WZORCE RUCHÓW

JEDNOSTAWOWYCH

I. Ruchy izotoniczne i skurcze

izometryczne

Ruchy izotoniczne

Zmienność ruchowa:

ruchy „zindywidualizowane”

cechują się dużą zmiennością

z próby na próbę podczas ich

wielokrotnego powtarzania

Zmienność osobnicza

Każdy człowiek z osobna jest

niepowtarzalny, unikalny =

charakteryzuje się innymi

wymiarami ciała, innymi

doświadczeniami i

zdolnościami do uczenia się

czynności ruchowych

Jak umożliwić dużą

powtarzalność eksperymentu ?

Redukcja parametrów opisujących zadanie ruchowe

i zmiennych dostępnych badanemu w wykonywanym

zadaniu ruchowym

Ograniczenie ruchu do:

• pojedyńczego stawu,

• jednej osi w ruchu obrotowym,

• stałego obciążenia zewnętrznego (warunki

izotoniczne ograniczone do płaszczyzny poprzecznej =

bez wyraźnych wpływów siły przyciągania ziemskiego)

• stałej długości mięśnia (skurcz izometryczny)

Skurcz izometryczny

Czy może być zapewniony ?

Dlaczego eksperymentatorzy badają ten

fenomen (używają tego modelu

badawczego) ?

Każdy aktywny skurcz włókien mięśniowych prowadzi

do:

• zmniejszenie długości mięśnia kosztem wydłużenia

ścięgna i innych tkanek miękkich →

• zmiany prędkości skurczu mięśnia →

• zmiany aktywności receptorów wrażliwych na zmiany

długości i napięcia mięśnia (wrzeciona nerwowo-

mięśniowe

i aparaty ścięgniste Golgiego)

Dlaczego naukowcy bardzo często badają

ruchy (skurcze) jednostawowe ?

• postęp nauki następuje poprzez studiowanie wpierw układów

mniej

złożonych (jednostawowy aparat ruchu), a dopiero później

bardziej

złożonych (wielostawowy aparat ruchu)

• badanie skurczu izometrycznego zapenia teoretyczne ramy i

podejście

eksperymentalne, które ułatwiają zrozumienie podstawowych

zasad

sterowania ruchem człowieka

• użyteczność badania ruchów jednostawowych została

potwierdzona

w badaniach klinicznych

• eksperymenty naukowe zapewniają powtarzalne warunki (przy

wykorzy-

staniu tego modelu SJM)

II.

Parametry zadania ruchowego

(wejściowe) i

parametry

wykonanego ruchu

(wyjściowe)

1. PARAMETRY ZADANIA RUCHOWEGO - zadana

badanemu czynność do wykonania

•

Amplituda

ruchu,

czas

czynności,

prędkość

ruchu,

obciążenie

zewnętrzne

,

dokładność

wykonania czynności (instrukcja)

2. PARAMETRY WYKONANEGO RUCHU – to, co

pacjent wykonuje, a my rejestrujemy

•

Parametry kinematyczne:

kąty w stawach

(ułożenie),

prędkość

ruchu,

przyspieszenie

w ruchu

•

Parametry kinetyczne:

moment siły

w stawie

i jego pochodne

•

Parametry neurofizjologiczne:

MEG, EEG, EMG, MMG

•

Wskaźnik dokładności:

SR

,

%

prób udanych,

zmienność pozycji

końcowej

CZARNA SKRZYNKA

Dlaczego badacze analizują

relacje

pomiędzy parametrami zadania

ruchowego

(wejściowymi)

i parametrami

wykonanego ruchu

(wyjściowymi) ?

Badanie relacji pomiędzy parametrami wejściowymi

i wyjściowymi w układzie złożonym służy do

testowania hipotez dotyczących wewnętrznej

struktury i/lub reguł funkcjonowania

CZARNEJ SKRZYNKI

(OUN).

CZARNEJ SKRZYNKI

III. Wzorce aktywności

elektromiograficznej (EMG) podczas

jednostawowych, izotonicznych

czynności ruchowych

TÓJFAZOWY WORZEC AKTYWNOŚCI ELEKTROMIOGRAFICZNEJ (EMG)

podczas szybkiego izotonicznego ruchu prostowania w stawie łokciowym

I’sza AGO - salwa
czynnościowa

– przyspiesza ruch kończyny

w kierunku pozycji docelowej

ANT - salwa hamowania

– spowalnia ruch kończyny,

kiedy zmierza ona do
pozycji
docelowej

II’ga AGO - salwa
stabilizacji

– fiksuje kończynę w pozycji

końcowej-docelowej

AGONISTA

– powoduje

przyśpieszenie kończyny
lub zwiększenie momentu
siły w pożądanym
kierunku

ANTAGONISTA

– hamuje

ruch i utrudnia rozwijanie
siły przez agonistę

I’sz
a

salw
a

AG
O

II’g
a

salw
a

AG
O

salwa

ANT

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas ruchów o stałej amplitudzie i przeciwko

stałemu obciążeniu zewnętrznemu, ale

ze

zmienną prędkością

.

I’sza salwa AGO

II’ga salwa AGO

Salwa ANT

Wzrastająca prędkość
ruchu prowadzi do:

1/

Wzrostu

:

* tempa narastania
amplitudy EMG
* wartości szczytowej i
IEMG
pierwszej salwy
agonisty

2/

Skrócenia

czasu

opóźnienia
salwy antagonisty

3/

Wzrostu

amplitudy i

IEMG
salwy antagonisty

4/

Wzrostu

poziomu

końcowej
koaktywacji agonistów
i
antagonistów (ze
wzrostem
prędkości ruchu)

AGO – agonista, ANT – antagonista

Wzrastająca amplituda ruchu
prowadzi do:

1/

Wzrostu

:

* wartości szczytowej, czasu
trwania i IEMG pierwszej
salwy agonisty

2/

Braku zmian

w tempie

narastania
amplitudy EMG salwy AGO

3/

Wydłużenia

czasu

opóźnienia
salwy antagonisty

4/

Brak jednoznacznych zmian

* w amplitudzie i czasie

trwania
salwy antagonisty: ↑ ampl.

ruchu w mniejszych
zakresach
prowadzi do ↑ salwy ANT,
a dalszy ↑ ampl. ruchu
może
prowadzić do ↓

salwy ANT

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas ruchów o

zmiennej amplitudzie

, przy

stałym obciążeniu zewnętrznym i stałej prędkości

(MAX!!! AFAP).

Salwa ANT

I’sza salwa AGO

1/

Wzrostu

:

* czasu trwania i IEMG
pierwszej
salwy agonisty

2/

Braku zmian

w tempie

narasta-
nia amplitudy EMG salwy
AGO

3/

Wydłużenia

czasu

opóźnienia
salwy antagonisty

4/

Brak wyraźnych zmian

w charakterystyce salwy

ANT

5/

Wzrostu

poziomu końcowej

koaktywacji agonistów i
antagonistów

Wzrastające obciążenie zewnętrzne
prowadzi do:

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas ruchów o

zmiennym obciążeniu

zewnętrznym

, przy stałej amplitudzie i stałej

prędkości ruchu

(MAX!!! AFAP).

Salwa ANT

I’sza salwa AGO

II’ga salwa AGO

III. Wzorce aktywności

elektromiograficznej (EMG) podczas

jednostawowych, izometrycznych

czynności ruchowych

SKURCZE IZOMETRYCZNE

STOPNIOWANY

wzrost

momentu siły do

zada-nego poziomu

i

utrzymanie

na zadanym

poziomie

PULSACYJNY

wzrost

momentu siły do

zadanego poziomu

i

natychmiastowy

szybki

powrót

do wyjściowego

poziomu momentu siły
(relaksacja)

Szybkie skurcze izometryczne

charakteryzują się

* trójfazowym wzorcem EMG,

* jednakże druga, opóźniona salwa agonisty

często nie występuje

1/

Wzrostu

:

* wartości szczytowej i IEMG
pierwszej salwy agonisty

2/

Wzrost

tempa narastania

amplitudy EMG salwy AGO

3/

Brak wyraźnych zmian

w

czasie
opóźnienia salwy
antagonisty

4/

Wzrost

amplitudy i IEMG

salwy
ANT

5/

Brak wyraźnych zmian

w

poziomie końcowej
koaktywacji
agonistów i antagonistów

Wzrastające tempo narastania
momentu siły prowadzi do:

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas

stopniowanego

skurczu izometrycznego

ze

zmiennym tempem narastania momentu siły

,

przy stałej zadanej końcowej wartości momentu

siły

.

Salwa ANT

I’sza salwa AGO

II’ga salwa AGO

Salwa AGO

Salwa ANT

1/

Wzrostu

:

* wartości szczytowej i IEMG
salwy agonisty

2/

Brak zmian

w tempie

narastania
amplitudy EMG salwy AGO

3/

Brak wyraźnych zmian

w

czasie
opóźnienia salwy
antagonisty

4/

Wzrost

amplitudy i IEMG

salwy
antagonisty

5/

Wzrost

poziomu końcowej

koakty-
wacji agonistów i
antagonistów

Wzrastająca końcowa wartość
momentu siły prowadzi do:

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas

stopniowanego

skurczu izometrycznego

ze

zmienną końcową wartością momentu siły

,

przy stałym tempie narastania momentu siły.

Salwa ANT

Salwa AGO

Skurcze izometryczne

„pulsacyjne”

• Wzorzec EMG staje się bardziej „fazowy”

• Występuje lepiej zaznaczona druga salwa

agonisty

• Występuje niższy poziom końcowej

koaktywacji agonistów i antagonistów
(współskurcz)

1/

Wzrost

:

czasu trwania pierwszej salwy
AGO

2/

Wzrost

czasu opóźnienia salwy

ANT

3/

Brak jednolitych zmian w

ampli-
tudzie i IEMG salwy ANT

Wzrastająca końcowa wartość
momentu siły prowadzi do:

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas

pulsacyjnego

skurczu izometrycznego ze

zmienną końcową wartością momentu siły

, przy

stałym tempie narastania momentu siły.

Salwa AGO

Salwa ANT

1/

Lepiej zaznaczonego

fazowego charakteru wzorca

2/

Wzrostu

amplitudy EMG

pierwszej salwy AGO

3/

Wzrostu

tempa narastania

amplitudy EMG I’szej salwy
AGO i salwy ANT

5/

Spadku

poziomu końcowej

koaktywacji AGO i ANT

Wzrastające tempo narastania
momentu siły prowadzi do:

AGO – agonista, ANT – antagonista

Typowe zmiany w trójfazowym wzorcu EMG

podczas

pulsacyjnego

skurczu izometrycznego ze

zmiennym tempem narastania momentu siły,

przy stałej wartości końcowego momentu siły.

Salwa AGO

Salwa ANT

V. Hipoteza pdwójnej strategii

EMG – jako podstawa dla hipotez dotyczących sterowania ruchem

EMG jako wymierny wskaźnik
sygnałów kontrolnych w OUN

EMG – informacja o udziale
sygnałów z OUN i znacznego
wpływu aktywności obwodowych
łuków odruchowych (zmiana
amplitudy i czasu trwania
pobudzenia motoneuronów α)

Hipoteza podwójnej strategii

Ruchy mogą być
wykonywane ze
zmienną prędkością

Podstawowa idea

Strategia zależna
od prędkość
ruchu

Hipoteza ta nie zakłada aktualnej prędkości ruchu,
lecz zakłada sterowanie wewnętrzną zmienną,
którą mózg używa do różnicowania prędkości
ruchu

Ruchy mogą być
wykonywane ze
stałą prędkością

Strategia
niezależna od
prędkość ruchu

Słaby punkt hipotezy podwójnej

strategii

Założenie, że sterujemy ruchami przez wysyłanie
komend
do pul

motoneuronów α

mięśni agonistycznych i

antago-nistycznych, które to komendy kształtują

wzorce EMG

tych mięśni

Jednakże

motoneurony α nie otrzymują jedynie sygnałów

zstępujacych

z ośrodków wyższych, lecz również sygnały z

receptorów obwodowych

(których aktywność zależy od

aktualnych zmian w długości mięśnia, kąta w stawie i

sił ścięgien), które wywołują odruchowe zmiany w ich

aktywności i są następnie

odzwierciedlone we wzorcu

EMG

Wpływ różnorodnych

efektów odruchowych na

motoneurony  mięśni

agonistycznych i

antagonistycznych

Aktualne zmiany w długości
mięśnia, kąta stawowego i
sił ścięgnistych podczas
ruchu wpływają na
aktywność receptorów
obwodowych

Poczwórny przyrost obciążenia
zewnętrznego prowadzi do spadku
prędkości, co będzie odzwierciedlone w
zmianach aktywności wirtualnie
wszystkich receptorów obwodowych

Czy wzorce EMG są wiarygodnymi wskaźnikami komendy
ośrodkowej?

Czy hipoteza podwójnej strategii

jest użyteczna jeśli wzorce EMG

nie są wiarygodnym wskaźnikiem

komendy ośrodkowej,

1. W literaturze opisuje się występowanie regularności w

pierwszej salwie EMG agonisty w ruchach jednostawowych
(I’sza salwa AGO trwa około 100 ms, który to czas jest za
krótki dla odruchów aby miały znaczący wpływ na tę salwę).

2. Podstawowa idea klasyfikowania hipotetycznych komend na

dwie kategorie może być zastosowana bez zakładania
wyłącznej
roli komendy ośrodkowej nad aktywnością motoneuronów 
(i sygnałami EMG z tych mięśni).

Kontrola ruchu – oprócz

komendy

z OUN również zwrotne wpływy

aferentne (odruchy)

Model λ (Feldman, 1986) = LAMBDA

Zakłada, że pobudzenie motoneuronów α jest nie

tylko

z góry zaprogramowane przez OUN

(kontrola na

zasadzie otwartej pętli),

ale że pobudzenie

motoneronów uzależnione jest również od wpływów

dośrodkowych

z receptorów (pętla zamknięta-sprzężenie zwrotne).

W modelu powyższym

kontrolowanym parametrem jest

próg pobudliwości

(λ)

tonicznego odruchu

na rozciąganie (TOR)

- zmiana progu może zachodzić ze stałą prędkością

ale przy różnym czasie trwania tej zmiany

- zmiana progu z różną prędkością

Wzorce akywności EMG wielu

mięśni (7-8) w ruchach w

płaszczyźnie strzałkowej

1. Występowanie zależności EMG, a kierunkiem ruchu i

prędkością ruchu.

2. Dostosowywanie amplitudy i czasu opóźnienia EMG w

zależości od jego kierunku ruchu, prędkości i przyspieszenia.

3. Kiedy ruchy wykonywane były z różną prędkością (różny

czas trwania ruchu) to pojawiał się dodatkowo

- komponent toniczny jako kompensacja siły ciężkości
- komponent fazowy, towarzyszący zmianom prędkości

Jak się ma strategia zależna od prędkości ruchu i

strategia niezależna od prędkości ruchu do

modelu λ

- Latash i Gottlieb (1991), używając modelu λ uzyskali stymulowane wzorce

EMG (ruchów jednostawowych) z których wynika że:

Wykazano, że wzorce EMG ruchów celowych zawierają:

- rozpoczęcie salwy antagonistów (komenda ośrodkowa)

- jak również sygnały aferentne (amplituda i czas trwania EMG)

- wzorzec EMG ruchów celowych i skurczu izometrycznrgo jest podobny