каждой ноги.

Ведущий исследователь этого исследования случайным образом назначит участников в группу обучения балансу или балансу с биологической обратной связью, и участнику не сообщат, к какой группе они были отнесены. Независимо от того, к какой группе будет отнесен участник, ему на мышцы верхней и нижней части тела будут помещены электроды, которые будут прикреплены к системе ЭМГ с помощью проводов, и вы будете выполнять компьютерную игру, требующую вашего равновесия в течение 30 минут. каждую вашу тренировку. Вспомогательные устройства, такие как трости, ходунки и т. д., не будут использоваться во время тренировки баланса. Во время тренировки баланса участники могут делать перерывы и время от времени присаживаться. Тренировки будут проходить 4 раза в неделю, всего 16 раз. Обе группы будут играть в компьютерную игру во время тренировки равновесия стоя.

На следующий день после последнего сеанса они пройдут последующую оценочную сессию, которая также будет включать выполнение трех тестов функционального баланса и измерение мышечной активности для каждой ноги, которая будет следовать той же процедуре, что и первая оценочная сессия.

Вторая последующая оценка состоится через 2 недели после заключительной тренировки. Все оценки первого наблюдения будут повторены.