Хронакси - Chronaxie

Реобаза и хронаксия - это точки, определенные на кривой сила-продолжительность стимула возбудимой ткани.

Хронакси минимальное время, необходимое для электрический ток удвоить силу реобаза стимулировать мышцу или нейрон. Реобаза - это самая низкая интенсивность с неопределенной длительностью импульса, которая просто стимулирует мышцы или нервы.^[1] Хронакси зависит от плотности стробированных по напряжению натриевые каналы в ячейке, которые влияют на возбудимость клетки. Хронаксия различается для разных типов тканей: быстро сокращающиеся мышцы имеют более низкую хронаксию, а медленные - более высокую. Хронаксия - это параметр возбудимости ткани, который позволяет выбрать оптимальную длительность импульса стимула для стимуляции любой возбудимой ткани. Хронаксия (c) - это дескриптор Лапика длительности импульса стимула для тока двойной реобазной (b) силы, который является пороговым током для бесконечно долгого импульса стимула. Лапик показал, что эти две величины (c, b) определяют кривую силы-длительности для тока: I = b (1 + c / d), где d - длительность импульса. Однако есть два других электрических параметра, используемых для описания стимула: энергия и зарядить. Минимальная энергия наблюдается при длительности импульса, равной хронаксии. Минимальный заряд (bc) происходит с бесконечно коротким импульсом. Для выбора длительности импульса, равной 10c, требуется ток только на 10% выше реобазы (b). Выбор длительности импульса 0,1c требует заряда на 10% выше минимального заряда (bc).

История

Термины хронаксия и реобаза впервые были введены в Луи Лапик Известная статья о Определение expérimentale de l’excitabilité это было опубликовано в 1909 году.^[2]

Вышеупомянутая кривая I (d) обычно приписывается Вейссу (1901) - см., Например, (Rattay 1990) Это самый упрощенный из 2-х "простых" математических дескрипторов зависимости силы тока от продолжительности, и он приводит к линейной прогрессии заряда Вейсса с d:

${displaystyle Q(d)=Id=b(d+c)}$

Как собственные работы Лапика, так и более поздние работы расходятся с приближением линейного заряда. Уже в 1907 году Лапик использовал линейную аппроксимацию клеточной мембраны первого порядка, смоделированную с помощью эквивалентной схемы с одним RC. Таким образом:

${displaystyle I(d)=b/(1-e^{-d/ au })}$

куда ${displaystyle au =RC}$ - постоянная времени мембраны - в линейной модели мембраны 1-го порядка:

${displaystyle C{frac {dv}{dt}}+{frac {v}{R}}=I,}$ куда ${displaystyle vequiv V-V_{rest}.}$

Обратите внимание, что хронаксия (c) здесь явно не присутствует. Также обратите внимание, что - с очень короткой продолжительностью. ${displaystyle dll au }$, разложением экспоненты в ряд Тейлора (около d = 0):

${displaystyle I(d)approx b au /d}$

что приводит к приближению постоянного заряда. Последние могут хорошо соответствовать также более сложным моделям возбудимой мембраны, которые учитывают механизмы стробирования ионных каналов, а также внутриклеточный ток, который может быть основной причиной отклонений от обеих простых формул.

Эти «тонкости» четко описаны Лапиком (1907, 1926 и 1931), но не очень хорошо Геддесом (2004), который подчеркнул уровень Вейсса, приписав его Лапику.

Измерение

An электрод вводится в интересующую мышцу, которая затем стимулируется с помощью поверхностного тока. Значения хронакси увеличиваются в результате гипервентиляция можно отнести к изменению кожи сопротивление, физиологические факторы, ответственные за это изменение, находятся под влиянием вегетативной нервной системы. Этот пример преобладающего влияния, которое может оказывать состояние кожи и подлежащих тканей, заставляет с осторожностью оценивать результаты измерений хронаксии с помощью чрескожная стимуляция.^[3] Свежий и нормальный портняжник, помещенный прямо в раствор Рингера и стимулированный через раствор без какого-либо прямого контакта с электродами, дает две очень отчетливые кривые зависимости силы от времени, одна из которых растягивается на несколько сотых секунды.^[4]

Значения

Значения хронаксии для желудочков млекопитающих при температуре тела находятся в диапазоне от 0,5 мс (человек) до 2,0-4,1 мс (собака); это соотношение 8,2 / 1. Сообщалось, что большой диаметр миелинизированный аксоны Время хронаксии составляет от 50 до 100 мкс и от 30 до 200 мкс, а тела и дендриты нейрональных клеток имеют время хронаксии в диапазоне от 1 до 10 мс или даже до 30 мс. Хронаксиальное время серого вещества составило 380 +/- 191 мс и 200 ± 700 мс. Интерпретации времени хронаксии дополнительно затрудняют дополнительные факторы. Сообщенное время хронаксии для сома и дендриты были установлены с использованием внутриклеточных импульсов, которые нельзя легко экстраполировать на внеклеточные стимулы. Данные, указанные в литературе, используют либо двигательную реакцию в качестве физиологического порога у людей, либо генерацию потенциала действия у животных. Они в значительной степени основаны на стимуляции с помощью макроэлектрода, которым в случае человека является электрод DBS размером 1,5 Â 1,2 мм. Данные, полученные с помощью микроэлектродестимуляции и физиологического картирования сенсорного таламуса, немногочисленны. Два метода стимуляции могут дать существенно разные результаты. В нескольких исследованиях предпринимались попытки соотнести время хронаксии с сенсорным восприятием, хотя понимание нейронных элементов, участвующих в субъективном восприятии, таких как покалывание, имеет важные физиологические последствия.^[5]Измерения проводились с различными типами электродов и стимуляторами с неизвестным выходным сопротивлением. Значения хронаксии для сенсорных нервов руки человека варьируются от 0,35 до 1,17 мс, соотношение 3,3. Значения были получены при недостаточной информации для установления причины изменчивости. Значения хронаксии для денервированных скелетных мышц человека колеблются от 9,5 до 30 мс при температуре тела, что соответствует соотношению 3,16. Во время реиннервации происходит уменьшение хронаксии. Опубликованные значения хронакси имеют широкий диапазон. Если хронаксия является лучшим показателем возбудимости ткани в однородном образце ткани при известной температуре, ее следует определять с помощью стимулятора постоянного тока, обеспечивающего прямоугольную форму волны катодного стимула. Хронаксия получается из кривой силы-длительности для тока, и она показывает что, если длительность стимула короче, чем хронаксия, для стимуляции требуется больший ток с любым типом или расположением электродов со стимулятором с любым известным или неизвестным выходным импедансом. Кроме того, значение хронаксии, как бы оно ни определялось, определяет длительность импульса для минимум энергии. Кроме того, заряд, предоставляемый в chronaxie, как бы он ни определялся, составляет 2, что вдвое превышает минимальный заряд. Следовательно, если требуется подача минимального заряда для продления срока службы батареи в имплантированном стимуляторе, следует выбирать длительность импульса меньше измеренной хронаксии; длительность одной десятой хронакси обеспечивает заряд, который только на 10% превышает минимальный заряд.^[6]

Стимуляция

Электрическая и магнитная стимуляция вызывали разные ощущения. Для электростимуляции ощущение обычно описывалось как локализованное непосредственно под электродами на поверхности кожи. Что касается магнитной стимуляции, ощущение обычно описывается как распределенное по ладони и пальцам руки. В частности, большинство испытуемых сообщали об ощущениях в медиальных или боковых пальцах. Эти наблюдения предполагают, что электрическая стимуляция может преимущественно активировать кожные афферентные нервные волокна, тогда как магнитная стимуляция может предпочтительно активировать более глубокие нервы, такие как локтевой или срединный нерв.

Мотор против сенсорного

В других исследованиях сравнивали активацию сенсорных и моторных волокон с помощью электрической и магнитной стимуляции, продемонстрировав посредством стимуляции нервов и мышечной ткани, что магнитная активация внутримышечных нервных волокон в руке и ноге происходит с более низким порогом, чем при электростимуляции. Также было показано, что сенсорные волокна имеют более низкий порог для электростимуляции.Электрическая стимуляция запястья определяется тем, что при использовании коротких импульсов (менее 200 мкс) двигательные волокна легче возбудимы, тогда как при длительных импульсах (более 1000 мкс) ) сенсорные волокна более склонны к деполяризации. Связанное с этим наблюдение состоит в том, что электрическая стимуляция предпочтительно активирует сенсорные волокна по сравнению с моторными волокнами при длительных импульсах и наоборот - при коротких. Для магнитной стимуляции порог двигательного волокна был ниже, чем для сенсорных волокон.^[7]

Значимость

Основная ценность хронакси - это сравнение возбудимости в разных экспериментах и ​​измерениях с использованием одного стандарта, что упрощает сравнение данных. Электростимуляция на основе хронаксии может регулировать миоД экспрессия гена в денервированных мышечных волокнах. 20 сокращений мышц, вызванных электростимуляцией с использованием поверхностных электродов и применяемых через день на основе мышечной возбудимости, аналогично протоколам, используемым при клинической реабилитации человека, смогли снизить накопление мРНК в миодистых и атрогин-1 денервированных мышц, эти выражения связаны с ростом мышц и атрофией соответственно. Увеличение уровней myoD после денервации, возможно, связано не только с активацией и пролиферацией сателлитных клеток, но и с регуляцией клеточного цикла. В нескольких исследованиях было высказано предположение, что функция миодермии, вызванной денервацией, может заключаться в предотвращении атрофии мышц, вызванной денервацией.^[8]Для оценки сократимости денервированных мышц ног у анестезированных крыс определяли реобазу и хронаксию путем поверхностной электростимуляции и пальпации мышц ноги. Значения хронаксии ТА-мышцы измерялись до 9 месяцев после ссиэктомии. Возбудимость мышц снизилась в начале после денервации. Хронаксия от 0,1–0,2 мс в иннервируемой мышце изменилась на 0,5–1 мс в течение одного или двух дней после денервации (т.е. Валлеровское вырождение нерва) и прогрессивно увеличивалось примерно до 20 мс в течение следующего месяца. Хронаксия оставалась на этом уровне до 6 месяцев после ссиатэктомии (среднесрочная стадия денервации в модели крысы: от 2 до 6 месяцев ссиатэктомии). После этого сокращение стало сомнительно пальпируемым, и, таким образом, хронаксия увеличилась до гораздо более длительных значений (от 50 мс до бесконечности, т. Е. Мышечные сокращения не прощупывались). Эта третья стадия определяется как «стадия долговременной денервации» крысиной модели, т.е. время денервации более шести месяцев). В 3 из 36 мышц ног реиннервация произошла спонтанно, а хронаксия сократилась до 0,1 мс, что соответствует значению нормальной иннервируемой мышцы.

Медицинское использование

Медицинское применение значений хронаксии и возбудимости электромиография, метод оценки и записи электрической активности, производимой скелетными мышцами. Реобаза не обязательно может быть предпочтительным электрическим током. Электромиография используется для диагностики невропатий, миопатий и заболеваний нервно-мышечных узлов.

Поскольку лица, пострадавшие от SCI можно лечить сФЭС Для поддержания и / или улучшения трофики / функции мышц присутствие возбудимых мышечных волокон в мышцах, подвергшихся длительной денервации, может быть чрезвычайно важным для их лечения с помощью FES. Конечно, число пациентов, находящихся на длительном лечении, превышает количество новых случаев в год, возможность начать лечение даже в течение длительного времени после травмы спинного мозга, то есть в то время, когда механические мышечные подергивания не могут быть обнаружены с помощью прямой электрической стимуляции, либо с помощью поверхностных, либо внутримышечных электродов, и могут сильно поддержать выбор начала и мотивация для выполнения упражнений FES на протяжении всей жизни у этих критически важных субъектов.^[9][10]

Болезни

Хронакси увеличивается в тетания гипопаратиреоза. Однако следует помнить, что именно реобаза соответствует x.c.c. электрических реакций, и то, что действительно показывает определенное сокращение. Стоимость реобазы зависит от электрическое сопротивление между двумя электродами, а также от состояния возбудимости стимулированной двигательной точки, и поэтому уменьшение реобазы при тетании может означать не более чем снижение электрического сопротивления кожи. Однако трудно увидеть, как такое изменение сопротивления может привести к повышенной возбудимости на механические раздражители, если только эти реакции не являются рефлексами через проприоцептивные нервы. Хронаксия, с другой стороны, зависит не от межэлектродного сопротивления, а от временных соотношений процесса возбуждения, и когда хронаксия увеличивается, как в паратиреоидэктомия, это означает, что реобаза с удвоенной интенсивностью должна действовать на ткани в течение более длительного периода, чем обычно, до того, как процесс возбуждения начнется.^[11]

Лекарственные взаимодействия и токсины

Острая интоксикация крыс альдрин уменьшает хронаксию, тогда как хроническое воздействие этого инсектицида на основе хлорированных углеводородов имеет обратный эффект. Хроническое воздействие на крыс близкородственного эпоксида, дильдрин, было предложено снизить их мышечную эффективность при выполнении рабочего упражнения. Дильдрин - это инсектицид на основе хлорированных углеводородов, который когда-то широко использовался для защиты и сохранения растений. Среди разнообразных симптомов, возникающих в результате интоксикации, - мышечные подергивания, усиливающиеся до эпилептиформных судорог с потерей сознания. Стрихнин, который имеет спинной локус активности, вызывает тоническое разгибание задних конечностей у мышей, что, как полагают, связано с устранением эффекта ингибирующих интернейронов на нервный путь к мышцам-разгибателям. Лептазол, с другой стороны, производит аналогичное тоническое расширение за счет возбуждающего действия преимущественно на структуры головного мозга. Дифенилгидантоин выборочно повышала пороговую судорожную дозу лептазола, но не дозу стрихнина гидрохлорида, что указывает на противосудорожную активность на нервном пути между преобладающим локусом активности лептазола и задними конечностями.^[12]

Смотрите также

• Взрыв
• Кальциевые каналы
• Эпителиальный натриевый канал
• Ионные каналы
• Патч зажим
• Калиевые каналы
• Покоящиеся ионные каналы
• Единичная запись

Рекомендации

1. Ирнич В. (1980). «Время хронакси и его практическое значение». Электрокардиостимуляция и клиническая электрофизиология. 3 (3): 292–301. Дои:10.1111 / j.1540-8159.1980.tb05236.x. PMID  6160523.
2. Ирнич В. (2010). «Терминам« Хронакси »и« Реобаза »исполнилось 100 лет». Электрокардиостимуляция и клиническая электрофизиология. 33 (4): 491–496. Дои:10.1111 / j.1540-8159.2009.02666.x. PMID  20132498.
3. Дейкстра Б., Диркен М.Н. (1939). «Влияние принудительного дыхания на мотор-хронакси». J. Physiol. 96 (2): 109–17. Дои:10.1113 / jphysiol.1939.sp003761. ЧВК  1393855. PMID  16995119.
4. Лапик Л. (1931). «Имеет ли мышечное вещество хронаксиальное вещество дольше, чем нервное вещество?». Журнал физиологии. 73 (2): 189–214. Дои:10.1113 / jphysiol.1931.sp002806. ЧВК  1394320. PMID  16994237.
5. Андерсон; и другие. (2003). "Нейронные субстраты покалывания, вызванного микростимуляцией: исследование хронаксии в соматосенсорном таламусе человека" (PDF). Европейский журнал нейробиологии. 18 (3): 728–732. Дои:10.1046 / j.1460-9568.2003.02793.x. PMID  12911770.
6. Геддес Л. А. (2004). «Ограничения точности значений хронакси» (PDF). IEEE Transactions по биомедицинской инженерии. 51 (1): 176–181. Дои:10.1109 / tbme.2003.820340. PMID  14723507.^{[постоянная мертвая ссылка ]}
7. Хроник, Б. А., Рекоски, Б. Дж., Шолл, Т. Дж. (2009) Несоответствие между временами периферической нервной тактики человека, измеренными с использованием стимулов магнитного и электрического поля: значение для безопасности градиентной катушки МРТ. Phys. Med. Биол. 54: 5965–5979. Извлекаются из http://www.imaging.robarts.ca/scholl/sites/imaging.robarts.ca.scholl/files/2.pdf В архиве 2014-02-07 в Wayback Machine
8. Freria; и другие. (2007). «Электростимуляция на основе хронаксии снижает экспрессию генов атрогина-1 и myod в денервированных мышцах крысы». Мышечный нерв. 35 (1): 87–97. Дои:10.1002 / mus.20668. PMID  17034040.
9. Адами и др. (2007) Постоянная денервация передней большеберцовой мышцы крысы после двусторонней сцинатэктомии: определение хронаксии с помощью стимуляции поверхностным электродом во время прогрессирования атрофии до одного года. Базовое приложение Myol 17 (6): 237-243. Извлекаются из http://www.bio.unipd.it/bam/PDF/17-6/Adami.pdf
10. Керн Х., Карраро Ю., Адами Н., Бирал Д., Хофер С., Форстнер С., Мёдлин М., Фогелауэр М., Пруд А, Бонкомпаньи С., Паолини С., Майр В., Протаси Ф, Зампиери С. (октябрь 2010 г.). «Домашняя функциональная электрическая стимуляция спасает постоянно денервированные мышцы у пациентов с параличом нижних конечностей с полным поражением нижних мотонейронов». Neurorehabil нейронное восстановление. 24 (8): 709–21. Дои:10.1177/1545968310366129. PMID  20460493. S2CID  5963094.
11. Бьюкенен Д. Н .; Гарвен Х. С. Д. (1926). «Хронаксия при тетании. Влияние на хронаксию тиреопаратиреоидэктомии, введения гуанидина и диметилгуанидина». J Physiol. 62 (1): 115–128. Дои:10.1113 / jphysiol.1926.sp002343. ЧВК  1514884. PMID  16993824.
12. Natoff I. L., Reiff, B. (1967) Влияние дидрина (heod) на пороги хронаксии и судорог у крыс и мышей. Br. J. Pharmac. Chemother. 31: 197-204. Извлекаются из http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1476-5381.1967.tb01990.x/pdf