无创深部脑刺激对肌肉力量及运动单位募集数量的影响
作者单位：上海体育学院
会议名称：《第十二届全国体育科学大会》
会议日期：2022年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
关 键 词：无创深部脑刺激 肌肉力量 第一背侧骨间肌 运动单位募集数量
摘 要：研究目的:肌肉力量是决定人体运动表现的重要因素之一。研究表明,更大的肌肉力量可以提高一般运动技能和专项运动技能,还可以降低运动损伤。肌肉力量的基础是形态学和神经因素的结合,包括肌肉横截面积和结构、运动单位募集、速率编码、运动单位同步和神经肌肉抑制等。因此,肌肉力量不仅受到肌肉本身特征的影响,也受到神经的支配。提高肌肉力量常用的方法是抗阻训练。传统的训练方法主要通过改变肌肉形态学提高肌肉力量,忽视了神经系统对肌肉力量的影响。经颅直流电刺激(transcranial Direct Current Stimulation,t DCS)是一种非侵入性的神经调节技术,它通过放置在头颅的电极把低强度的电流作用于特定的脑区,达到调节大脑皮层神经活动的目的。许多研究表明tDCS可以提高肌肉力量、延缓运动疲劳等,但是有研究指出tDCS刺激范围宽泛,不能聚焦目标靶区,不能刺激到脑深部位置。2017年Grossman报道了一种用相位干涉电场(Temporal Interference Electrical Fields,TI)进行的无创深部脑刺激,该技术通过向大脑传递频率过高(k Hz范围)而无法激发神经元放电的两个相差很小的电场E1和E2,两电场在深部脑区形成形成频率差值为Δf的包络波,Δf在神经元可以响应的频率范围内,可以激发选定区域的神经元活动。本研究的目的是探究这种无创深部脑刺激对肌肉力量及运动单位募集数量的影响,为TI人体实验奠定一定的研究基础。研究方法:实验共招募33名上海体育学院健康在校生作为研究对象(男:24,年龄:25.58±3.56岁,身高:174.83±6.22 cm,体重:71.33±7.20 kg;女:9,年龄:24.11±0.93岁,身高:162.33±6.82 cm,体重:52.13±5.97 kg)。采用重复、双盲实验设计,受试者随机接受TI真刺激或假刺激(仅在开始前30s有电流),两次实验间隔48小时以上。利用经颅磁刺激仪(直径为9cm的8字线圈)找到受试者第一背侧骨间肌(firstdorsal interossei,FDI)运动皮层代表区,即热点位置(单脉冲经颅磁刺激期间引发最大和最一致运动诱发电位的位点),然后围绕热点,放置两对5*5厘米的交流电路。本研究两路交流电的频率分别是2000Hz和2020Hz,每路电流峰峰值为2m A,总电流为4m A,刺激时间为20分钟。实验前准备包括让受试者熟悉流程,签订知情同意书;为受试者调整合适的发力位置并让受试者练习发力(身体坐直,左手放在大腿上,食指与拇指的角度为90度);为受试者处理皮肤并粘贴肌电(电极放在FDI肌腹中点)。正式实验包括电刺激前后用MP160多导生理记录仪、测力传感器和Lab VIEW指力检测软件采集受试者FDI最大发力20s的肌力,同时用矩阵肌电采集肌电信号(通过自带软件neuromap可分解出单个运动单位)。采用重复测量双因素(刺激条件×刺激前后)方差分析TI刺激对FDI峰值肌力、发力率、20s最大发力的肌力衰减率和运动单位募集数量的影响,显著性水平设为P0.05),刺激模式与时间的交互作用对受试者FDI肌肉力量、20s最大发力的肌力衰减率和运动单位募集数量有显著性影响(P0.05);而假刺激后20s最大发力的肌力衰减率和运动单位募集数量显著降低(P0.05)。研究结论:尽管TI刺激不能显著提高手部小肌肉力量和爆发力,但是可维持肌力衰减率和运动单位募集数量,研究表明,运动单位募集数量越多,肌力越大,因此,可将其作为延缓肌肉力量衰减和增强肌肉力量的潜在手段。目前,TI刺激应用于人体尚处于初始实验阶段,还需要大量的研究来探讨TI刺激最佳参数(包括电极摆放位置、电流强度、刺激频率)和TI刺激的作用机制。