表面肌電技術(shù)揭示典型發(fā)育過程中運動神經(jīng)元放電行為的性別差異

 典型發(fā)育過程中運動神經(jīng)元放電行為的性別差異

本研究旨在探討在典型發(fā)育過程中，男女性別在運動神經(jīng)元興奮性和放電行為上的差異。已有研究表明，成年女性比男性具有更高的運動神經(jīng)元興奮性，表現(xiàn)為更快的放電頻率和更強的自我持續(xù)放電能力（ΔF），這主要與鈣和鈉持續(xù)性內(nèi)向電流（PIC）有關(guān)。然而，這種性別差異是否在青春期前就已存在，以及是否會隨發(fā)育進程發(fā)生變化，尚未明確。本研究將參與者分為年輕發(fā)育組（7–17歲）和年長發(fā)育組（18–28歲），通過高密度表面肌電圖（HDSEMG）記錄脛骨前�。═A）運動單位在三種收縮強度下的放電行為，系統(tǒng)比較性別間在運動神經(jīng)元興奮性、放電頻率與變異性等方面的差異，并探討其與性激素水平、神經(jīng)環(huán)路成熟等因素的關(guān)聯(lián)。

 
1.論文摘要

本研究通過高密度表面肌電圖技術(shù)，分解了年輕（7–17歲）和年長（18–28歲）男女參與者在脛骨前肌進行三角等長收縮時的運動單位放電信號。結(jié)果顯示，女性在兩組中均表現(xiàn)出比男性更大的自我持續(xù)放電（ΔF），表明其運動神經(jīng)元具有更高的內(nèi)在興奮性，且該差異在發(fā)育早期即已存在。年輕女性組的運動單位放電頻率顯著高于男性，但該差異在年長組中消失，男性反而表現(xiàn)出更高的起始放電頻率和更低的放電變異性。此外，年長男性分解出的運動單位數(shù)量顯著多于女性，可能與肌肉體積和結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。研究表明，運動神經(jīng)元興奮性的性別差異在發(fā)育早期即已確立，并不完全依賴于性激素水平，而肌肉大小相關(guān)的運動單位數(shù)量則隨青春期后性別差異加大而顯著分化。

2.研究方法
 
研究共招募36名健康參與者，分為年輕女性（12.1±2.8歲）、年輕男性（12.0±3.0歲）、年長女性（22.0±3.2歲）和年長男性（23.1±3.8歲）。參與者坐姿固定，使用定制等長肌力計進行脛骨前肌三角收縮任務(wù)，收縮強度分別為10%、20%和30%最大自愿收縮力。肌電信號采集使用意大利OT Bioelettronica公司的高密度表面肌電矩陣（型號：GR08MM1305），該矩陣包含64個電極，排列為5列×13行，電極間距8 mm，貼附于脛骨前肌肌腹。信號經(jīng)Quattrocento放大器（OT Bioelettronica）放大、濾波（10–900 Hz）后，以2048 Hz采樣率記錄。扭矩信號通過應(yīng)變傳感器同步采集。運動單位分解采用盲源分離算法，僅保留輪廓值≥0.85的單位進行后續(xù)分析。通過復(fù)合運動單位分析技術(shù)計算ΔF，并提取起始、最大、結(jié)束放電頻率及放電間隔變異系數(shù)等參數(shù)。統(tǒng)計方法采用t檢驗、Mann-Whitney檢驗和雙因素方差分析。
 

 
3.實驗結(jié)果
 
分解運動單位數(shù)量：年輕組男女間無顯著差異，而年長男性分解出的運動單位數(shù)量比女性多約50%，尤其在10% MVC時，男性在低閾值區(qū)間（0–2% MVC）分解數(shù)量顯著更高（圖2、3）。
運動神經(jīng)元興奮性（ΔF）：女性在兩年齡組中均表現(xiàn)出比男性更大的ΔF，尤其在20%和30% MVC時差異顯著（圖4）。該差異在控制運動單位招募閾值后依然存在。
 

 
放電頻率：年輕女性起始與最大放電頻率均高于男性，但年長組中該模式反轉(zhuǎn)，男性起始頻率更高（圖5、6）。
 

 
放電變異性：年長女性的放電間隔變異系數(shù)顯著高于男性，年輕組則無差異（圖7）。
 

 
扭矩變異性：兩組性別間在扭矩變異性上均無顯著差異。

4.總結(jié)與展望

本研究首次揭示，女性在發(fā)育早期即已具備比男性更高的運動神經(jīng)元內(nèi)在興奮性（表現(xiàn)為更大的ΔF），且該差異持續(xù)至成年，提示PIC相關(guān)機制可能在發(fā)育初期即受性別因素影響。盡管年輕女性放電頻率更高，但隨著發(fā)育成熟，其放電特性逐漸與男性趨同，甚至出現(xiàn)更高的放電變異性。運動單位數(shù)量的性別差異則可能在青春期后因肌肉體積、纖維結(jié)構(gòu)等形態(tài)學(xué)因素加劇。

未來研究應(yīng)進一步結(jié)合性激素水平監(jiān)測、月經(jīng)周期控制、肌肉結(jié)構(gòu)影像學(xué)等手段，縱向追蹤從兒童期到成年期的運動單位發(fā)育軌跡，并在更高收縮強度下探究性別差異的神經(jīng)調(diào)控機制。

原文鏈接

https://doi.org/10.1152/jn.00505.2024

研究團隊介紹

本研究由加拿大阿爾伯塔大學(xué)Monica A. Gorassini教授牽頭，匯聚了一支跨學(xué)科、國際化的合作團隊。核心成員包括第一作者Alexandra F. Yacyshyn及Ghazaleh Mohammadalinejad等多位研究人員，團隊在運動神經(jīng)控制與發(fā)育領(lǐng)域擁有深厚積累。合作者來自意大利布雷西亞大學(xué)、美國羅德島大學(xué)等多所知名機構(gòu)，涵蓋醫(yī)學(xué)、康復(fù)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)及生物醫(yī)學(xué)工程等多個專業(yè)。團隊擅長運用高密度表面肌電圖等先進技術(shù)，致力于揭示人類神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育與功能的奧秘，本項關(guān)于運動神經(jīng)元性別差異的研究正是其跨學(xué)科協(xié)作的典型成果。

關(guān)于瑞鴻安

意大利OT總代理

瑞鴻安(廣東）科學(xué)設(shè)備有限公司總部坐落于中國廣州，主要經(jīng)營各類實驗室儀器、分析儀器以及最新的運動健身、體能測試、體能訓(xùn)練、體能恢復(fù)、生物醫(yī)學(xué)、運動心理學(xué)、運動生理學(xué)、運動訓(xùn)練學(xué)、康復(fù)醫(yī)療、人體工程學(xué)、機器人技術(shù)、腦機接口可用性測試等產(chǎn)品，并提供設(shè)計、安裝、培訓(xùn)、科研等全方位服務(wù)，以及實驗室的建設(shè)。公司現(xiàn)在主要代理和經(jīng)銷著OT Bioelettronica公司研發(fā)的各類高密度矩陣肌電、穿戴式無線肌電、無線表面肌電等采集分析系統(tǒng)。

為什么選擇OT

OT Bioelettronica是生物電信號采集領(lǐng)域，特別是高密度肌電領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者和標(biāo)準(zhǔn)制定者之一。研究者選擇該系統(tǒng)的原因非常明確：

1.專業(yè)性與可靠性： 其設(shè)備是專門為科研和臨床研究設(shè)計的，提供工業(yè)級的可靠性和信號保真度。

2.高通道數(shù)支持： 為HD-EMG研究提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.完整的生態(tài)系統(tǒng)： 從電極、放大器到采集軟件，提供了一個完整且經(jīng)過優(yōu)化的解決方案，確保了從數(shù)據(jù)采集到后期處理的流程順暢。

4.學(xué)術(shù)認(rèn)可度： 在全球頂尖的神經(jīng)力學(xué)和生物力學(xué)實驗室被廣泛采用，其數(shù)據(jù)質(zhì)量在學(xué)術(shù)界享有很高的聲譽，在世界頂刊上發(fā)表了1000余篇專業(yè)論文，這增加了研究結(jié)果的可信度和可重復(fù)性。

產(chǎn)品推薦

本文中使用的肌電信號采集系統(tǒng)是由意大利OT公司研發(fā)的Quattrocento高密度肌電采集系統(tǒng)，該設(shè)備最大可達400通道的高密度矩陣式肌電記錄系統(tǒng)。可以觀察肌肉局部席位的電生理活動特性。在無創(chuàng)研究神經(jīng)-肌肉電生理信號傳導(dǎo)、疲勞負(fù)荷評價、肌電模式識別和肌纖維類判讀方面具有無與倫比的優(yōu)勢�？蓮V泛用于體育訓(xùn)練、運動選材、康復(fù)指導(dǎo)、仿生假肢設(shè)計、機器人等研究領(lǐng)域。

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