Fatigue-induced modulation of human soleus Hoffmann reflex in conditions of ipsilateral common peroneal nerve stimulation
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Introduction. The effect of triceps muscle of calf (m.m. gastrocnemius-soleus) fatigue on the soleus muscle H (Hoffmann) reflex amplitude was investigated in conditions of ipsilateral common peroneal nerve (n.peroneus communis) stimulation in group of healthy people, 18-34 years of age. It is known that after fatiguing contraction the soleus H-reflex is inhibited, probably due to the activation of the groups III and IV afferent nerves under the influence of mechanical and metabolic changes in the muscle. Different authors described H-reflex depression which was caused by conditioning peroneal nerve stimulation at rest, changes of visual control and upper limb movement. We supposed that investigation of presynaptic inhibition, connected with conditioning peroneal nerve stimulation at rest and after fatiguing contraction, might help to understand mechanisms of muscle movement regulation.
Purpose. The purpose of our work was to investigate in detail the influence of conditioning stimulation of ipsilateral common peroneal nerve (n.peroneus communis) on human soleus H-reflex amplitude at rest and after long-lasting voluntary contraction of m.m. gastrocnemius-soleus, which caused the fatigue of soleus muscle.
Methods. Fatigue was caused by voluntary tonic static contraction (6-9 min long) of triceps muscle of calf with a force egual to 75% of the maximal voluntary contraction. During the test, the person was sitting and pressing on fixed pedal with the foot, trying to realize sole flexion. The H-reflex was elicited by transcutaneous stimulation of tibial nerve (n. tibialis) and recorded from the soleus muscle (m. soleus). Testing impulses (by stimulation of n. tibialis) and conditioning impulses (by stimulation of n.peroneus and then n. tibialis) were used in turn. Registration of electromyographic signals, tibial and peroneal nerve stimulation were performed using neurodiagnostic complex (Nicolet Viking Select, USA-Germany).
Results. It was found that in the group of healthy people an amplitude of conditioned soleus H-reflex at rest egualed of about 75% of test H-reflex value. It means that stimulation of peroneal nerve before tibial nerve stimulation caused soleus H-reflex inhibition of about 25%. After voluntary static contraction an amplitude of test soleus H-reflex was significantly reduced, egualing immediately after fatigue period of about 64% of initial value. The amplitude of conditioned H-reflex was also reduced and egualed of about 50% of the initial value of test H-reflex. Then H-reflex amplitude subsequently recovered. In 2-3 minutes test H-reflex amplitude attained approximately 83%, while conditioned H-reflex amplitude attained 70% of the initial value of test H-reflex. This was followed by the period of slow recovery of the two types of reflexes, to 99% and 72% (test H-reflex and conditioned H-reflex, respectively) of test H-reflex initial value in 30 minutes after the fatigue period.
Originality. In this paper for the first time features of human soleus H-reflex inhibition and recovering after long-lasting fatiguing voluntary contraction in conditions of ipsilateral common peroneal nerve stimulation were investigated.
Conclusion. It was found that after fatiguing contraction amplitude changes of test soleus H-reflex were similar to changes of H-reflex, conditioning by stimulation of ipsilateral common peroneal nerve. Decreasing of the conditioned H-reflex amplitude just after standard fatiguing contraction was proportional to reduction of the test H-reflex. It was found that two types of presynaptic inhibition, namely connected with conditioning peroneal nerve stimulation and fatiguing contraction, proceed mainly through different nervous pathways, although partial convergence of inhibition influences is possible. Individual temporal pattern of conditioned soleus H-reflex recovery after fatiguing voluntary contraction might be the evidence of complex phenomena proceeding in the muscle, spinal cord segment and suprasegmental structures during fatigue and after the fatigue period.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
УГОДА
ПРО ПЕРЕДАЧУ АВТОРСЬКИХ ПРАВ
Я, автор статті/Ми, автори рукопису статті _______________________________________________________________________
у випадку її прийняття до опублікування передаємо засновникам та редколегії наукового видання «Вісник Черкаського Університету: Серія Біологічні науки» такі права:
1. Публікацію цієї статті українською (англійською) мовою та розповсюдження її друкованої версії.
2. Розповсюдження електронної версії статті через будь-які електронні засоби (розміщення на офіційному web-сайті журналу, в електронних базах даних, репозитаріях, тощо).
При цьому зберігаємо за собою право без узгодження з редколегією та засновниками:
1. Використовувати матеріали статті повністю або частково з освітньою метою.
2. Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
3. Використовувати матеріали статті для підготовки тез, доповідей конференцій, а також усних презентацій.
4. Розміщувати електронні копії статті (зокрема кінцеву електронну версію, завантажену з офіційного web-сайту журналу) на:
a. персональних web-pecypcax усіх авторів (web-сайти, web-сторінки, блоги, тощо);
b. web-pecypcax установ, де працюють автори (включно з електронними інституційними репозитаріями);
с. некомерційних web-pecypcax відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).
Цією угодою ми також засвідчуємо, що поданий рукопис відповідає таким критеріям:
1. Не містить закликів до насильства, розпалювання расової чи етнічної ворожнечі, які викликають занепокоєння, є загрозливими, ганебними, наклепницькими, жорстокими, непристойними, вульгарними тощо.
2. Не порушує авторських прав та права інтелектуальної власності інших осіб або організацій; містить всі передбачені чинним законодавством про авторське право посилання на цитованих авторів та / або видання, а також використовувані в статті результати і факти, отримані іншими авторами чи організаціями.
3. Не був опублікований раніше в інших видавництвах та не був поданий до публікації в інші видання.
4. Не включає матеріали, що не підлягають опублікуванню у відкритій пресі, згідно з чинним законодавством.
____________________ ___________________
підпис П.І.Б. автора
"___"__________ 20__ р.
Посилання
Gandevia, S.C. (2001). Spinal and Supraspinal Factors in Human Muscle Fatigue. Physiological Reviews, 81, 4, 1725-1789.
Bigland-Ritchie, B., & Woods, J.J. (1984). Changes in muscle contractile properties and neural control during human muscular fatigue. Muscle Nerve, 7, 691-699.
Badalian, L.O., & Skvortsov, I.A. (1986). Clinical electromyography. М: Meditsina (in Russ.).
Komantsev, V.N. (2006). Methodical bases of clinical electromyography. Guidance for doctors. Saint Petersburg (in Russ.).
Duchateau, J., Balestra, C., Carpentier, A., et al. (2002). Reflex regulation during sustained and intermittent submaximal contractions in humans. J. Physiol., 541, 3, 959-967.
Avela, J., Kyrolainen, H., & Komi, P.V. (2001). Neuromuscular changes after long-lasting mechanically and electrically elicited fatigue. Eur. J. Appl. Physiol., 85, 3-4, 317-325.
Kostyukov, A.I., Bugaychenko, L.A., Kalezic, I., et al. (2005). Effects in feline gastrocnemius-soleus motoneurones induced by muscle fatigue. Exp. Brain Res., 163, 3, 284-294.
Rudneva, V.N., & Slivko, E.I. (2000). Long-lasting H-reflex inhibition evoked by stimulation of a nerve to the antagonist muscles and vibrational stimulation of the muscle receptors in humans. Nejrofisiologia (Neurophysiology), 32, 1, 42- 47 (in Russ.).
Dregval, I.В., Kophan, I.N., Lyashenko, V.P. В. П., et al. (1999). Changes in reciprocal relationship in muscle motoneurons in conditions of different visual afferentation. Visnuk Dnipropetrovskogo universytety, “Biologiya. Ecologiya”, 6, 20-23 (in Russ.).
Bogutskaya, G.А. (2009). Long-lasting inhibition of the soleus muscle H reflex related to realization of voluntary arm movements in humans. Nejrofisiologia (Neurophysiology), 41, 6, 491- 498 (in Russ.).
Kolosova E.V., & Slivko E.I. (2006). Fatigue-induced modulation of human soleus Hoffmann reflex. Nejrofisiologia (Neurophysiology), 38, 5/6, 426-431(in Russ.).
El-Tohamy, A. & Sedgwick, E. M. (1983). Spinal inhibition in man: depression of the soleus H reflex by stimulation of the nerve to the antagonist muscle. J. Physiol., 337, 497–508.
Sinoway, L.I., Hill, J.M., Pickar, J.G., et al. (1993). Effects of contraction and lactic acid on the discharge of group III muscle afferents in cats. Journal of Neurophysiology, 69, 1053-1059.
Dercherchi, P., & Dousset, E. (2003). Role of metabosensitive afferent fibers in neuromuscular adaptive mechanisms. Can. J. Neurol. Sci., 30 , 2, 91–97.
Darques, J.L., Decherchi, P., & Jammes, Y. (1998). Mechanisms of fatigue-induced activation of group IV muscle afferents: the roles played by lactic acid and inflammatory mediators. Neurosci Lett., 27, 257(2), 109-112.