文摘
介绍。腹横(TVA)和multifidus (MF)肌肉的主要节段脊柱稳定剂控制的初级运动皮层的大脑。然而,搬迁的肌肉在运动皮层后可能发生慢性背部疼痛(cLBP);它仍然需要更多的证据证实。目前的研究旨在应用经颅磁刺激(TMS)调查流域和MF肌肉的变化表示在cLBP患者皮质网络。方法。24 cLBP患者和12的同龄健康个体被招募。反应流域和MF经颅磁刺激肌肉收缩期间监测和对侧皮层映射使用标准化的网格帽。地图重心(齿轮),面积,体积,和延迟进行了分析,也不对称指数计算和比较。结果。MF齿轮的位置cLBP人后在健康个体和横向齿轮位置。健康组,流域和MF齿轮被关闭的位置在左右两个半球。cLBP组,这两个位置在右半球但相邻离散在左半球。cLBP组,大脑皮层的运动映射流域和MF相互对称五11例(45.5%)受试者和左侧的不对称四分(40.0%)。结论。流域和MF肌肉的神经表示密切两左右运动皮层组织健康组,但离散在左边运动皮层组织cLBP组。这提供了大力支持pathokinesiology的神经基础和临床治疗cLBP。
1。介绍
下腰痛(LBP)影响所有年龄段的人,是第三个主要因素的全球负担残疾(1]。腰椎疼痛有或没有伴随屁股痛在12周内被定义为慢性LBP (cLBP) [2,3]。腰痛的病因是复杂的,涉及多个系统需要进一步的证据来阐明这个病态的功效在干预条件(1]。证据支持中枢神经系统内的结构和功能变化cLBP患者越来越多,似乎扮演一个重要角色在这些疾病的病理生理学4,5]。这些神经可塑性变化反映自适应神经生理学过程发生改变的结果传入刺激和皮质与cLBP最初是有益的,但可能会持续慢性状态,可能是病理生理学的条件和一部分慢性症状和体征的开发和维护(5,6]。
先前的研究表明,腹横(TVA)和multifidus (MF)肌肉的主要节段脊柱稳定肌肉(7)是由大脑的初级运动皮层(8,9]。了解这些肌肉合作影响lumbopelvic稳定是至关重要的解剖学和生物力学分析,以及患者的有效治疗腰痛的实现。迄今为止,对流域的之间的关系和MF肌肉皮质表示,当地的腹部和背部肌肉稳定腰椎(7]。解剖研究流域的开发和MF肌肉之间的关系显示一种互相依赖的机制,涉及平衡之间的紧张关系深腹部和腰椎肌肉,以胸腰椎的腱膜组件与筋膜(10]。点之间的平等的紧张可能存在MF和流域的肌肉(10]。曼氏金融合同的能力也有关合同TVA的能力(11),和一个贫穷的MF收缩与TVA收缩。然而,横断面研究发现,MF肌肉活动,而不是TVA肌肉,与成功的临床决策相关联使用稳定练习cLBP患者[12]。此外,一些研究显示,cLBP患者增加了MF的疲劳,减少TVA的激活13,减少肌肉厚度在休息和曼氏金融收缩比健康人(14]。
经颅磁刺激(TMS)已经使用了几十年主要评估的变化运动皮层的神经生理学疾病和评估治疗效果刺激后(15,16]。作为一种非侵入性技术,经颅磁刺激使调查在肌肉骨骼系统疾病之间的关系和功能变化在大脑中,包括自适应变化的运动皮层与TVA或MF患者肌肉枸杞多糖(2,3,17,18]。重心(齿轮)被称为一个健壮的测量电动机的皮质代表性和紧密对应的面积corticomotor神经元兴奋性高,项目目标肌肉(s) (19]。齿轮的研究发现,运动皮层映射的TVA前约2厘米,横向顶点健康组,但枸杞多糖的齿轮组后,横向齿轮位置健康组(2]。健康人之间的另一个结果显示,MF的运动皮质表征是位于后面的安装工spinae [3]。患者腰痛,短时间间隔在左半球皮层抑制水平较低和MF意志收缩不相关的运动皮质兴奋性(17]。这些发现提供了初步证据的重组深腹部和腰椎肌肉在运动皮层(3,17,18),这表明使用经颅磁刺激对大脑皮层重组和躯干稳定肌肉的变化之间的关系的确提供了一个独特的见解之间建立联系的大脑(控制子系统),肌肉(活跃的肌肉骨骼子系统),枸杞多糖(痛苦)。
先前的研究流域的开发和MF肌肉的功能在cLBP主要集中在肌电图(EMG)信号和肌肉大小在隔离13,14),和两块肌肉之间的关系的研究一直局限于临床定性的结果。因此,第一本研究的目的是比较TVA的皮质运动表示和MF的肌肉健康个体和cLBP患者。本研究的第二个目的是找到相对改变了流域和曼氏金融之间的关系,没有cLBP患者的运动皮层。我们假设的皮质的齿轮马达表示两个肌肉cLBP患者和健康人之间的不同,下腰痛患者有更多离散关系两个肌肉与健康人相比。经颅磁刺激能够识别皮质运动表象的变化;因此,充分研究协议旨在调查这两块肌肉在皮层水平之间的关系。
2。材料和方法
2.1。主题
受试者招募当地康复病房和门诊的医院。cLBP受试者的入选标准如下:(1)腰椎疼痛有或没有伴随臀部疼痛过去三个月(2),(2)疼痛强度(认为一周实验前和实验结束时)由清廉数值评估疼痛评定量表(npr)得分从3到7 (20.),(3)执行实验过程的能力。排除标准:(1)活跃的存在呼吸道,骨科,循环,nephrological,或神经功能障碍;(2)以前手术腹部或背部;(3)女性受试者孕妇或患有痛经;和(4)癫痫或癫痫家族史。
研究协议是医学伦理委员会批准第一附属医院,中山大学([2017]250号),和所有受试者实验前应提供书面知情同意。这项研究是根据进行《赫尔辛基宣言》。
2.2。经颅磁刺激
8字形线圈7厘米,连接到一个瑞气磁刺激器(Yiruide CCY-IA,武汉,中国)最大刺激器输出(美索)的2.0 T,用于映射的神经网络侧的运动皮层与激励有关流域和MF肌肉。8字形线圈提供更好的刺激而focality标准环形线圈和更理想的运动皮层的映射,因为这将引起更少的身体的同侧的响应(2]。刺激线圈放置在一个交叉位置结束了标准化的头皮网格,线圈句柄指向向后外侧45°远离前后轴(2,3]。
2.3。肌电图记录
TVA和MF肌肉肌电图反应的发现有两个表面电极(Ag) / AgCl光盘、极间距离2.0厘米,Noraxon,美国)。健康对照组,两国流域和MF肌肉被选中。cLBP组TVA和MF的痛苦的选择。肌电图测定电极的位置按照EMG位置指南(21和已发表的研究2,17,22]。所有电极连接到一个肌电图记录系统(Yiruide,武汉,中国)。运动诱发电位(MEP)记录数字化的采样率100 kHz,放大和带通的过滤2 ~ 10 kHz和噪声消除器50 Hz,然后存储进行离线分析。
2.4。生物反馈的压力单位
压力生物反馈单元(试)(查塔努加Group Inc .)、LLC Vista,加利福尼亚,美国)用于这项研究是一种广泛使用的无创性监测设备TVA和MF肌肉的收缩状态患者的枸杞多糖在一个坐着的位置(22]。我们之前的研究表明,当压力达到50毫米汞柱在坐的位置,目标MF的自发收缩和流域的开发可能达到11.55% MVC (MVC,最大随意收缩)和13.75%(分别22]。50毫米汞柱的压力是一个舒适的水平科目维护和最小化潜在的疲劳。目标压力显示在监控和实时反馈的压力了。
2.5。TMS测试MF和流域的肌肉
一个网格帽是雕塑头上预先创建模型(2]。这是一个 网格系统在每个半球,从中线到6厘米侧的顶点和2厘米5厘米前后面的顶点2,17]。每个标准 头皮网格框编号记录数据和地形图(图1)。国际米兰和intraexaminer网格帽映射系统的有效性被报道是优秀的23]。
(一)
(b)
受试者坐在舒适直立在椅子上,他们的武器支持他们的腿和两只脚平放在地板上。紧身标准化头皮弹性帽是戴在头上24]。皮肤清洁,电极放置在位置按照发表的研究(2,17,22]。地面杆连接的侧手腕测量肌肉。定位的最佳刺激网站左边或右边TVA或MF,解剖皮层区域周围的侧运动皮层刺激从单个脉冲以70%的最大刺激器输出(MOS) [2,25]。经颅磁刺激的网站始终引起最大的议员们决心为TVA或MF”热点。“我们把70%的金属氧化物半导体作为基线,然后增加或减少5% MOS增量,直到一个强度发现诱发可靠的欧洲议会议员(≥50岁μ在振幅)的至少五10 V连续试验。最低的刺激强度是决定休息运动阈值(RMT) [2,25]。
RMT确定后,线圈RMT强度设置为120%。受试者被要求把细胞50毫米汞柱压力。随机刺激是在帽子上的每个点网格为了避免选择性偏倚。十刺激在每个交付 网格在50毫米汞柱压力的interstimulus间隔至少5 s [2,3,17]。我们目标的侧运动皮层刺激肌肉。半球刺激的顺序(左或右)与同等数量的随机刺激序列在健康组。之间的间隔48小时被每个半球的刺激,避免TMS两侧半球的相互影响。cLBP患者,对侧的运动皮层更痛苦的一面是检查。肌电图反应从每个网格和肌肉组织都被记录下来。为标志的观点是积极的,至少五10刺激诱发的可靠的议员(≥50岁μ在振幅V)。网格点刺激从中心向外,直到积极区域划定了消极点( )。议员为离线分析数据存储。本研究使用曹等人的方法和方法描述部分再现了他们的措辞2,3]。
2.6。数据分析
议员的峰电压幅值被定义为肌电图反应。5个流域的头皮和MF议员平均在每个站点。地形图的振幅响应的每一块肌肉是由叠加头皮议员们在各自的网站。所有响应峰值响应的振幅归一化。归一化值低于25%的峰值响应被移除2,17]。
三个参数的映射计算归一化地图。地图体积,衡量总兴奋性的皮质表征,是按照规范化的总和计算议员振幅记录头皮部位反应诱发。使用公式计算齿轮的位置映射方程(1),和medial-lateral和前后位置和下吗是归一化幅度2,3,17]。这种方法给出了振幅加权指示地图的位置(2,3,17]。地图区域被确认为头皮网格上的网站在每个半球的肌电图反应。
延迟定义为个人的间隔从刺激出现肌肉肌电图反应。五个最短的延迟的平均值计算每一块肌肉进行分析(26]。不对称指数(AI)是根据公式计算方程(2);和代表地图区域覆盖左右半球,分别(27]。功能性半球偏侧性被定义如下: 左半球偏侧性, 右侧偏侧性,和 相互偏侧性(27]。Python 3.7(世爵)是用于创建三维块代表地图。
2.7。统计分析
使用SPSS 25.0软件进行统计分析(SPSS Inc .)、芝加哥,美国)。因变量的值在每个小组中描述的平均值和标准偏差。Kolmogorov-Smirnov测试用于测试数据的分布正常。所有的变量都是正态分布( )。然后,双向方差分析进行比较的影响集团(健康和cLBP)和侧(左和右)的每一块肌肉来评估地图体积,面积,齿轮位置(medial-lateral位置和前后位置),和延迟。如果组织的主要作用是显著的,一个独立的样本 - - - - - -进行了测试比较两组之间的差异或双方之间。被设定为显著水平 。
3所示。结果
24右手cLBP患者和12右撇子健康个体没有枸杞多糖是招募(表的历史1)。没有组不同性别、年龄、身高、体重、BMI和教育水平( )。TVA的议员们不能唤起一个半球与cLBP健康主题和一个主题。MF的议员们不能唤起一个半球在一个健康主题和两个科目cLBP当使用美索的刺激强度( )。
3.1。经颅磁刺激的映射
图2显示了平均归一化运动皮质表征流域的地图和MF反应经颅磁刺激的健康和cLBP团体左右半球。TVA的位置和MF齿轮cLBP定位后,横向齿轮位置在左右半球的健康人。为TVA肌肉,没有统计学意义 交互效应(地图面积: , ;地图体积: , ;延迟: , ),集团的主要效应不显著(地图面积: , ;地图体积: , ;延迟: , ),和的主要效应也不显著(地图面积: , ;地图体积: , ;延迟: , )。MF肌肉中也发现类似的结果无显著交互作用或主要影响是显示(地图面积: , ; , ; , ;地图体积: , ; , ; , ;延迟: , ; , ; , )(数据3(一个)- - - - - -3 (c))。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。运动皮层的流域和曼氏金融之间的关系
图3 (d)显示了流域之间的关系和MF左右半球的健康和cLBP组。健康组,TVA的齿轮和MF肌肉相互封闭在左右两个半球。cLBP组,他们收于右脑,而左半球,他们显然是离散的。为TVA肌肉,没有统计学意义 交互效应(地图齿轮medial-lateral坐标: , ;地图齿轮前后的坐标: , )和侧的主效应不显著(地图的齿轮medial-lateral坐标: , ;地图的齿轮前后坐标: , )。值得注意的是,一个重要的主要的影响组织被发现(地图medial-lateral齿轮的坐标: , ;地图的齿轮前后坐标: , )。
MF的肌肉,双向方差分析测试的结果显示没有统计学意义 交互效应(地图的齿轮medial-lateral坐标: , ;地图的齿轮前后坐标: , )。边的一个重要主效应被发现(地图的齿轮medial-lateral坐标: , ;地图的齿轮前后坐标: , )。再次,集团被发现的一个重要主要作用(地图的齿轮medial-lateral坐标: , ;地图的齿轮前后坐标: , )。TVA和MF medial-lateral齿轮和前后的地图坐标显示显著差异在健康和cLBP组( )除了medial-lateral MF右边的位置( )(表2)。
3.3。两半球间的不对称的流域和MF肌肉
两半球间的不对称两组(表中被发现3)。健康组,大脑皮层运动TVA的地图和MF左方的不对称五11例(45.5%)受试者。cLBP组,大脑皮层的运动映射的TVA是相互对称的五11例(45.5%)受试者的皮质运动地图左方的不对称在曼氏金融四10例(40.0%)受试者。
4所示。讨论
本研究应用经颅磁刺激研究流域的开发和MF肌肉的变化表示在没有cLBP患者皮质网络。结果表明离散TVA的代表性与曼氏金融组织左运动皮层和肌肉是相互对称的cLBP组。同时,流域的表示和MF肌肉紧密组织的左翼和右翼运动皮质和健康组的左侧的不对称。我们还发现,流域的位置和MF齿轮cLBP位于后方,横向相比齿轮位置观察到健康的个体。这些新发现揭示了流域的差异之间的运动皮层和MF肌肉表示健康和cLBP组。
4.1。流域的开发和MF的肌肉在运动皮层重组与cLBP科目
我们的研究结果表明,在健康个体,TVA表示位于1.91(- 0.48)厘米前后的右半球和1.63(0.40)厘米前后的左半球(图2)。然而,在cLBP个人,TVA表示位于1.14(- 0.63)厘米前后的右半球和1.15(0.47)厘米前后的左半球(图2)。结果表明,运动皮层TVA枸杞多糖组更后的地图和横向比健康集团,这是由曹等人的结果。2]。另一项研究由曹et al。3)报道,MF表示位于中间外侧的2.6(0.3)厘米,1.4(0.4)厘米前健康个体的顶点,但MF表示没有在cLBP患者进行研究。然而,我们的研究结果发现,MF齿轮的位置后,横向相比,cLBP患者健康个体在左右半球。此外,这种转变是在大多数cLBP患者持续观察。我们的研究中,与其他早期文献[2,3),建议目前的相关研究结果不太可能限制位移或不准确识别的顶点。
4.2。运动皮层的流域和曼氏金融之间的关系
我们的研究表明,流域之间的表示和MF肌肉在左边运动皮层与cLBP受试者的离散和接近彼此在健康人(图3 (d))。TMS地图的结构关系可能意味着皮质网络的组织结构或功能的变化与流域的激活相关和MF的肌肉在运动皮层28]。流域的开发和MF肌肉之间的紧密组织的证据的概念,这些肌肉可能扮演不同的角色在控制脊柱姿势和运动健康的人2,17]。所有的这些结果,它是合理的推测cocontraction TVA和MF肌肉维持腰椎稳定,这cocontraction减少cLBP患者(11,18]。有趣的是,目前的研究没有发现离散TVA的代表性与MF的肌肉组织在右半球cLBP组。这可能与这一事实有关的主题都是右撇子。van den Berg et al。29日右撇子和左撇子TMS测试,结果表明,为右撇子的参与者,更多的中断时诱导应用经颅磁刺激在左边M1地区。其他研究也报道,左脑与电动机的建设和存储程序,监测和修改动作,和选择和检索顺序动作的运动项目(30.- - - - - -32]。因此,我们推断,右手cLBP科目可能优先招募他们的右侧肌肉在执行复杂的功能任务,导致TVA和MF的肌肉被离散代表地区的左大脑半球。进一步的研究是必要的调查皮质表示招聘左撇子cLBP科目。
此外,我们的研究结果表明,相对离散变化的主要原因的表示两个肌肉cLBP组是曼氏金融肌肉的变化远比TVA肌肉。这可能表明,MF cLBP患者肌肉障碍比TVA的更加突出。两个早期的研究(12,33]报道的临床重要性的处方MF腰痛患者的肌肉活动,而不是TVA肌肉活动的一部分核心稳定性训练计划。此外,萎缩性变化约77 - 80%的MF报道枸杞多糖情况下,l5—s1尤其是[34),也就是EMG MF在我们的研究中。当前的研究显示只有两块肌肉的变化表示的运动皮层cLBP患者。因此,进一步的研究必须解剖不对称与大脑功能和行为使用任务相关功能磁共振成像或erp。
4.3。两半球间的不对称的流域和MF肌肉
我们的研究发现,有左偏侧性(TVA和MF: 45.5%)在健康受试者中,虽然是相互对称的趋势(TVA: 45.5%, MF: 30.0%)在cLBP组(表中3)。这个半球不对称不仅发生在躯干肌肉还在吞咽肌肉16)、胸大肌和背阔肌(34,35]。Hamdy et al。16)表明,没有一致的构型和偏侧性之间的关系。左右半球之间的差异可能是运动系统的一般左右不对称的一部分在健康受试者36),可能依赖于相同的重复的事件或因素,打破身体不对称。不对称是可能的神经基础pathokinesiology cLBP [35]。
4.4。限制
尽管我们重要的观察结果,我们的研究有一些局限性。首先,在两组受试者往往是年轻(平均28年)。脑实质的变化与年龄相关联(37]。进一步的研究可以扩大样本容量,与年龄相关的差异进行分类调查躯干肌肉的兴奋大脑皮层表示。此外,本研究没有考虑左撇子主题,和当前的结果不能应用于左撇子的人。未来的研究建议调查流域之间的关系和MF肌肉运动皮层的左撇子的人。最后,我们的结论是只有基于证据经颅磁刺激,但其他的脑成像技术(如fMRI和EEG)还没有发现它。在未来的研究中,我们将进一步研究流域的大脑网络关系和MF肌肉结合脑功能和行为与任务相关功能磁共振成像或脑电图(38,39]。本研究采用了8字形线圈提供针对性的刺激对侧运动皮层映射躯干肌肉反应。然而,其他学者提出double-corn线圈可能更合适,因为它导致侧和侧躯干肌肉的反应(40]。进一步的研究可能有比较引起肌肉反应的两种不同类型的线圈。
5。结论
TVA的皮质表征和MF肌肉紧密组织的左翼和右翼运动皮质和健康组的左侧的不对称。然而,皮质表征流域和MF肌肉在左运动皮层和离散组织相互对称cLBP组。映射是基本的理解大脑cLBP患者的组织和功能。我们的研究可能揭示了cLBP和大脑皮层重组和肌肉系统功能障碍之间的关系,提供额外支持的神经基础pathokinesiology和cLBP的临床治疗。
数据可用性
生成的数据集和分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。
确认
我们感谢所有受试者参与了实验。我们也感谢Haocong王先生和李Tingni的援助的编程数据分析。这项工作得到了国家自然科学基金(批准号81772434)和广州科技计划重点项目(批准号201704020122)。