Значение возбудимости: Физиология возбудимых тканей

Содержание

Теоретическая основа способа измерения прямой мышечной возбудимости (экспериментальное исследование) | Бабинков

1. Кузин М. И., Бабинков В. И. Оценка повреждения мышц конечности при экспериментальном СДР у кролика с помощью метода прямой мышечной возбудимости. Актуальные вопросы военной травматологии. 1979; 7: 7–12.

2. Кузин М. И., Бабинков В. И., Светухин А. М. и др. Способ определения некроза тканей скелетных мышц. А.С. № 1113088. Приоритет от 15.07.1981.

3. Бабинков В. И. Способ определения поражения мышечной ткани голени и стопы. Положительное решение по заявке 5000/46(063854). Приоритет от 19.07.91

4. Бабинков В. И., Зюзин А. С. Прибор для диагностики степени поражения мышечной ткани голени и стопы. Российский генеральный регистр. Код: 1967.61А61НТ. 1993. Сертификат изобретения.

5. Жуков Е. К. Очерки по нервномышечной физиологии. Л.: Наука, 1969

6. Камкин А. Г., И. С. Киселева. Физиология и молекулярная биология мембран клеток. М.: Академия, 2008.

7. Urry D. W. A Molecular Theory of IonConducting Channels; Field-Dependent Transition between Conducting and Nonconducting Conformations. Proc. Nat. Academe. Sci. USA, 69, 1610 (1972).

8. Физическая и коллоидная химия. Лабораторный практикум. Под ред. С. Л. Белопухова. М.: Проспект, 2016.

9. Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине. М.: Медицина, 1973

10. Ремпель А. А., Валеева А. А. Материалы и методы нанотехнологий.Екатеринбург, 2015. 136 с.

11. Roth B. L. The Electrical Conductivity of Tissue. The Biomedical Engineering Handbook. Second Edition Ed. Joseph D. Bronzino Boca Raton CRC Press, LC, 2000.

12. Sanchez B. et al. Guidelines to electrode positioning for human and animal electrical impedance myography research.

13. Бабинков В. И., Федоров Э. З., Саруханян О. О. Диагностика повреждения мышц при синдроме длительного раздавливания методом импедансографии скелетных мышц (ИГСМ). Синдром длительного раздавливания. М.: Воениздат, 1998. С. 110–112.

14. Гостищев В. К., Муляев Л. Ф., Бабинков В. И. и др. Стимуляционная импедансная миография – объективный метод диагностики жизнеспособности мышц у больных сахарным диабетом. Раны и раневые инфекции. Тезисы докладов Международного симпозиума. М., 193. С. 333–334.

Клиническое значение содержания микроэлементов у новорожденных, перенесших перинатальную асфиксию | Гасанов

1. Барашнев Ю.И. Перинатальная неврология. М.: ТриадаХ, 2011; 640.

2. Клименко Т.М., Тарасов И.В. Перинатальное гипоксическое поражение ЦНС: современный взгляд на проблему. Вопросы практической педиатрии 2013; 1(4): 40–45.

3. Amritanshy K., Smiris S., Kumor V. Clinical profile and shortterns outcome of hypoxic-ishemice ensefalopathy among birth asphyxiated babies in Kathior Medical Hospital. J Clin Neonatal 2014; 3(4): 195–199.

4. Брыксина Е.Ю., Брыксин В.С., Буштырева И.О. Патогенетические аспекты перинатального поражения центральной нервной системы и особенности неврологического статуса недоношенных детей. Современные проблемы науки образования 2015; 4: 410.

5. Володин Н.Н., Медведев М.Н., Горбунов А.В. Ранняя диагностика неблагоприятных последствий перинатальных гипоксически-ишемических поражений головного мозга у недоношенных детей и оптимизация их лечения. Педиатрия. Журнал имени Г.Н. Сперанского 2010; 19(2): 101–107.

6. American Academy of Pediatrics, Council on children with Disabilities; Section of Developmental Behavioral Pediatrics. Identifying infants and young children with developmental disorders in the medical home: an algorithm for developmental surveillance and screening. Pediatrics 2006; 118: 405–420. DOI: 10.1542/peds.2006-1231

7. Adebami O.J. Maternal and fetal determinants of mortality in babies with birth asphyxia. Gio Ady Res Med Sci 2015; 4(6): 270–276.

8. Basu P., Som S., Das H., Choudhuri N. Electrolyte status in birth asphyxia. Indian J Pediatr 2010; 77(5): 259–262. DOI: 10.1007/s12098-010-0034-0

9. Babu A.B., Davi S.S., Kumar K.B. Birth asphyxia Incidence and immediate outcome in relation to risk factor and complatous. Int J Res Hith 2014; 4: 1064–1071.

15. Психогенные заболевания, психотерапия — кафедра психиатрии и наркологии 1СПбГМУ им. И.П. Павлова

во время зачета Вам будет предложено 3 вопроса из этой темы

В
формировании
психической
травмы имеет
значение

+
тяжесть психотравмирующего
фактора

+
слабость механизмов
психологической
защиты

+
личностные
особенности

+
эмоциональная
значимость
психотравмирующего
фактора

—
снижение интеллекта

—
бредовое настроение

Что
из перечисленного
является ведущим
в терапии неврозов?

—
нейролептики

—
транквилизаторы

—
антидепрессанты

+
психотерапия

К
критериям
психогенных
расстройств
относятся
следующие
положения

+
содержание
психоза находится
в понятной
связи с психотравмирующими
переживаниями

+
психотравма
непосредственно
предшествует
развитию психоза

+
с прекращением
действия психической
травмы симптомы
редуцируются

—
чем острее
психическая
травма,тем
тяжелее исход

Гиперкинетическая
форма реактивного
психоза характеризуется

—
правильным
осмышлением
ситуации

+
хаотическим
психомоторным
возбуждением

+
нарушением
ориентировки
в окружающем

—
все перечисленное
неверно

Для
гипокинетической
формы реактивного
психоза характерно

+
состояние
резкой двигательной
заторможенности

+
нарушение
сознания

—
депрессивная
окраска переживаний

—
все перечисленное
неверно

Особенностью
клинической
картины реактивных
депрессия
является:

—
суточные колебания
настроения

+
триада Ясперса

—
выраженные
соматические
признаки депрессии

—
верно все
перечисленное

Неврозы
являются

+
психическим
расстройством
непсихотического
уровня

—
психическим
расстройством
психотического
уровня

+
болезнью с
обязательным
присутствием
астенического
синдрома

—
ничем из перечисленного

Для
неврастении
характерны

+
гиперстеническая
астения

+
гипостеническая
астения

+
вегетативные
расстройства

—
дисфории

+
нарушения сна

—
выраженные
депрессивные
переживания

Для
нервной анорексии
свойственны

+
стойкие отказы
от пищи

—
течение болезни
без потери
массы тела

+
сочетание с
приступами
булимии

—
все перечисленное
неверно

Невротические
вегетативные
кризы характеризуются

+
связанностью
с эмоциональным
напряжением

+
отсутствием
стереотипности
проявлений

+
разной длительностью
состояний

—
развитием под
действием
слуховых
псевдогаллюцинаций

Невроз
навязчивых
состояний
проявляется

+
развитием фобий

—
бредом ипохондрического
содержания

+
астеническими
расстройствами

+
ритуалами

—
ничем из перечисленного

Для
развития
истерического
невроза имеют
значение

+
личностный
склад художественного
типа

+
акцентуация
демонстративного
типа

+
тип ключевого
конфликта —
чрезмерная
завышенность
претензий
(«хочу, но не
дают»)

—
тип ключевого
конфликта —
завышенные
требования
к себе без учета
своих возможностей
(«хочу, но не
могу»)

В
судебно-психиатрической
экспертизе
неврозов следует
иметь в виду,
что

+
неврозы не
обусловливают
криминального
поведения

+
больные неврозами
могут отдавать
себе отчет в
своих действиях,
руководить
ими

+
неврозы, формируясь
как реакции
на ситуацию
следствия и
суда, могут
развиваться
после правонарушения

—
неврозы не
возникают у
преступников

Воспитание
в условиях
повышенной
тревожности,
чрезмерной
ответственности,
подавления
естественной
детской живости
и непосредственности
способствует
развитию

—
невротической
астении

—
невротической
депрессии

+
невротических
навязчивостей

При
гипоопеке чаще
формируются

—
псевдошизоидные
черты характера

+
повышенная
аффективная
возбудимость

—
психастенические
черты характера

Для
развития невроза
первостепенное
значение имеет

—
хроническое
соматическое
заболевание

+
внутриличностный
конфликт

—
слабость иммунной
системы

—
органическая
неполноценность
мозга

К
компульсивным
действиям
относятся

—
кататонические
расстройства

+
ритуалы

—
привычки

—
тики у детей

Примером
реактивных
(психогенных)
параноидов
могут быть

+
психозы при
уродствах лица

—
инфекционный
делирий

+
индуцированные
реактивные
параноиды

—
онейроидное
помрачение
сознания

К
истерическим
реактивным
психозам относятся

+
истерические
сумеречные
помрачения
сознания

+
псевдодеменция

+
пуэрилизм

—
реактивный
параноид

К
невротическим
синдромам
относятся все
перечисленные,
кроме

—
фобического

—
астенического

+
психоорганического
синдрома

—
обсессивного

К
этиологическим
факторам неврозов
относятся

+
преморбидные
особенности
личности

+
психические
травмы детского
возраста

+
события, порождающие
неопределенность
положения,
представляющие
угрозу для
будущего или
требующие
принятия трудных
альтернативных
решений

—
родовая травма

К
этиологическим
факторам
невротических
состояний
относят

+
некоторые
особенности
воспитания
и семейного
положения

+
факторы, связанные
с профессией
и трудовой
деятельностью

+
особенности
родительской
семьи

—
частые черепно-мозговые
травмы в анамнезе

Невротическая
ипохондрия
проявляется
всем перечисленным,
кроме

—
чрезмерной
заботы и беспокойства
о своем здоровье

—
переживания
неприятных
ощущений в
организме

+
наличия характера
сделанности
неприятных
ощущений

—
эмоциональных
нарушений

—
тревожной
мнительности

К
психогенным
сенсорным
нарушениям
и расстройствам
чувствительности
относятся

+
концентрическое
сужение поля
зрения

+
утрата слуха

+
анестезии

—
мутизм

Для
истерического
невроза свойственны

+
полиморфизм
симптоматики

+
расстройства
чувствительности

+
двигательные
расстройства

—
галлюцинаторные
расстройства

Истерические
припадки могут
характеризоваться
всем перечисленным,
кроме:

—
помрачения
сознания

+
послеприпадочного
оглушения

—
тонических
судорог

—
принятие страстных
поз и жестов

—
клонических
судорог

При
воспитании
по типу «кумир
семьи» чаще
формируется

—
повышенная
аффективная
возбудимость

—
психастенические
черты характера

—
псевдошизоидные
черты характера

+
истерические
черты характера

К
компульсивным
действиям
относятся

—
кататонические
расстройства

+
ритуалы

—
привычки

—
тики у детей

Индуктотермия

Мы заботимся о наших гостях и принимаем меры по борьбе с распространением вируса COVID-19.
Мы заботимся о безопасности наших гостей.
Подробнее

Индуктотермия — это метод электролечения, действующим фактором которого является высокочастотное переменное магнитное поле.

Действие энергии этого поля вызывает появление наведенных (индуктивных) вихревых токов, механическая энергия которых переходит в тепло. Расширяются сосуды, ускоряется кровоток, снижается артериальное давление, улучшается коронарное кровообращение.

С теплообразованием и усилением кровотока связано противовоспалительное и рассасывающее действие индуктотермии. Происходит также понижение тонуса мышц, что имеет значение при спазме гладкой мускулатуры. Понижение возбудимости нервных рецепторов обуславливает обезболивающее и седативное действие.

Применение этой процедуры на область надпочечников стимулирует их глюкокортикоидную функцию. При этом методе лечения наблюдается повышение содержания кальция в тканях, бактериостатическое действие.

Показания к применению

Показаниями к назначению индуктотермии являются подострые и хронические воспалительные заболевания внутренних органов, органов малого таза, ЛОР-органов, заболевания и травмы опорно-двигательного аппарата, периферической и центральной нервной системы.

Противопоказания

К числу частных противопоказаний относятся нарушения болевой и температурной чувствительности кожи, наличие металлических предметов в тканях в зоне воздействия и острые гнойные процессы.

врачу эндокринологу, доктору медицинских наук
Завражных Любови Аркадьевне

Натрий в сыворотке

Натрий – минеральный элемент, являющийся важной частью тканей тела человека. Это основной внеклеточный катион, поддерживающий осмотическое давление и регулирующий кислотно-основное состояние, нервно-мышечную возбудимость и передачу электрического импульса.

Синонимы русские

Ионы натрия, натрий в крови.

Синонимы английские

Sodium, Na, Sodium serum.

Метод исследования

Ионселективные электроды.

Единицы измерения

Ммоль/л (миллимоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

Не принимать пищу в течение 12 часов перед исследованием.

Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Натрий – жизненно важный микроэлемент, который необходим для передачи импульсов в нервной системе и мышечных сокращений. Ион натрия взаимодействует с другими электролитами (калием, хлором, карбонат-анионом) и регулирует водно-солевой баланс организма. Вместе они обеспечивают нормальную работу нервных окончаний – передачу слабых электрических импульсов и, как следствие, сокращение мышц.

Натрий присутствует во всех жидкостях и тканях организма, но в наибольшей концентрации – в крови и во внеклеточной жидкости. Уровень внеклеточного натрия контролируется почками.

Для людей источник натрия – столовая соль. Большинство получает суточную норму этого элемента.

На всасывание натрия в кишечнике оказывают влияние гастрин, секретин, холецистокинин, простагландины. Организм забирает часть поступившего натрия на свои нужды, а остальное почки выделяют, поддерживая концентрацию электролита в очень узком диапазоне.

Механизмы поддержания натрия:

производство гормонов, которые повышают или понижают потерю натрия с мочой (натрийуретический пептид и альдостерон),

производство гормона, предупреждающего потерю жидкости с мочой (антидиуретический гормон),

контроль жажды (антидиуретический гормон).

Выходящая за пределы нормы концентрация натрия в крови обычно связана с одним из перечисленных механизмов. При изменении уровня натрия в крови меняется и количество жидкости в тканях организма. Чаще всего это приводит к обезвоживанию или отечности (особенно ног).

Из всех электролитов натрия в человеческом организме больше всего. Он играет главную роль в распределении жидкости между внеклеточным и внутриклеточным пространствами. Кроме того, он участвует в передаче нервного импульса и сокращении сердечной мышцы. Без определенного количества натрия организм не способен функционировать, поэтому так важно, чтобы его уровень был стабилен и не подвергался значительным колебаниям.

Натрий выделяется почками, а его концентрация регулируется гормоном альдостероном, синтезирующимся в надпочечниках. Другими факторами, поддерживающими натрий на постоянном уровне, являются активность фермента карбоангидразы, действие гормонов из передней доли гипофиза, секреция фермента ренина, АДГ, вазопрессин.

Для чего используется исследование?

Для определения степени гипонатриемии и гипернатриемии, часто возникающей при дегидратации, отеках и других заболеваниях.

Для диагностики патологии головного мозга, легких, печени, сердца, почек, щитовидной железы, надпочечников, являющейся следствием или причиной дефицита или избытка натрия.

Для контроля за эффективностью лечения пациентов с нарушением состава электролитов, например при приеме диуретиков.

Когда назначается исследование?

При стандартном лабораторном обследовании в рамках биохимического анализа крови у большинства людей (вместе с группой других электролитов: хлором, калием, магнием).

При неспецифических жалобах для контроля результатов лечения артериальной гипертензии, сердечной недостаточности, заболеваний почек и/или печени.

При подозрении на обезвоживание.

При симптомах гипонатриемии (слабости, вялости, спутанности сознания) и гипернатриемии (жажде, снижении количества выделяемой мочи, судорогах, возбуждении).

При резком падении уровня натрия человек может почувствовать слабость и утомляемость, в некоторых случаях возникает спутанность сознания вплоть до коматозного состояния. При более медленном снижении концентрации натрия симптомов может вообще не быть, поэтому его уровень все равно проверяют даже при отсутствии симптомов.

Что означают результаты?

Референсные значения: 136 — 145 ммоль/л.

Пониженный уровень натрия говорит о гипонатриемии, возникающей из-за чрезмерной потери электролита, избыточном поступлении жидкости в организм или ее задержке с отеками или без них.

Гипонатриемия редко возникает при недостатке поступления электролита извне. Наиболее часто она является следствием его возросшей потери (из-за болезни Аддисона, диареи, повышенного потоотделения, приема диуретиков или заболевания почек). Уровень натрия может снижаться в ответ на увеличение общего объема жидкости в организме (при чрезмерном потреблении воды, сердечной недостаточности, циррозе, заболеваниях почек, вызывающих чрезмерную потерю белка с мочой, например нефротическом синдроме). Иногда (особенно при заболеваниях головного мозга и легких, многих раковых поражениях и при употреблении некоторых лекарств) организм продуцирует много антидиуретического гормона, задерживающего жидкость в теле.

Высокий уровень натрия подразумевает гипернатриемию, в большинстве случаев возникающую из-за обезвоживания при недостаточном поступлении жидкости. Среди ее симптомов сухость слизистых, жажда, беспокойство, беспорядочные движения, судороги и кома. В редких случаях гипернатриемию вызывает синдром Кушинга или состояние с низким уровнем АДГ (несахарный диабет).

Причинами высокого уровня натрия могут быть кетоацидоз, синдром Кушинга, дегидратация, заболевание почек, несахарный диабет, большое поступление натрия, гиперальдостеронизм и др, низкого – постоянная жажда, сердечная недостаточность, рвота, диарея, несахарный диабет, цирроз, заболевания почек.

Снижение уровня натрия свидетельствует чаще о переизбытке жидкости, чем о нехватке натрия. Оно может быть вызвано:

застойной сердечной недостаточностью (отеками нижних конечностей и скоплением жидкости в естественных полостях организма),

чрезмерной потерей жидкости (тяжелой диареей, рвотой, сильным потоотделением),

введением гипертонического раствора глюкозы (накоплением жидкости в кровяном русле для разбавления получившегося состава крови),

тяжелым нефритом,

непроходимостью пилорического отдела желудка (рвотой желудочным содержимым с высоким содержанием электролитов),

мальабсорбцией – нарушением первичного всасывания натрия, поступающего с пищей, и адсорбцией натрия, выделившегося в просвет ЖКТ,

диабетическим ацидозом,

передозировкой лекарственных препаратов, например диуретиков (повышенным выделением электролита с мочой),

отеками,

большим поступлением жидкости,

гипотиреозом,

повышенной выработкой АДГ (задержкой жидкости в организме),

надпочечниковой недостаточностью (нехваткой альдостерона, отвечающего за обратное всасывание натрия в почках),

ожоговой болезнью (разбавлением крови за счет межклеточной жидкости).

Уровень натрия повышается при следующих состояниях:

обезвоживание,

синдром и болезнь Кушинга (чрезмерная выработка кортикостероидов, повышающих содержание натрия в организме),

первичный и вторичный гиперальдостеронизм,

кома,

несахарный диабет (недостаток выработки антидиуретического гормона),

трахеобронхит.

Что может влиять на результат?

Недавно полученная травма, хирургическое вмешательство, шоковое состояние способствуют увеличению концентрации натрия.

На уровень натрия влияют многие лекарства. Повышают его анаболические стероиды, кортикостероиды, кальций, соединения фтора, андроген, эстрогены, метилдопа, слабительные, оральные контрацептивы, бикарбонат натрия, понижают – гепарин, сульфаты, диуретики, карбамазепин, трициклические антидепрессанты.

Скачать пример результата

Важные замечания

Гипернатриемией нередко страдают младенцы, находящиеся на искусственном вскармливании, так как молочные смеси содержат намного больше натрия, чем материнское молоко. Из организма детей натрий выводится хуже, чем из организма взрослых, поэтому большое количество натрия в продуктах детского питания опасно для ребенка и может привести к обезвоживанию.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Терапевт, уролог, нефролог, инфекционист, эндокринолог, кардиолог, гастроэнтеролог, диетолог, травматолог, онколог, невролог.

Что делать, если у ребёнка повышенная раздражительность.

25 июня 2020

Повышенная возбудимость и раздражительность ребенка могут быть следствием многих причин, в том числе физиологических, связанных с незрелостью нервной системы, ее реакцией на различные негативные воздействия во время беременности (болезни мамы, курение, употребление алкоголя, физические и эмоциональные перегрузки), а также рождение раньше срока, с помощью кесарева сечения или в тяжелых естественных родах. Раздражительность может быть ответом на окружающую обстановку или завышенные требования к ребенку без учета возрастных и индивидуальных особенностей психики.

До 3 лет любой повод – неправильное питание, громкие звуки, яркий свет, неудобная одежда, смена обстановки, проявление негативных эмоций взрослых — могут вызывать раздражение, плаксивость, проблемы со сном, быструю утомляемость ребенка. Что могут сделать родители?

— Постарайтесь как можно скорее устранить дискомфорт и успокоить ребенка. Обеспечьте соблюдение режима дня, правильное питание, физические и психологические нагрузки, адекватные его возрасту и состоянию. Не пытайтесь воспитывать у маленького ребенка выдержку и выносливость, это только усугубит его дискомфорт и затруднит возвращение к эмоционально стабильному состоянию.

— Заранее подготавливайте ребенка к любым изменениям, рассказывайте и объясняйте, что будет происходить, смягчайте содержание неприятной информации. Например, расскажите, зачем нужно идти к врачу и почему это хорошо, когда и по какому поводу к вам придут гости, сколько времени ребенок проведет без вас (с бабушкой или няней), чем он будет заниматься в детском учреждении. Если пора заканчивать игру и идти спать, расскажите, что игрушки устали, выглядят сонными и предложите сначала уложить их спать, а потом лечь самому.

— Сохраняйте спокойствие сами, не заражайтесь эмоциями ребенка. Пока родитель в спокойном состоянии, он способен повлиять на ситуацию и помочь ребенку справиться с эмоциями. Не показывайте свой испуг или разочарование, не пугайте ребенка предположениями о том, что могло бы случиться, и не утомляйте его нравоучениями.

Дошкольный возраст. Чем старше становится ребёнок, тем большее значение в развитии и закреплении раздражительности приобретают факторы воспитания, поэтому родителям следует обратить внимание на используемые стратегии воспитания и собственное поведение, которое ребенок может копировать.

— Показывайте пример конструктивного разрешения конфликтных ситуаций и уважительного отношения ко всем членам семьи. Не бойтесь извиниться, если были не правы или в запале сказали обидные слова. Учитесь переключать свое эмоциональное состояние, распознавать и предотвращать вспышки раздражения. Следите за своим психологическим здоровьем, не доводите себя до состояния истощения и «загнанности».

— Если ваш ребенок тревожный и бурно реагирует на неудачи — предоставляйте ему больше самостоятельности в ситуациях, не угрожающих его здоровью, не окружайте его чрезмерной заботой. Ребенку важен опыт преодоления трудностей, это придает ему уверенность в своих силах.

— В то же время требуйте уважительного отношения к старшим, соблюдения режима дня, правил вежливости и норм поведения в общественных местах. Иначе вседозволенность и полная свобода могут привести к частому раздражению и выражению недовольства даже при необходимых и обоснованных требованиях.

— Разговаривайте с ребенком, объясняйте ребенку свою позицию. Будьте терпеливы и готовы уделять этому столько времени, сколько потребуется ребенку, чтобы понять вас и прийти к соответствующим выводам. Грубость, пренебрежение, угрозы, шантаж травмируют детскую психику и недопустимы в воспитании.

— Предлагайте и разбирайте вместе возможные варианты поведения в ситуациях, вызывающих у ребенка раздражение, способы реагирования на неприятности. Поощряйте его рассуждения и вовлекайте в диалог, помогая ребенку научиться преодолевать трудности. Хвалите и поддерживайте, если не все получается. Например: «Ты молодец, что пытаешься сам справиться. Учиться всегда сложно, но ты скоро научишься этому».

У младших школьников переживания и раздражительность будут связаны еще и с высокой ответственностью, учебной нагрузкой, отношениями с одноклассниками и учителями, атмосферой в классе. Ваша задача в спокойной домашней обстановке помочь ребенку отреагировать на обиды, поддержать его и помочь переключить внимание.

— Обсуждайте с ребенком ситуации, вызывающие у него эмоциональный отклик. Осознание детьми собственных мыслей, эмоций и действий происходит с помощью взрослых. Поэтому, разбирая ситуацию, мы помогаем ребенку осознавать ее. Привычка держать в себе переживания может привести к нервному перенапряжению, повышенной тревожности, ночным страхам и даже к развитию соматических заболеваний.

— Не требуйте идеального выполнения заданий по всем предметам, это будет вызывать раздражение и нежелание что-либо делать еще до начала работы. Нормально, что к каким-то наукам дети более способны, одни предметы им даются легче, чем другие. Не давите и не ругайте ребенка, не сравнивайте с другими детьми или с собой в детстве.

— Организуйте ребенку возможность отдыха, смены вида деятельности и общения с ровесниками за пределами школьного коллектива – в различных кружках, спортивных секциях, музыкальной школе, с друзьями по двору.

Повышенная раздражительность, агрессивность, нервозность — характерные особенности подросткового возраста. Их появление в первую очередь связано с гормональными перестройками, происходящими в организме. Нервная система не может быстро адаптироваться, подростки часто не осознают и не могут контролировать свои эмоции, чувствуют одиночество из-за своей эмоциональной нестабильности.

— Разговаривайте доброжелательно, интересуйтесь переживаниями подростка. Проявляйте больше внимания и любви к нему, просто за то, что он есть. Тогда подросток будет чувствовать себя более уверенно, у него будет повышаться самооценка.

— Помогите подростку осознать причины своей раздражительности, развёрнуто проговаривая различные ситуации, чтобы научить подростка лучше понимать и контролировать своё психологическое состояние.

— Подростки уже считают себя взрослыми и будут защищать свои права, если вы будете относиться к ним, как к детям. Объясните ему, что быть взрослым — это большая ответственность, что он должен уметь контролировать свои эмоции и отвечать за свои поступки.

— Предоставьте подростку больше свободы при условии соблюдения ваших с ним договоренностей (звонки в определенное время, некоторые важные ограничения). Позвольте ему самостоятельно сказать, когда придет, что-то сделать самому и похвалите за результат, тогда возникает радость успеха и желание сделать и быть лучше.

— Не обвиняйте, а пытайтесь понять подростка — увидеть его проблемы, поставить себя на его место, вспомнить, какие у вас были переживания в этом возрасте. Ведь подросткам часто кажется, что их никто не понимает, что значимым людям безразличны их интересы и чувства.

— Не акцентируйте внимание на недостатках, опирайтесь на положительные качества и помогайте увидеть ресурсы. Даже недовольство собой может стать стимулом к самосовершенствованию.

О чем расскажет оценка малыша по шкале Апгар?

Свою первую оценку малыш получает уже в родильном зале на первой минуте после рождения. Неонатологи оценивают базовые показатели состояния новорожденного – окраску кожного покрова, частоту сердечных сокращений, рефлекторную возбудимость, мышечный тонус и дыхание.

Еще спустя 5 минут (а при особой необходимости через 10) обследование повторяется. Таким образом специалисты получают информацию о том, насколько хорошо малыш адаптируется к новым условиям жизни, нужно ли ему особое медицинское внимание, и выясняют, не требуются ли срочные реанимационные действия.

Автором данной системы быстрой оценки состояния новорожденного – шкалы Апгар – является американская врач анестезиолог-реаниматолог Вирджиния Апгар. Метод был представлен почти 70 лет назад и до сих используется во всем мире.

Как выставляются баллы?

По каждому критерию ребенок может получить от 0 до 2 баллов. Финальная оценка складывается из суммы пяти показателей и может составить максимум 10 баллов.

На выходе врач получит две цифры, записанные через дробь: одна расскажет о состоянии малыша в первую минуту жизни, вторая – спустя пять минут.

2 балла могут быть выставлены, когда оцениваемый признак выражен ярко и соответствует норме, 1 – при слабой выраженности, 0 – если отсутствует.

Пример: малыш с сердцебиением более 100 ударов в минуту получит 2 балла, если показатель будет ниже сотни – 1; на «отлично» оценят новорожденного с розовым кожным покровом, а вот ребеночек с синюшными конечностями получит 1 балл; малыш, заявивший о себе громким криком, демонстрирующий стабильное дыхание, также сдаст свой экспресс-тест на высший балл, а ребенок «поскромнее» – с нерегулярным, поверхностным дыханием и слабым криком – 1.

Интерпретация результатов

Результат второй оценки состояния малыша обычно оказывается выше. Это значит, что новорожденный хорошо адаптируется к жизни в новых условиях. Как правило, показатели 7/8, 8/8, 8/9, 9/9, 9/10 или 10/10 говорят о том, что с ребенком все хорошо и волноваться не стоит.

Средний балл обычно составляет 7-8. Это значит, что малыш хорошо себя чувствует и не имеет явных патологических особенностей.

А если цифры чуть ниже – не переживайте и доверьтесь специалистам, а также помните, значения данных показателей актуальны прежде всего на момент рождения, главным образом для врачей и если требуют внимания, то в основном, в первый год жизни ребенка, однако в долгосрочной перспективе не влияют на крепость здоровья и иммунитет.

Фазовая диаграмма, построенная с помощью динамического зажима

для модели возбудимости Ходжкина и Хаксли

Значение

Давняя проблема в физиологии — устойчивость клеточных функций к изменениям концентраций и кинетики биомолекул. Считается, что устойчивость отражает функциональные отношения между многими лежащими в основе биологическими компонентами. Здесь мы изучаем взаимосвязь между параметрами натриевых и калиевых каналов и возбудимостью мембран. Мы использовали динамический зажим, систему с компьютерным управлением, которая, по сути, позволяет моделировать биологические клетки и ионные каналы.Мы установили замкнутый цикл взаимодействия в реальном времени между генетически контролируемой популяцией связанных с возбудимостью ионных каналов и низкоразмерным математическим описанием возбудимости. Результаты дают представление о том, насколько устойчивость возбудимости выигрывает от изменчивости зависящих от истории временных масштабов, отображаемых ионными каналами.

Abstract

Возбудимость — пороговый переходный процесс трансмембранного напряжения — это фундаментальный физиологический процесс, который контролирует работу сердца, эндокринной системы, мышц и нервных тканей.Явная формулировка Ходжкина и Хаксли 1950-х годов обеспечивает математическую основу для понимания возбудимости как следствия свойств потенциалзависимых натриевых и калиевых каналов. Модель Ходжкина-Хаксли более чувствительна к параметрическим изменениям плотности и кинетики белков, чем биологические системы, возбудимость которых, по-видимому, более устойчива. Обычно предполагается, что чувствительность модели отражает отсутствующие функциональные связи между ее параметрами или другими компонентами, присутствующими в биологических системах.Здесь мы экспериментально собрали возбудимые мембраны с использованием динамического зажима и потенциал-управляемых ионных каналов калия (Kv1.3), экспрессированных в ооцитах Xenopus . Мы используем теоретически полученную фазовую диаграмму, где явление возбудимости сводится к двум измерениям, определяемым как комбинации параметров модели Ходжкина – Хаксли, для изучения функциональных соотношений в пространстве параметров. Кроме того, мы демонстрируем зависимость активности и гистерезисную динамику на фазовой диаграмме из-за воздействия сложной кинетики медленной инактивации.Результаты показывают, что поддержание возбудимости при параметрических вариациях — это низкоразмерный, физиологически приемлемый процесс управления. В контексте построения модели результаты указывают на потенциально значительный разрыв между многомерными моделями, которые отражают полную меру сложности, отображаемой функцией ионного канала, и более низкой размерностью, которая отражает физиологическую функцию.

Каноническая модель возбудимости Ходжкина – Хаксли (1) состоит из четырех динамических переменных (мембранного напряжения и трех переменных состояния белка) и более чем 10 параметров.Некоторые из параметров представляют собой реальные, измеримые физические объекты (емкость мембраны, ионные концентрации внутри и вне клетки, а также плотности мембранных белков ионных каналов). Другие параметры формируют шесть экспоненциальных функций, связывающих мембранное напряжение с вероятностями переходов между состояниями белка (2 (– 4). Существенная чувствительность модели к параметрическим изменениям — особенно плотности и кинетике белков — не соответствует устойчивости многих биологических систем, как показали эксперименты, демонстрирующие высокую степень устойчивости к изменению значений измеряемых параметров (5⇓⇓– 8).Поскольку модель Ходжкина – Хаксли является биофизически прочной, обычно предполагается, что ее чувствительность отражает функциональную взаимосвязь между параметрами (7). Следовательно, низкоразмерное представление пространства параметров Ходжкина-Хаксли, внутри которого, казалось бы, сложная и чувствительная к параметрам система становится управляемой, поможет понять, как биологическая система может контролировать свое состояние и адаптироваться к изменениям с помощью простого и физиологически значимого процесса.

Недавно была представлена биофизически ориентированная параметризация модели Ходжкина-Хаксли (4), предлагающая основу для понимания контроля возбудимости среди изменений плотности белков и их кинетики.На полученной фазовой диаграмме состояние возбудимости данной реализации Ходжкина-Хаксли определяется рациональными функциями, полностью определенными в терминах параметров Ходжкина-Хаксли по двум физиологическим измерениям: структурному и кинетическому. Структурный размер (обозначенный S) является мерой относительного вклада максимальной возбуждающей (т. Е. Натриевой) проводимости. Кинетический размер (обозначенный K) является мерой относительного вклада восстановления зависимых от напряжения функций скорости, которые возвращают мембрану к ее гиперполяризованному потенциалу (т.е.е., закрытие натриевых каналов и открытие калиевых каналов). Таким образом, точка на фазовой диаграмме S – K представляет множество различных возможных наборов параметров модели, явных экземпляров модели Ходжкина – Хаксли, которые приводят к аналогичному функциональному результату. Изученная в плоскости S – K, модель Ходжкина – Хаксли выявляет порядок, который невозможно обнаружить в многомерных представлениях. Три различных состояния возбудимости сгруппированы по фазам: невозбудимый, возбудимый и колеблющийся (изображены на рис.1, Левый ). Обратите внимание, что фазовая диаграмма S – K отличается от фазового пространства, где каждая точка изображает уникальное состояние мембраны данного экземпляра, а линии, соединяющие такие состояния, изображают фазовые портреты, траекторию во времени (например, ссылки 9⇓⇓ – 12 ).

Рис. 1.

Структурно-кинетическая (S – K) фазовая диаграмма состояния возбудимости в модели Ходжкина – Хаксли. ( Left ) Десять тысяч реализаций полной модели Ходжкина – Хаксли, следуя процедуре, описанной в Ori et al.ex изображают функции скорости перехода, вносящие вклад в восстанавливающие и возбуждающие силы: αn (V) и βm (V) для первого и αm (V) и βn (V) для последнего. Параметры (максимальная проводимость натрия и калия, проводимость утечки, емкость мембраны и шесть функций уравнения скорости) изменяются случайным образом и независимо в диапазоне ± 0,25 по сравнению с их значениями в исходной модели Ходжкина – Хаксли. Результирующие мембранные ответы на стимулы выше порога классифицируются (разные цвета) по трем состояниям возбудимости: возбудимый (2225; синий), невозбудимый (4884; оранжевый) и колебательный (2891; зеленый).( Правый ) Набор данных Левый с перерисовкой цветов, изображающих кластеры пиковой амплитуды ответа, классифицированные по четырем ячейкам, указанным на горизонтальной цветной полосе.

Настоящее исследование направлено на экспериментальное раскрытие фазовой диаграммы S – K с реальными биологическими компонентами, а не с математическим моделированием. Проблема заключается в следующем: по определению, ячейка в определенный момент времени является экземпляром одной точки на фазовой диаграмме S – K, одного набора параметров. Следовательно, невозможно систематически покрывать плоскость S – K данной биологической клетки (нейрона, сердечного миоцита и т. Д.).), манипулируя кинетическими и структурными особенностями его составляющих, белков ионных каналов. Сбор данных из множества отдельных клеток аналогичного типа не поможет, потому что похожие типы имеют тенденцию быть резидентами одной и той же фазы (например, сердечные миоциты в основном колеблются, а корковые нейроны в основном возбудимы, но не колеблются). Здесь мы сталкиваемся с проблемой систематической выборки S-K-фазовой диаграммы Ходжкина – Хаксли путем комбинирования установленной методологии гетерологичной экспрессии канальных белков в ооцитах Xenopus (13, 14) и динамического зажима в реальном времени (15⇓⇓– 18).С помощью этого подхода мы экспериментально реконструируем первый фазовый переход на S – K диаграмме: переход между невозбужденной и возбудимой фазами (изображен на рис. 1, Right ). Более того, мы показываем, что направленная «прогулка» в плоскости S – K демонстрирует гистерезис в организации фазовой диаграммы, который мы объясняем в терминах медленного и зависимого от активности стробирования, связанного с белком канала, что потенциально позволяет контролировать возбудимость при параметрических вариациях (3 , 4).

Результаты и обсуждение

Система экспрессии ооцитного белка Xenopus часто используется в физиологических исследованиях ионных каналов; С помощью этой простой и экспериментально элегантной системы было проведено несколько фундаментальных исследований взаимосвязей между структурой ионных каналов и функцией (например,г., исх. 19⇓ – 21). Для всех практических целей ооцит является идеальным электрофизиологическим призраком: это большой и сферический (т. Е. Изопотенциальный) излучающий конденсатор, он не выражает значительной чувствительной к напряжению мембранной проводимости и легко выражает функциональную проводимость после инъекции мРНК, кодирующей ионный канал. . Связывание гетерологичной экспрессии ооцитов Xenopus с динамическим зажимом позволяет разделить компоненты системы между теми, которые биологически экспрессируются в мембране ооцита, и теми, которые выражаются вычислительным способом в алгоритме динамического зажима.Рис. 2 A демонстрирует эффективность этого подхода в создании биосинтетической возбудимой системы: ооцит пронзают двумя острыми электродами. Сигналы с электрода для измерения напряжения считываются процессором в реальном времени, который вычисляет натриевые и калиевые токи Ходжкина-Хаксли, подавая сумму этих токов обратно в ооцит через электрод, подающий ток. Ооцит вносит вклад в емкость мембраны и проводимость утечки, линейные компоненты; алгоритм динамического ограничения вносит вклад в нелинейные компоненты проводимости натрия и калия, зависящие от напряжения.Характер отклика системы (Рис. 2 A , Bottom ) зависит от параметров Ходжкина – Хаксли, реализованных в алгоритме динамического ограничения.

Рис. 2.

Динамический зажим построил фазовую диаграмму возбудимости у наивных (т.е. без введения мРНК канала) Xenopus ооцита. ( A ) Эквивалентная электрическая схема базовой конфигурации системы ( Top и Middle ). Ооцит протыкают двумя острыми электродами. Сигналы с электрода для измерения напряжения считываются процессором в реальном времени, который вычисляет натриевые и калиевые токи Ходжкина-Хаксли, подавая сумму этих токов обратно в ооцит через электрод, подающий ток.m (V) = [0,75, 1,25]; см. Результаты и обсуждение для обозначений масштабирования). ( B ) Фазовые диаграммы S – K. Доступные для сканирования динамическим зажимом диапазоны S и K различаются между экспериментами; они продиктованы, в основном, утечкой и емкостью, вносимой ооцитом, и на которые влияет качество электродно-мембранного взаимодействия. В обоих экспериментах мягкие, но относительно четко определенные границы отделяют невозбудимые фазы от возбудимых (цвета обозначают кластеры пиковой амплитуды отклика, классифицированные по четырем ячейкам, указанным в горизонтальных цветных полосах).Диаграммы построены в различных условиях: в Top параметры натриевой и калиевой проводимости взяты из канонической модели Ходжкина – Хаксли. В Bottom параметры калиевой проводимости соответствуют параметрам канала Kv1.3 (22). Оба эксперимента проводились с одним и тем же ооцитом.

Следуя Ori et al. (4) структурный размер (S) определяется как ĜNa / (ĜNa + ĜK), где ĜX — максимальная проводимость мембраны по отношению к иону X, приведенная к значениям стандартной модели Ходжкина – Хаксли G¯X, где G¯Na = 120 мСм / см2 и G¯K = 36 мСм / см2.ex изображают функции скорости перехода, вносящие вклад в восстанавливающие и возбуждающие силы: αn (V) и βm (V) для первого и αm (V) и βn (V) для последнего. Как показано в Ori et al. m (V) ([0,10]; [0,2] соответственно) .м (В)). Состояние возбудимости ооцита для каждого экземпляра значения S – K определяли по его ответу на одиночный стимул с постоянной амплитудой тока (0,5 мс; Methods ). Полученные фазовые диаграммы двух экспериментов представлены на рис. 2 B . Подобно теоретической фазовой диаграмме на рис. 1, справа , график на рис. 2 B показывает хорошо структурированные плоскости S – K с мягкими, но относительно четко очерченными границами, которые отделяют невозбудимые фазы от возбудимых (цвета изображают реакцию кластеры амплитуд, классифицированные по четырем ячейкам, обозначенным горизонтальными цветными полосами).На рис. 2 B , Top параметры натриевой и калиевой проводимости взяты из канонической модели Ходжкина – Хаксли. На рис. 2 B , Bottom параметры калиевой проводимости соответствуют параметрам канала Kv1.3 (22⇓ – 24).

Чтобы подтвердить редукцию до S – K-пространства, мы продвинули описанную выше экспериментальную систему на шаг дальше, переместив зависимую от напряжения проводимость калия из алгоритма динамического ограничения в биологическую область (рис.3 А ). Это достигается путем инъекции мРНК, которая кодирует потенциал-зависимый калиевый канал Kv1.3 (25). В течение нескольких дней каналы широко экспрессируются в мембране ооцита. Как показано на рис. 3 A , Bottom , при активации динамического зажима возбудимость возникает с биологической емкостью, утечкой и проводимостью калия, в то время как проводимость натрия и связанная с ней кинетика выражаются в расчетах. (Наши попытки реализовать обратное экспериментальное условие, при котором проводимость натрия выражается биологически, не увенчались успехом; выражение проводимости натрия было слишком слабым, чтобы поддерживать полноценную возбудимость.)

Рис. 3.

Динамический зажим и возбудимость в ооците Xenopus , инъецированном мРНК Kv1.3. ( A ) Сделав экспериментальную систему, описанную на рис. 2, на шаг дальше, переместив зависимую от напряжения проводимость калия из алгоритма динамического ограничения в биологическую область ( Top ). Это достигается путем инъекции мРНК, которая кодирует потенциал-зависимый калиевый канал Kv1.3 (, средний ). В течение нескольких дней каналы широко экспрессируются в мембране ооцита.m (V) = [0,5,1,6]; см. Results and Discussion для обозначений масштабирования), а также о кинетике и плотности выраженных каналов Kv1.3. ( B ) Максимальная калиевая проводимость, калиевый потенциал Нернста и емкость мембраны оцениваются стандартными процедурами фиксации напряжения. ( Top ) Емкость ячейки оценивается по скачку емкостного тока при мгновенном переключении от -2,66 В / с до +2,66 В / с (в диапазоне от -70 до -110 мВ). ( Нижний ) Протокол хвостового тока ( Вставка ) для определения потенциала Нернста калия на основе изменения направления тока; деполяризации до +40 мВ с последующей гиперполяризацией до разных значений.G¯K было оценено по максимальному току и потенциалу Нернста и подтверждено с использованием данных о хвостовом токе.

Поскольку не существует стандартной модели возбудимости с проводимостью Kv1.3, мы выражаем структурный размер в терминах фактической максимальной проводимости, нормированной на емкость мембраны; таким образом, S = G¯Na / (G¯Na + G¯Kv1.3). Максимальная калиевая проводимость (G¯Kv1.3), потенциал Нернста калия и емкость мембраны оцениваются стандартными процедурами фиксации напряжения (Рис. 3 B и Методы ).Kv1.3 (V) = 1.

Фазовые диаграммы трех различных экспериментов представлены на рис. 4, где плоскости S – K с четко определенными границами, которые отделяют невозбудимые фазы от возбудимых, подтверждают сокращение исходного многомерного пространства параметров Ходжкина – Хаксли до нижнего S –K фазовая диаграмма. Границы, отделяющие невозбудимые фазы от возбудимых в 12 различных экспериментах, суммированы на рис. 4, внизу справа, .

Рис. 4.

Динамическим зажимом построена фазовая диаграмма возбудимости в Kv1.3-инъецированные ооциты. Верхний правый , Верхний левый и Нижний левый демонстрируют фазовые диаграммы трех различных экспериментов, в которых биологическая емкость, утечка и проводимость калия вносятся за счет ооцита, а проводимость натрия и связанная с ней кинетика вычисляются в виде алгоритм динамического зажима. Обратите внимание на плоскости S – K с относительно четко определенными границами, которые отделяют невозбудимые фазы от возбудимых. ( Внизу справа ) Сводка 12 экспериментов, показывающая, что диагональ с положительным наклоном, отделяющая невозбудимые фазы от возбудимых (продемонстрированная на трех других панелях), одинакова во всех экспериментах.С этой целью для каждого эксперимента была построена гистограмма амплитуд ответа. Из 9 889 ответов во всех 12 экспериментах 529 ответов были идентифицированы в пределах промежуточного диапазона [0,2, 0,8] амплитуд ответов (амплитуда пассивного ответа на стимул была определена как ноль). Координаты S – K этих 529 ответов нанесены на график , нижний правый угол , вместе с подобранной прямой линией (S = 0,7 + 0,4K; 99% доверительные интервалы для средних прогнозов). Числовые символы обозначают различные эксперименты.Наклон отдельных линий, подбираемых отдельно для каждого из 12 экспериментов, составляет 0,66, 0,62, 0,62, 0,75, 0,58, 1,01, 0,49, 1,46, 0,67, 1,25, 2,2 и 0,73. Обратите внимание, что эти склоны значительно менее крутые по сравнению с наклоном модели Ходжкина – Хаксли, описанной Ори и др. (4).

Мощность параметризации может быть дополнительно оценена путем наблюдения нескольких экземпляров одной и той же координаты S – K, демонстрируя, что результат достаточно устойчив к фактическому набору параметров, используемых для определения данной координаты (рис.5). Даже тонкие характеристики отклика (например, подпороговая деполяризация постстимулов на крайних правых графиках рис. 5, , нижний ), не учтенные при построении теории (4), хорошо улавливаются координатами S – K.

Рис. 5.

Адекватность S – K параметризации оценивается путем наблюдения нескольких экземпляров одной и той же координаты S – K. Ооцит с инъекцией мРНК Kv1.3 (Cm ооцит = 0,33 мкФ, ооцит GLeak = 0,035 мСм, ооцит G¯Kv1.3 = 0,4 мСм) связан с алгоритмом динамического зажима, в котором натрий, калий и проводимость Ходжкина-Хаксли (Введено G¯Na, введено G¯K и введено GLeak, соответственно) и их связанная кинетика выражается с помощью вычислений.Kv1.3 (V) = 1 и с учетом проводимости калия (G¯Kv1.3 ооцит и G¯K, введенный), значения S и K для каждого экземпляра были рассчитаны и объединены с разрешением 0,02. Для ясности, всего 3000 трасс были подвергнуты понижающей дискретизации в 3 раза, и каждый из выбранных откликов нанесен на график в соответствующей ячейке координат S – K в Top Left . Следы коричневого цвета соответствуют случаям, когда G¯K injected = 0; красные следы соответствуют случаям, когда G¯K injected = [0.40, 0,73]. ( Вверху справа ) Контурная диаграмма средних амплитуд пиков для всех бинированных координат S – K (3000 пиков). ( Bottom ) Примеры нескольких ответов в четырех координатах S – K (стрелки обозначают время стимула; следы сглажены скользящим средним значением 120 мкс). Ответы довольно устойчивы к фактическому набору параметров, используемых для определения данной координаты. Даже тонкие характеристики отклика (например, подпороговая деполяризация после стимула на крайних правых графиках), не учтенные при построении теории, хорошо улавливаются координатами S – K.Обратите внимание, что «звон» в нескольких быстрых и высокоамплитудных всплесках (изображенных серым овалом в Bottom ) обусловлен ограничениями, налагаемыми скоростью процессора реального времени и / или текущего устройства ввода ( Methods ).

За годы, прошедшие с тех пор, как Ходжкин и Хаксли представили свою каноническую модель, физиологи продолжали исследовать сложное поведение потенциалзависимых ионных каналов. В частности, не все скорости перехода зависят от напряжения, а их характерные временные шкалы охватывают широкий диапазон от субмиллисекунд до минут (26–30).Результаты, представленные на рис. 2, 4 и 5 ограничены короткой миллисекундной шкалой времени; следовательно, эффекты, зависящие от медленной активности, обнаружить не удалось. Тем не менее, медленное закрытие канала белком и его влияние на динамику ответа может быть выявлено посредством направленного движения в пределах диаграммы S – K; например, перемещаясь вверх и вниз по пандусу на диаграмме. Кинетика Kv1.3 особенно актуальна в этом контексте, поскольку она включает в себя скорость перехода, зависящую от напряжения и состояния, а также сочетание медленных и быстрых реакций, охватывающих широкий диапазон временных масштабов (22, 24).м (В), параметры динамического зажима натриевой проводимости Ходжкина – Хаксли. Спайки нанесены на диаграмму S – K, построенную для того же ооцита. Каждая кривая отображает реакцию мембраны на кратковременную стимуляцию током выше порогового значения. По мере того, как система движется к возбудимой фазе (рис. 6, слева, , верхний левый угол диаграммы), ооцит отвечает на стимул самодвижущейся деполяризацией, которая становится полностью раскрытым потенциалом действия. В какой-то момент, как и следовало ожидать, структурная возбуждающая сила (S) настолько высока, а кинетическая восстанавливающая сила (K) настолько мала (0.95, 0,42, изображено стрелкой на фиг. 6, справа ), что мембрана не может гиперполяризоваться обратно до потенциала покоя и остается застрявшей в деполяризованном, невозбудимом значении. По возвращении обнаруживается четкий гистерезис, отражающий восстановление Kv1.3 после длительной инактивации. Рис. 6, Справа , Вставки , показывают два повторения одного и того же протокола линейного изменения в другом ооците, демонстрируя обратимость явления гистерезиса. Такой гистерезис не наблюдается в исходной модели Ходжкина – Хаксли и согласуется с сообщениями, относящимися к воздействиям медленного Kv1.м (В)). Спайки нанесены на диаграмму S – K, построенную для того же ооцита. Каждый график отображает реакцию мембраны на кратковременную стимуляцию током выше порогового значения. Когда система движется к фазе возбуждения (верхний левый угол диаграммы), ооцит отвечает на стимул самодвижущейся деполяризацией, которая становится полностью раскрытым потенциалом действия. В какой-то момент, как и следовало ожидать, структурная возбуждающая сила (S) настолько велика, а кинетическая восстанавливающая сила (K) настолько мала ({0.95, 0,42}, показано стрелкой в справа ), что мембрана не может гиперполяризоваться обратно до потенциала покоя и остается застрявшей в некотором деполяризованном невозбудимом значении. По возвращении обнаруживается явный гистерезис, отражающий восстановление Kv1.3 после длительной инактивации. ( Правый , Вставка ) Два повторения одного и того же протокола линейного изменения в другом ооците, демонстрируя обратимость явления гистерезиса.

Заключительные замечания

Мы живем во времена, отмеченные способностью собирать данные с постоянно растущей скоростью и разрешением.В результате возникает соблазн использовать эти данные для построения численных моделей повышенной размерности, что делает их все более и более биологически реалистичными. Чтобы избежать ошибки приписывания важности каждому измеряемому параметру, эффективная практика объединяет методы, указывающие на функциональные отношения между параметрами (35), и формулирование низкоразмерных фазовых диаграмм. Однако снижение размерности — Via Regia к формальному пониманию — также имеет свою цену. Во многих случаях это однонаправленный путь, по которому измеряемые объекты абстрагируются и сжимаются до такой степени, что теряются явные свойства физиологических данных из абстрактного представления.Следовательно, после построения абстрактной низкоразмерной модели оценка воздействий и последующее включение новых биологических характеристик в низкоразмерную модель становится сложной задачей, если это вообще возможно.

Здесь мы подошли к проблеме, реализовав методологию, которая имеет долгую и успешную историю в физиологии мембран: идентификация системы с использованием управления с обратной связью (т. Мы описываем экспериментально-теоретический гибрид, структуру, обеспечивающую двунаправленное взаимодействие в реальном времени между абстрактным низкоразмерным представлением и реальными биологическими объектами.Это не процедура апостериорной подгонки; скорее, это живой эксперимент, в котором воздействия данного биологического компонента на абстрактное низкоразмерное представление идентифицируются путем реализации схемы замкнутого цикла в реальном времени.

В частности, комбинируя динамический зажим и гетерологичную экспрессию белков ионных каналов в ооцитах Xenopus , мы сконструировали возбудимую систему, состоящую из смеси биологически и вычислительно экспрессируемых компонентов. Эта экспериментальная конфигурация позволила систематизировать выборку пространства параметров Ходжкина – Хаксли.Полученная фазовая диаграмма подтверждает теоретически предложенную диаграмму (4).

Существует спектр однокомпонентных представлений Ходжкина – Хаксли, простирающийся от конкретных и требовательных к вычислительным ресурсам кинетических моделей переходов состояний каналов до абстрактных моделей, которые являются вычислительно эффективными, но менее реалистичными с биофизической точки зрения (10, 11, 36). Фазовая диаграмма S – K расположена между ними, касаясь обоих концов. С одной стороны, его два измерения выражаются в физиологически доступных параметрах, а с другой стороны, эти два измерения тесно связаны с абстрактными моделями, основанными на нелинейных осцилляторах, где S связана с кубическим полиномиальным выражением, которое обеспечивает быструю положительную обратную связь, а K — связана с переменной восстановления, которая вводит медленную отрицательную обратную связь.Таким образом, фазовая диаграмма S – K может служить общей основой для связи различных представлений в этом спектре друг с другом.

Форма фазовой диаграммы S – K, предложенная в работе. 4 и экспериментально построенный в этом отчете предполагает, что поддержание возбудимости среди параметрических вариаций — это низкоразмерный, физиологически приемлемый процесс управления. Более того, мы показываем, что основные ингредиенты для такого контроля, а именно, память и адаптация, проявляются на фазовой диаграмме как естественный результат кинетики медленной инактивации ионных каналов.

Многие теоретические и экспериментальные анализы показывают, что широкий диапазон временных масштабов, участвующих в медленной инактивации, нарезан тонкими слоями до степени, эффективно эквивалентной континууму масштабов, что указывает на обширную сеть конфигураций, внутри которых белок канала может диффундировать, вызывая медленное зависящее от активности стробирование и адаптивные паттерны возбуждения (28, 32, 37–44). Действительно, медленное зависящее от активности стробирование было предложено как средство поддержания и контроля возбудимости мембран.В частности, зависимость кинетики протеина от активности в относительно медленных временных масштабах, обусловленная множеством состояний протеина, была указана как общее автоматическое и локальное средство стабилизации клеточной функции, независимое от синтеза протеина, и действующее в широком диапазоне — минуты и более. — диапазон шкал времени (3, 4, 45, 46). Таким образом, именно потому, что эти ионные каналы не имеют единой фиксированной постоянной времени, закодированной в их молекулярной структуре, а скорее проходят через несколько состояний, клетки имеют встроенный механизм для плавного функционирования в более широком диапазоне схем возбуждения и напряжений.Аналогичный аргумент справедлив в отношении широкого диапазона временных масштабов, обусловленных множеством различных Kv-каналов (25), что также может расширить стабильные рабочие диапазоны. Это частично смягчает проблему управления, с которой сталкиваются ячейки: для правильной работы может не потребоваться идеальное совпадение номеров каналов, которое в противном случае могло бы потребоваться. Если смотреть под другим углом, несколько состояний инактивации канала и восстановления после инактивации обязательно приводят к гистерезису, а временные масштабы этого гистерезиса становятся механизмом памяти (32, 34, 38), так что клетки могут использовать его для отслеживания своей недавней модели. активности и бездействия.Это снова увеличивает временной интервал, в течение которого образцы активности могут влиять на то, как клетка реагирует на физиологические воздействия. Интересно, что мы обычно думаем о самых быстрых мембранных событиях (потенциалах действия), оказывающих незначительное продолжительное воздействие на клетки, в которых они наблюдаются; но рассмотрение только быстрых отклонений напряжения, таких как потенциалы действия, скрывает эффекты более медленной динамики канала, которые влияют на будущие события.

Остается увидеть, насколько подход, описанный здесь, может быть использован для системной идентификации возбудимых мембран, более сложных, чем минимальная однокамерная конфигурация Ходжкина-Хаксли с двумя проводимостью.Конечно, клетки, которые содержат много различных типов ионных каналов, будут демонстрировать диапазон временных масштабов и зависимость от истории (47). Развитие интуитивного понимания того, как данный набор характеристик зажигания зависит от плотности проводимости многих каналов, может потребовать новых видов принципиального уменьшения размерности в дополнение к численному моделированию методом грубой силы.

Методы

Кластеры из ооцитов Xenopus были любезно предоставлены лабораторией Н. Даскаля (Тель-Авивский университет, Тель-Авив, Израиль).Отдельные ооциты отделяли от кластеров с помощью стандартной механической и ферментативной обработки и хранили при температуре от 18 до 20 ° C в течение ночи перед инъекцией мРНК. МРНК получали из векторов, несущих Kv1.3, любезно предоставленных Alomone Labs (Иерусалим). Ооцитам давали возможность экспрессировать введенную мРНК в течение 2-6 дней перед электрофизиологическими экспериментами. Для управления экспериментами использовались двухэлектродная система фиксации напряжения (NPI TURBO TEC-03X) и плата National Instruments (серия NI 625x).Достаточно короткая длительность цикла (40 мкс) была достигнута в среде интерфейса экспериментов в реальном времени (RTXI; www.rtxi.org), реализованной в программном обеспечении CPP. Последовательность эксперимента была следующей: ооцит, расположенный в перфузионной камере, протыкали двумя мягкими электродами из агарозы, подготовленными, как описано в другом месте (14). Раствор бани при непрерывной перфузии состоял из 96 мМ NaCl, 2 мМ KCl, 1 мМ MgCl2, 1 мМ CaCl2, 5 мМ Hepes, pH доведен до 7,5 с помощью 5 М NaOH. Представленные результаты основаны на экспериментах, проведенных при комнатной температуре (с кондиционером ок.22 ° C) на 7 наивных и 13 инъецированных Kv1.3 ооцитах (см. Ссылку 25 для ожидаемого воздействия температуры на кинетику гейтирования). Каждый эксперимент начинался с протокола фиксации напряжения для определения проводимости утечки, емкости мембраны, потенциала Нернста калия и максимальной проводимости струны (в ооцитах, экспрессирующих Kv1.3). Потенциал Нернста калия (-81,5 ± 10,0 мВ) оценивался по изменению направления тока в хвосте при ограничении напряжения. Максимальная проводимость калиевой струны (0,23 ± 0,12 мСм) оценивалась по максимальному току и потенциалу Нернста; в нескольких случаях проводимость также была подтверждена с использованием наклона потенциала Нернста в протоколах тока хвоста (например,г., рис.3 В ). Проводимость утечки в ооцитах с инъекцией Kv1.3 (0,07 ± 0,06 мСм) оценивали по токовым откликам на серию импульсов фиксации гиперполяризующего напряжения 20 мВ, от -90 мВ удерживающего потенциала. Емкость клеток в ооцитах с введенным Kv1,3 (0,30 ± 0,22 мкФ) и наивных (0,21 ± 0,05 мкФ) ооцитах оценивалась по шагу тока при мгновенном переключении между -2,66 и +2,66 В / с (в диапазоне от -70 до — 110 мВ). Следуя протоколу фиксации напряжения, конфигурация системы была переключена в режим динамического фиксации для экранирования плоскости S – K.Была добавлена выраженная в цифровом виде проводимость утечки, чтобы установить мембранный потенциал покоя около -65 мВ; в случае ооцитов, инъецированных Kv1.3, добавленная цифровая утечка была в большинстве случаев на два порядка меньше по сравнению с биологической утечкой, оцененной из вышеупомянутых экспериментов с ограничением напряжения. Фактический мембранный потенциал покоя после активации режима динамического зажима составлял -66 ± 5,4 мВ (в дальнейшем значения эксперимента, описанного на фиг. 5, в котором протокол динамического зажима был другим, были исключены из статистики).Средний дрейф потенциала покоя во время эксперимента с динамическим зажимом составил 1,5 ± 4,2 мВ. Для каждой точки S; K разрешалась фаза релаксации продолжительностью 99 мс перед записью кривой длительностью 22 мс, в пределах которой подавался деполяризующий стимул длительностью 0,5 мс с последующей записью 20 мс. Выше-пороговая амплитуда стимула в ооцитах, инъецированных Kv1.3, варьировала между клетками в диапазоне от 50 до 60 мкА / мкФ (15,7 ± 13,9 мкА), чего было достаточно, чтобы надежно вызвать всплеск в диапазоне высоких S и низких K. После установки амплитуда стимула поддерживалась фиксированной на протяжении всего эксперимента.Скоростные уравнения для выраженных в цифровом виде проводимости использовались Ходжкином и Хаксли (1) или, где указано, скоростными уравнениями Kv1.3 (22, 24).

Три комментария к трудностям, связанным с техническими аспектами применяемого здесь экспериментального подхода, заключаются в следующем: 1) Завершение протокола таким образом, чтобы координаты S – K были должным образом охарактеризованы, влечет за собой процедуры ограничения напряжения для максимальной проводимости, утечки, емкости и поддержания относительно стабильный потенциал покоя при прохождении через плоскость S – K.Таким образом, стабильные электрофизиологические настройки необходимы для типичного эксперимента продолжительностью ок. 30 минут. В наших руках непрерывное плавление среды ванны и использование электродов, покрытых агарозой, способствовали такой стабильности. 2) Еще одна сложность возникает из-за используемого оборудования. Иногда процессора реального времени и / или пределов текущего устройства впрыска было недостаточно, чтобы догнать при высоких значениях S и низких значениях K, что приводило к звону о пике пика. Мы предполагаем, что передовое оборудование может работать лучше.3) Нам не удалось реализовать экспериментальные условия, при которых проводимость натрия была выражена биологически, а проводимость калия выражалась расчетным путем. В наших руках натриевая проводимость слишком слаба, чтобы поддерживать полноценную возбудимость. Более высокое выражение создало бы проблемы как для оценки максимальной проводимости, так и для динамического ограничения быстрого натриевого тока, которые могли бы быть решены путем проведения экспериментов при более низких температурах.

Благодарности

Эта работа частично поддержана исследовательскими грантами Фонда Лейра (E.M. и S.M.), Национальные институты здравоохранения (E.M.) и Израильский научный фонд (S.M.). Авторы благодарят Леонида Оддески, Тамар Галатеано и Яэль Абучацера за техническую поддержку; Группа Натана Даскаля (Тель-Авивский университет) за щедрый запас ооцитов; Alomone Labs (Иерусалим) для каналов, несущих векторы; и Омри Бараку, Эрезу Брауну, Даниэлю Дагану и Микеле Джульяно за полезные комментарии.

Сноски

Вклад авторов: E.M. and S.M. спланированное исследование; ЧАС.О., Х.Х. и С.М. проведенное исследование; С.М. проанализированные данные; и E.M. и S.M. написал газету.
Рецензенты: AD, Национальный центр научных исследований; и I.S., Еврейский университет.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.
Размещение данных: файлы данных динамических зажимов заархивированы в Mendeley Data (https://data.mendeley.com/datasets/72pv9sfxkw/1).

Временная динамика мышечной, спинномозговой и корковой возбудимости и их связь с кинематикой в течение трех минут постукивания с максимальной скоростью

Первой целью этой работы было описание физиологических изменений возбудимости, которые происходят вдоль корково-мышечной оси во время выполнение простого повторяющегося движения без сопротивления, выполняемого с максимально возможной скоростью. Вторая цель заключалась в том, чтобы определить, могут ли эти модификации объяснить изменения в работе двигателя.

Усталость выражалась быстрым падением максимальной частоты постукиваний в первую минуту выполнения задания, которая была умеренной во вторую минуту и выходила на плато в третьей части задания. Амплитуда R.O.M показала аналогичный профиль, но гораздо более умеренную величину, и изменение не достигло статистической значимости. На всех тестируемых уровнях возбудимость значительно изменялась в зависимости от задачи, но изменения возбудимости объясняли небольшую часть падения скорости постукивания.

Возбудимость тестировалась во время выполнения задачи, а профили постукивания анализировались во временных окнах 2 с. предшествующей стимуляции, что позволяет избежать вычисления нескольких нажатий, нарушенных применением стимуляции. Эта методика традиционно использовалась для изучения утомляемости во время изометрических сокращений ^15,16,17; однако для повторяющихся движений типичным подходом было начало оценки возбудимости после завершения задачи ^9,10. Мы избегали этого варианта, потому что известно, что ЦНС очень быстро восстанавливается после мышечных сокращений, которые приводят к утомлению ^11,12, а также потому, что тестирование возбудимости в состоянии покоя может оказаться недостаточным для объяснения изменений, происходящих во время выполнения задания.Этот последний пункт подтверждается данными, полученными в настоящем исследовании, и будет обсуждаться позже.

Выполнение футов на максимально возможной скорости очень быстро вызывало усталость. Инструкции, данные испытуемым, заключались в том, чтобы выполнить фута с максимально возможной скоростью в течение 3-минутного задания без требований, связанных с футами ROM, и им было предоставлено словесное поощрение для того, чтобы постучать как можно быстрее. В этих условиях утомляемость четко определялась как уменьшение максимальной скорости постукивания: очень быстрое снижение наблюдалось в первую минуту, более умеренное снижение происходило во вторую минуту, и довольно постоянная скорость футов была достигнута во время третья минута (примерно 60% от максимальной частоты постукивания).Амплитуда ПЗУ фута существенно не изменилась. На этом этапе мы должны учитывать, что во время ритмичного повторяющегося движения существует тесная обратная зависимость между частотой постукивания и амплитудой ROM. Нажатие на максимально возможную частоту приводит к уменьшению амплитуды ПЗУ; следовательно, если бы участники использовали максимальное ПЗУ, их максимальная частота футов была бы намного ниже. В этом случае поведение мышц-сгибателей и разгибателей, вероятно, должно быть различным, как и в случае, если бы движение выполнялось против сопротивления.Это ключевой момент, который необходимо учитывать для правильного понимания объема нашего исследования: конкретная взаимосвязь между частотой вращения и амплитудой ROM наблюдалась главным образом потому, что испытуемые выполняли максимальную скорость футов с очень малой амплитудой ROM (≈25% от амплитуды ROM). максимальная амплитуда ROM испытуемых).

Поведение в профиле футов согласуется с тем, что было обнаружено в предыдущих исследованиях, в которых оценивались аналогичные задачи. Было показано, что постукивание с максимально возможной скоростью в течение 30 с снижает частоту движений примерно на 15–20% ^5,10,13,14, как и в настоящей работе.Временная эволюция ПЗУ футов показала изменения, которые были менее выражены, чем изменения в скорости футов , что согласуется с предыдущими работами, в которых использовались задачи нарезки гораздо меньшей продолжительности ^5,13,14. Как упоминалось ранее, поскольку постукивание с наивысшей скоростью обязательно приведет к уменьшению ПЗУ, усталость, связанная со скоростью постукивания, может не быть аналогичным образом связана с ПЗУ.

Интересно, что изменения возбудимости мышц-сгибателей и разгибателей во время выполнения задания были значительными, несмотря на антагонистические функции этих мышц.Разгибатель работает против силы тяжести, чтобы поднять палец, а сгибатели действуют, чтобы остановить разгибание и выполнить сгибание (рис. 1b показывает, что произвольная ЭМГ-активность FDI очевидна непосредственно перед пиковым разгибанием (эта активность останавливает разгибание) и сразу после него (при сгибании ускоряется)). Эти изменения возбудимости по мере выполнения задания проявлялись на разных уровнях кортико-мышечной оси. Важно отметить, что баллы возбудимости, полученные с помощью CMEP, MEP и MEPc, зависят от уровня разряда мотонейронов (т.е., фоновая активность ЭМГ) во время стимуляции. Фоновая активность ЭМГ неизбежно меняется по мере выполнения задачи, поскольку она является неотъемлемой частью выполнения утомительной задачи. Однако изменение фоновой активности ЭМГ во время стимуляции было небольшим. Примечательно, что вычисление соотношений MEP / CMEP и MEPc / MEP нивелирует этот эффект, но не в случае отношения CMEP / CMAP.

Если сосредоточить внимание на вызванных потенциалах, то влияние на нервно-мышечное распространение было поразительным. Во-первых, они были небольшими по величине, но значительными.Наиболее затронутой мышцей был FDI, для которого CMAP увеличивались на ≈15% за ≈30 с, а затем постепенно уменьшались. В двух других мышцах изменения CMAP со временем также были значительными, но менее выраженными. Во-вторых, это открытие указывает на то, что чтение и интерпретация сигналов, вызванных на спинномозговом или корковом уровнях, обязательно должны учитывать изменения возбудимости на мышечном уровне и, что важно, во время развития утомляемости. Мы рассмотрели этот важный момент, вычислив отношения CMEP / CMAP, MEP / CMEP и MEPc / MEP; анализ исходных значений CMEP, MEP и MEPc не учитывался (хотя их профили показаны в разделах c-e на рис.4–6). В нескольких предыдущих исследованиях аналогичные подходы использовались для оценки нервных выражений мышечной усталости ^1,14.

В отличие от развития CMAP, спинномозговая возбудимость (то есть соотношение CMEP / CMAP) сильно изменилась во время выполнения задачи. Возбудимость спинного мозга в начале выполнения задачи была примерно в 5 раз выше, чем в состоянии покоя, как в конкретном разгибателе указательного пальца ( Extensor indicis ), так и в конкретном сгибателе указательного пальца (первый спинной межкостный сустав , для которого сгибание играет важную роль, когда большой палец фиксируется в отведении ^13,24, как это было в данном исследовании).Возбудимость позвоночника flexor digitorum superficialis модулируется в меньшей степени во время выполнения задания. Примечательно, что эта мышца воздействует не только на указательный палец, но и на другие пальцы. Кроме того, в нашей экспериментальной установке запястье было зафиксировано в разгибании, что может способствовать ингибированию этой мышцы на пресинаптическом и постсинаптическом уровнях в спинном мозге ²⁵. По этой причине изменение возбудимости, которое происходит в этой мышце во время выполнения задания, а также связь между изменениями возбудимости и профилем футов (как обсуждается ниже) могут сильно отличаться от изменений, которые происходят в других мышцах. две исследуемые мышцы.В FDI и EXT возбудимость спинного мозга значительно изменилась со временем, но в обоих случаях она оставалась намного выше уровня исходной возбудимости, измеренной в состоянии покоя, и отклонение от этих повышенных уровней возбудимости было небольшим.

Корковая возбудимость, измеренная по соотношению MEP / CMEP, значительно изменилась во время выполнения задания в трех мышцах. Примечательно, что величина этого изменения различалась для трех мышц. В двух мышцах, которые действуют конкретно на указательный палец (FDI и EXT), возбудимость увеличивалась в течение 3-минутного задания.В FDS небольшое, но значительное увеличение возбудимости достигало максимума примерно через 90 с, после чего возбудимость медленно снижалась. В свете предыдущей работы, которая показала явное увеличение корковой возбудимости, наши результаты были в некоторой степени неожиданными ^9,10. Однако в некоторых из более ранних отчетов МЭП приобретались после утомительных повторяющихся движений и / или при тестировании МЭП без учета модуляции спинного мозга и мышечной возбудимости во время тестирования ^9,10 (в нашей работе и в случае спинного мозга это модуляция оказалась большой).Наш протокол контролирует эти источники предвзятости. Некоторые другие исследования, в которых эти ограничения контролировались, последовательно показали повышенную возбудимость тормозных интернейронов (ГАМК _b) во время утомления футов ⁵. Мы специально не тестировали эти цепи в настоящей работе, но текущие результаты показывают, что повышенная возбудимость тормозных ГАМК _b -межных нейронов в M1 ^5,13, вероятно, компенсируется изменениями возбудимости некоторых других нейронная популяция, как показывают результаты отношения MEP / CMEP.

Мы оценили некоторые из возможных компенсаторных схем, используя TMS с парными импульсами с ISI 2 мс, вероятно, тестируя ингибирование GABA _и в M1 ²⁶. Примечательно, что стандартный протокол парных импульсов для тестирования этой формы ингибирования (т.е. использование в качестве кондиционирующего импульса 90% от AMT ²⁷) дает очень сильное ингибирование кондиционированных MEP; таким образом, эта методология может препятствовать обнаружению повышенных уровней торможения, вызванного задачей.Чтобы избежать этого, на исходном уровне мы установили индивидуальную интенсивность кондиционирующих импульсов, создавая кондиционированные MEP, меньшие, чем некондиционные, но достаточно большие, чтобы разрешить их модуляцию путем выполнения утомляющей задачи. Однако неожиданно во время выполнения задания воздействие кондиционирующего импульса на MEP было противоположным: он вызвал облегчение M1 во всех тестируемых мышцах. Мы не идентифицировали физиологический механизм, лежащий в основе этого наблюдения, но он может включать изменения возбуждающего / тормозного баланса M1 во время выполнения утомляющей задачи.Параметры, которые мы использовали в покое, были выбраны для оценки внутрикортикального ингибирования ГАМК ²⁶. Интересно, что внутрикортикальные возбуждающие цепи также могут быть протестированы с использованием аналогичного ISI ²⁸. Это случай короткого интракортикального облегчения (SICF), когда подпороговый импульс (доставляемый через 1-5 мс после надпорогового импульса) увеличивает размер MEP, эффект, который опосредуется возбуждающими интернейронами M1 ²⁹. У кого-то может возникнуть соблазн предположить, что в нашем эксперименте может работать аналогичный механизм, в котором кондиционирующий импульс приходит в момент, когда задача вызывает измененный баланс возбуждения / торможения.С другой стороны, хотя наши результаты не могут объяснить механизм, лежащий в основе этого наблюдения, очень важным следствием этих результатов является необходимость проверки выражений утомления во время утомления ^1,5,13,14 в качестве баланса возбуждения / торможения. в то время сильно отличается от остатка в состоянии покоя ^9,12,30.

Несмотря на описанные выше явные и значительные изменения возбудимости, наше исследование было разработано, чтобы ответить на более важный вопрос: объясняют ли эти изменения возбудимости изменения частоты или амплитуды постукивания? Чтобы ответить на этот вопрос, мы проверили связь между изменениями в профилях постукивания и возбудимостью.В некоторых мышцах и переменных значимыми были только линейные функции. Таким образом, поведение было хорошо объяснено линейной аппроксимацией, поэтому изменение профиля врезки постоянно с изменением возбудимости (например, рис. 7e). В некоторых других мышцах и переменных значимыми были только квадратичные функции (рис. 7d, g). У тех, у кого β ₁ положительный и β ₂ отрицательный (таблица 4, рис. 7d), это означает, что существует оптимальный уровень возбудимости для поведения, в результате чего уровни возбудимости выше и ниже этого точка в более низкой производительности.Если β ₁ отрицательный и β ₂ положительный (рис. 7g), существует уровень возбудимости, при котором поведение было наихудшим, а уровни возбудимости выше и ниже давали лучшие результаты. Наконец, в некоторых случаях важны как линейные, так и квадратичные модели. Это означает, что частота постукивания (или амплитуда ROM) всегда увеличивается (или уменьшается) с повышением возбудимости, но это изменение не является постоянным (рис. 7c). В целом результаты ясно показали, что такая зависимость существует, но довольно ограничена.Наши результаты показывают, что очень похожие уровни возбудимости наблюдаются при очень разных скоростях футов (рис. 8). Это обязательно означает, что какой-то механизм, отличный от того, который исследован в этой работе, ответственен за значительную часть снижения частоты постукивания пальцами, наблюдаемого во время этой повторяющейся задачи без сопротивления. Хорошо известно, что периферические механизмы, связанные с мышечной сократимостью, которые не тестировались в этой работе, играют главную роль в утомлении ³¹. Это недавно было подтверждено с помощью задачи футов , выполняемой с максимально возможной скоростью, и было показано, что это происходит даже тогда, когда продолжительность задачи была короткой (30 с) ¹³; в этом случае замедление расслабления мышц было очевидным в конце задания при наличии снижения скорости постукивания на ≈15%.Этот механизм кажется гораздо менее актуальным в случае задач изометрического утомления ¹³. В настоящей работе мы наблюдали снижение скорости утечки до 40% в конце задания; однако изменения корковой возбудимости (MEP / CMEP) мышцы FDI, которая была параметром с наибольшей объяснительной ценностью, привели к снижению скорости футов только до 13% (обратите внимание, что это примерно 33% от общее снижение частоты).

Наряду с периферийными элементами могут сосуществовать центральные механизмы.На этом этапе следует иметь в виду, что в нашей работе было исследовано важное, но ограниченное количество центральных цепей, потенциально имеющих отношение к утомлению. Другие популяции интернейронов (тормозных или возбуждающих) могут играть роль в развитии утомляемости. Это, по-видимому, относится к ингибирующим ГАМК _b интернейронам ⁵. Кроме того, во время развития утомления следует учитывать предполагаемую роль других надспинальных структур, участвующих в моторном контроле (кроме M1) ³².

С другой стороны, наличие центральной адаптации во время утомления может не иметь корреляции в изменениях возбудимости, отражаемых MEP. Например, снижение мышечной силы и центрального толчка к мышце может не соответствовать изменениям в характеристиках MEP ^13,16. Следуя этой линии мысли, центральный механизм утомления во время RRM может быть связан с точной последовательностью активации антагонистических мышц ³³. Однако, что касается кортико-мышечной оси, возбудимость структур, исследованных в нашей работе, по-видимому, имеет ограниченное влияние на неспособность испытуемых поддерживать максимальную частоту постукивания во время повторяющихся движений.

Ограничения исследования

Несколько моментов следует рассматривать как ограничения нашего исследования. Во-первых, размер выборки исследования был небольшим. Четверо из 14 первоначально набранных субъектов предпочли не принимать участие в сеансе CMAP-CMEP из-за дискомфорта, вызванного этими методами. Таким образом, только 10 участников завершили две сессии. Хотя аналогичные размеры выборки использовались в соответствующих исследованиях в области ^1,16, использование более крупных выборок позволило бы более уверенно оценить результаты.Чтобы учесть это ограничение, мы использовали консервативный подход в нашем анализе данных, и уровень значимости был установлен на p <0,01, как было недавно рекомендовано ²³.

Во-вторых, фаза разгибания футов в нашем исследовании была антигравитационной, и мышцы-сгибатели работали в пользу силы тяжести. Поскольку движению не оказывалось сопротивления, а масса указательного пальца мала (гониометр также очень легкий), мы обсуждали наши результаты как полученные при движении без сопротивления, но это правда, что сопротивление разгибателей и сгибателей в наша задача не совсем такая.Это важно, поскольку повторяющиеся движения против более высоких уровней сопротивления могут представлять различную эволюцию мышечной возбудимости и процессы, связанные с производством мышечной силы ³⁴.

Наконец, во время записи MEP и MEPc мы сосредоточились на кортикальной горячей точке FDI, которая играет главную роль в этой задаче ^5,13,14,24, и с этим горячая точка В точке мы зафиксировали потенциалы в двух других мышцах. Мы приняли этот подход, поскольку кортикальное пространственное распределение нейронов, нацеленных на мышцы рук, перекрывается.Это было показано ранее в различных исследованиях изображений на людях ^35,36 и с записями нейронов у обезьян ³⁷. Таким образом, в нашем исследовании, даже несмотря на то, что мы были в центре внимания прямых иностранных инвестиций, мы ожидали, что большая часть нейронного пула будет стимулировать две другие мышцы, участвующие в цифровых движениях. Фактически, как было замечено в нашей работе (Таблица 1), оценки MEP-RMS для различных мышц представляли аналогичную долю их CMAP-RMS. Это говорит о том, что мы протестировали аналогичную долю от общего пула нейронов в трех мышцах во время ТМС.По этой причине мы считаем, что использование одной точки доступа подходит для наших целей.

Какова роль теста нервной возбудимости в диагностике паралича Белла (идиопатического паралича лицевого нерва) (IFP)?

Автор

Данетт С. Тейлор, DO, MS, FACN Начальник службы неврологии, Госпиталь Генри Форда Вест Блумфилд; Старший невролог отдела здравоохранения Генри Форда; Клинический доцент кафедры неврологии и офтальмологии, Колледж остеопатической медицины Мичиганского государственного университета

Данетт Тейлор, доктор медицинских наук, FACN является членом следующих медицинских обществ: Американской академии неврологии, Американского колледжа неврологов-остеопатов и психиатров, Американская медицинская ассоциация, Американская остеопатическая ассоциация, Международное общество болезни Паркинсона и двигательных расстройств

Раскрытие: Ничего не говорится.

Соавтор (ы)

Салли Б. Захария, доктор медицины Доцент кафедры неврологии Медицинского колледжа Университета Южной Флориды; Директор отделения неврологии, отделение инсультов, Медицинский центр по делам ветеранов, Бэй Пайнс

Салли Б. Захария, доктор медицинских наук, является членом следующих медицинских обществ: Американской академии неврологии, Американской кардиологической ассоциации, Американского общества нейровизуализации

Раскрытие информации: Партнер не получил ни от кого ни за что.

Главный редактор

Селим Бенбадис, доктор медицины Профессор, директор Комплексной программы эпилепсии, отделения неврологии и нейрохирургии, Общая больница Тампы, Медицинский колледж Морсани Университета Южной Флориды

Селим Бенбадис, доктор медицины, является членом следующих медицинских обществ: Американская академия неврологии, Американская академия медицины сна, Американское общество клинической нейрофизиологии, Американское общество эпилепсии, Американская медицинская ассоциация

Раскрытие информации: Служить (d) в качестве директора, должностного лица, партнера, сотрудника, советника, консультанта или попечителя для: Ceribell, Eisai, Greenwich, Growhealthy, LivaNova, Neuropace, SK biopharmaceuticals, Sunovion
Выступать (d) в качестве докладчика или члена бюро докладчиков для: Eisai, Greenwich, LivaNova, Sunovion
Получил исследовательский грант от: Cavion, LivaNova, Greenwich, Sunovion, SK biopharmaceuticals, Takeda, UCB.

Благодарности

Эдвард Бессман, доктор медицины Председатель отделения неотложной медицины, Медицинский центр Джона Хопкинса Бэйвью; Доцент кафедры неотложной медицины, медицинский факультет Университета Джона Хопкинса

Эдвард Бессман, доктор медицинских наук, является членом следующих медицинских обществ: Американской академии неотложной медицины, Американского колледжа врачей неотложной помощи и Общества академической неотложной медицины