Волевое усилие это: 6.9. Характеристики и виды волевого усилия. Психология воли

ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ — это… Что такое ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ?

ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ

— мобилизация внутренних ресурсов человека для преодоления препятствий, создающая дополнительные мотивы к действию, которые отсутствуют или недостаточны, и переживающаяся как состояние значительного напряжения

Психомоторика: cловарь-справочник.— М.: ВЛАДОС. В.П. Дудьев. 2008.

• ВОЗРАСТНАЯ ПЕРИОДИЗАЦИЯ
• ВОЛЯ

Смотреть что такое «ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ» в других словарях:

• волевое усилие — ▲ усилие волевое усилие активное нервное напряжение; сознательное управление усилием. собраться с духом. набраться (# храбрости). придавать силы кому что делать. ↓ СИЛА ДУХА, проявлять выдержку …   Идеографический словарь русского языка

• волевое усилие — специфический волевой процесс мобилизации личности на достижение труднодостижимой цели.

  * * * сознательно совершаемое усилие, являющееся толчком (импульсом) к выбору цели, к концентрации внимания на объекте, исполнению принятого решения, к началу …   Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

• ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ — форма эмоционального стресса, мобилизующего внутренние ресурсы человека и создающего дополнительные мотивы к действию по достижению цели; пронизывает все звенья волевого акта, начиная от осознания цели и заканчивая исполнением решения …   Профессиональное образование. Словарь

• УСИЛИЕ — УСИЛИЕ, усилия, ср. Напряжение силы (физической, душевной, умственной) для достижения чего нибудь. Мышечное усилие. Волевое усилие. Приложить все усилия для чего нибудь. Сделать усилие над собой. Соединенными усилиями добиться чего нибудь.… …   Толковый словарь Ушакова

• усилие — Акробатическое, безрезультатное, безуспешное, бесплодное, бесполезное, бессознательное, большое, великое, героическое, геройское, гигантское, громадное, длительное, долгое, дружеские (мн. ), дружные (мн.), колоссальное, крайнее, маленькое, малое,… …   Словарь эпитетов

• Драма — Д. как поэтический род Происхождение Д. Восточная Д. Античная Д. Средневековая Д. Д. Ренессанса От Возрождения к классицизму Елизаветинская Д. Испанская Д. Классическая Д. Буржуазная Д. Ро …   Литературная энциклопедия

• МЕН ДЕ БИРАН — (Main de Biran) Мари Франсуа Пьер Гонтье де Биран (Gontier de Biran) (1766 1824) фр. философ и политический деятель. В творчестве М.д.Б. четко прослеживаются три этапа. Первый включает разработку сенсуалистической гносеологии: главным… …   Философская энциклопедия

• Драма —     ДРАМА. Драма есть поэтическое произведение, изображающее процесс действия, так было признано теоретиками, начиная с Аристотеля. Основным элементом драматического произведения является изображаемое действие. В последнее время некоторые… …   Словарь литературных терминов

• Колупаев, Виктор Дмитриевич — Виктор Дмитриевич Колупаев Дата рождения: 19 сентября 1936(1936 09 19) Место рождения: пос. Незаметный, ЯАССР …   Википедия

• Виктор Колупаев — Виктор Дмитриевич Колупаев Дата рождения: 19 сентября 1936(19360919) Место рождения: пос. Незаметный, ЯАССР Дата смерти: 4 июня 2001 Место смерти …   Википедия

Книги

• Исцеляющие настрои. Мысли, творящие здоровую нервную систему. Мысли, творящие сильную волю (количество томов: 3), Сытин Г.. «Исцеляющие настрои» .»Исцеляющие настрои»— уникальный сборник наиболее востребованных и эффективных творящих мыслей, созданных Георгием Николаевичем Сытиным — признанным ученым,… Подробнее  Купить за 662 руб
• Мысли, творящие сильную волю, Георгий Сытин. 256 стр. Волевое усилие — самый совершенный инструмент, благодаря которому известный ученый, академик Международной академии наук Георгий Николаевич Сытин сумел преодолеть множественные… Подробнее  Купить за 395 грн (только Украина)
• Мысли, творящие сильную волю, Сытин Георгий. Волевое усилие — самый совершенный инструмент, благодаря которому известный ученый, академик Международной академии наук Георгий Николаевич Сытин сумел преодолеть множественные ранения в… Подробнее  Купить за 305 руб

Другие книги по запросу «ВОЛЕВОЕ УСИЛИЕ» >>

Волевое усилие: понятие, разновидности и характеристики

Как часто вы заставляете себя делать то, что не хочется? А может быть, вы чего-то отчаянно хотите, но не можете найти в себе сил приложить достаточно стараний, чтобы добиться желаемого результата? Волевое усилие – это то, что помогает человеку совершать невероятные вещи. О том, как нужно правильно себя мотивировать и как выработать силу воли, читайте ниже.

Определение

Что такое волевое усилие? Это усилие, направленное на достижение какой-либо поставленной цели. Не всегда человек может сразу и без проблем выполнить поставленную задачу. Иногда с первого раза у него ничего не получается. Приходится делать вторую попытку, а иногда и третью. Чтобы не сбиться с выбранного пути, нужно иметь силу воли, которая поможет человеку добиваться того, чего он хочет. Волевое усилие неотрывно связано с мотивацией. Люди будут делать что-то только тогда, когда узнают, что их ждет за потраченное время и силы. Награда не всегда бывает материальной, порой хватает эстетического или морального наслаждения.

Как часто человеку приходится прилагать волевые усилия? Каждый раз, когда он сталкивается с проблемой, с которой не встречался раньше. Сложные и непонятные ситуации – это стресс, на борьбу с которым уходит много сил и порой времени.

Факторы, влияющие на волю

Каждый человек рождается с разными склонностями и способностями. Но вот характер формируется под влиянием окружающего мира и воспитателей. От чего зависит развитие волевых усилий человека?

• Привычки. Та персона, которая привыкла подчиняться родителям, учителям и старшим товарищам, не сможет принимать решения самостоятельно. У нее нет привычки, которая поможет в сложной жизненной ситуации сделать волевое усилие и добиться поставленной цели.
• Окружающая среда. Люди растут в различном окружении. Кто-то привыкает с детства бороться за свое существование, а кому-то это просто не нужно. Чтобы выжить в мегаполисе, ребенок должен быть сильным, смелым и настойчивым. А вот в сельской местности в детях поощряется доброта, открытость и подчинение родителям.
• Позитивное восприятие мира. Делать волевые усилия имеет смысл только тогда, когда человек рассчитывает на положительный исход событий. Если же у персоны нет уверенности в том, что все разрешится наилучшим образом, у нее не будет никакого желания действовать.
• Скорость принятия решений. Человек, который может быстро реагировать на изменяющийся мир, добьется большего успеха, чем та персона, которая будет долго думать над сложившейся ситуацией.

Факторы появления воли

Люди – разумные существа. Они будут прилагать усилия только тогда, когда это действительно будет требоваться. Что же способствует активным действиям, которые задействуют волю?

• Цели. Волевые усилия необходимо прикладывать для того, чтобы добиваться поставленной цели. Человек ставит перед собой задачи, порой невыполнимые и идет к ним несмотря ни на что. Благодаря такому подходу и неиссякаемому энтузиазму персона может добиться поставленной цели, причем за короткий срок.
• Препятствия. Человек будет действовать не только тогда, когда ему этого захочется. Вторая причина, которая может его побудить к труду, – это проблемы и жизненные неурядицы. Для того чтобы удачно разрешить ту или иную ситуацию, порой приходится тратить много сил. А довести дело до конца человеку помогает сила воли.

Свойства личности

Формирование человека идет с первых месяцев жизни. Но волевые свойства личности закладываются генетически родителями. По этой причине характер каждого отдельно взятого индивида становится таким разным. Какие же бывают свойства личности?

• Сила воли. Уже в детстве становится понятно, насколько человек будет собранным и стойким. Волевые свойства личности проявляются в терпеливости и выполнении данных обещаний. К счастью, себя всегда можно перевоспитать. Сделать это сложно, но при сильном желании на выработку силы воли уйдет всего год.
• Настойчивость. Человек может быть упертым, а может быть рассудительным и напористым. Первое свойство не принесет персоне никаких дивидендов. А вот второе поможет человеку добиваться поставленных целей.
• Выдержка. Человек, который поставил какую-то цель, должен обязательно ее выполнить. И в этом деле ему поможет выдержка. Та личность, которая умеет доводить все начатое до конца, обладает уникальными личными качествами, которые помогают построить отличную карьеру.

Характер

Родители формируют из ребенка то, что хотят и могут, лет до 8. Дальше у личности появляется свое сознание, и чадо начинает самостоятельно обдумывать свои действия и решения. Характер – это совокупность различных ценностей, личных качеств и склонностей человека. А что такое волевой характер, и из чего он складывается?

• Решительность. Человек должен уметь самостоятельно делать выбор и нести за него ответственность. Сегодня с этим пунктом у многих людей есть большие проблемы. Принять решение люди могут, а вот отвечать за него хочется далеко не каждому.
• Уверенность в себе. Волевой характер может сформироваться только у той персоны, которая обладает хорошей самооценкой. Человек должен точно знать свои сильные и слабые стороны.
• Формирование воли. Ставя цели и достигая их, человек формирует характер. Благодаря успеху у человека поднимается настроение, самооценка и кажется, что в жизни все легко и просто. Только преодолевая препятствия, личность может формировать то, что называется волей.

Жизненная позиция, влияющая на волю

Люди ведут разный образ жизни. Кто-то предпочитает отдыхать перед телевизором, но зато в рабочие часы заниматься активным физическим трудом. А кто-то работает головой, а в свободное время занимается экстремальными видами спорта. Но это идеальный баланс, который встречается нечасто. Какие же существуют жизненные позиции, влияющие на волевые усилия человека?

• Активная. Человек может принимать решения и отвечать за свой выбор. Личность ставит цели и добивается поставленных задач. Чередование активной физической нагрузки с мозговой активностью помогает находить гармонию. Активная жизненная позиция заставляет человека участвовать в различных мероприятиях, демонстрациях и социальных проектах.
• Пассивная. Эмоционально-волевая сфера развита у некоторых персон очень слабо. Человек может и будет ставить себе задачи, но не сможет их выполнить, так как не найдет в себе внутренней мотивации, чтобы начать действовать. Желание что-то получить будет менее выраженное, чем лень.

Процесс развития воли

Эмоционально-волевая сфера развития помогает сосредоточиться на главном. Человек отбрасывает в сторону все второстепенное. Как же поэтапно проходит процесс развития волевого усилия?

• Формирование задачи. Прежде чем какая-то цель осуществится, ее нужно придумать. Цели бывают глобальными, а бывают совсем небольшими, проходными. Некоторые свои задумки человек может считать осуществимыми, а другие он будет воспринимать как что-то фантазийное.
• Обдумывание пути. Когда цель сформирована, человек продумывает то, как он будет осуществлять свой проект. Это может быть пошаговая проработка плана или же набросок того, с какой стороны лучше подойти к поставленной задаче.
• Реализация идеи. Когда решение выполнить проект принято, человеку ничего не остается, кроме как начать действовать.

Развитие волевых качеств

Хотите добиваться поставленных задач и не сворачивать с выбранного пути? Как должно проходить развитие волевых качеств личности? Вам нужно выбрать какую-то небольшую цель с видимым результатом. Например, похудеть на 3 кг за неделю. Продумайте путь к поставленной цели. Вы можете начать бегать по утрам или же ежедневно заниматься физкультурой. Возможно, стоит пересмотреть свое питание или же сесть на какую-нибудь диету. Ежедневно отмечайте в тетрадке свой прогресс. Когда через неделю вы достигнете поставленной цели, мотивация от этого первого шага даст вам возможность выполнить более сложный проект. На этот раз придумайте цель, на реализацию которой потребуется месяц. После этого можете придумать проект, который можно будет выполнить за полгода. Постепенно ставьте себя более крупные цели. Достигая их, вы будете тренировать силу воли.

Тест

Хотите проверить свою силу воли? Тогда пройдите этот тест на выносливость. Он был составлен для солдат армии США. С виду все может показаться очень легко. Отжимания, приседания, все как в школе. Но сделать 4 подхода за 4 минуты удается не каждому. А за сколько удастся сделать упражнения вам? Тест на выносливость:

• 10 отжиманий.

• 10 прыжков из упора лежа. После выполнения перевернитесь на спину.

• 10 подъемов туловища из положения лежа на спине.

• 10 приседаний.

Вы успешно прошли тест? Какой результат? Уложиться за 4 минуты получается не у всех, и это даже с тем учетом, что 4 минуты – это не лучшее время. Желательно делать 4 подхода за 3 минуты 30 секунд. Занимайтесь каждый день, сокращайте время и развивайте силу воли.

Волевая регуляция и волевое усилие

Что такое «волевой человек»

В представлении большинства людей волевым является человек, умеющий (или обладающий способностью) преодолевать возникающие на пути достижения цели трудности, или же смелый, отважный, решительный, т. е. не теряющий само­обладания в опасной ситуации. При этом предполагается, что если человек воле­вой, то он волевой во всем.

К сожалению, подобные взгляды высказываются и сейчас. Например, когда читаешь статью Ю. Б. Гиппенрейтер (2005), так и кажется, что советское время еще не кончилось (см. врезку). И социально зрелая личность приравнивается к «волевой» личности, хотя не каждая «волевая» личность является социально зрелой.

Если кратко сформулировать интуитивное понимание воли в широком смысле , то можно сказать , что волевой личностью мы называем человека , который успешно реализует свои вы­ сокие , социально значимые мотивы .

Как видно , здесь приводятся всего два критерия . Во — первых , успешность деятельности , которая определяется зарядом энергии и устремленностью к целям . Во — вторых , высота со­циально значимых мотивов . Эта содержательная характеристика мотивов как необходимый критерий волевой личности , по мысли А . Н . Леонтьева , позволяет отличать волевых людей от фанатиков , наркоманов или преступников , способных проявлять упрямство , упорство и даже творческую изобретательность для получения предмета своего вожделения .

Возникает тогда резонный вопрос: как сформировать «волевую личность»? И тут, давая ответ на этот вопрос, Ю. Б. Гиппенрейтер неожиданно вступает в кон­фронтацию с существовавшей в советское время установкой: «Ты комсомолец, ты обязан». Она отстаивает позицию, что для формирования волевой личности про­тивопоказано принуждение и самопринуждение. Так, она пишет: «Жизнь показывает, что принуждение себя или другого, а также манипуляции с собственной мотивацией (уговоры, доводы, намеренное придание смысла) могут вполне сра­батывать в отдельных конкретных случаях: действия будут (лучше сказать, могут) выполняться. Однако влияние этих мер на мотивационную сферу личности в це­лом остается под большим вопросом. Предостерегающе выглядят многочислен­ные факты«воспитанного отвращения». Сошлемся лишь на хорошо известные примеры старательных девочек, которые, сдав выпускной экзамен в музыкальной школе на отлично, закрывают крышку фортепьяно с тем, чтобы больше никогда к нему не подойти. А ведь до этого они в течение 8 лет «волевым образом» упраж­нялись по нескольку часов в день! Локальный выигрыш нередко оборачивается личностно-мотивационным проигрышем. Наверное, поэтому проблема безволия продолжает беспокоить человечество» [с. 18]. И далее: «…Особый урон развитию личности наносят авторитарные методы воспитания и обучения. Под сильным давлением, принуждением или угрозами человек начинает отправлять и осваивать требуемое поведение без переживания его связи с собственными интересами, же­ланиями и целями. Такие формы поведения остаются психологически чужерод­ными образованиями, становятся инкорпоративными, но не ассимилированны­ми и не интегрированными личностью. Более того, превалирование установки “я должен” (как инкорпорация внешнего “ты должен”) означает возникновение внутренней инстанции жесткого контроля и самопринуждения … Главная энергия в таких случаях уходит на борьбу с собственными желаниями или нежеланиями, на самопреодоление. Примечательно, что целый ряд авторов (среди них К. Левин, Р. Мэй и др.) отождествляли отправления этой инстанции самопринуждения с силой воли… тем самым подвергая сомнению традиционное мнение о ценности такой “силы”, которая выражается в действиях “через сжатые зубы”. Чрезмер­ное развитие той же инстанции приводит к формированию комплекса черт, кото­рый описывается в литературе как “ ригидный характер ” [ Ryan et al ., 1995]» [с. 22]. Если следовать представлениям Ю. Б. Гиппенрейтер, что прежде всего нужно ори­ентироваться на то, что мне интересно, какие у меня имеются потребности, то становится непонятным, за счет чего спортсмены достигают мировых рекордов, музыканты – высочайшего исполнительского мастерства, и т. п. Неужели они не проявляют ежедневно самопринуждение (или волевое усилие) , совершаемое, что­бы удовлетворить имеющуюся у них потребность и интерес к тому делу, которым они занимаются? Конечно, нельзя любое дело осуществлять только на самопри­нуждении, но и без него успеха в большинстве случаев не добиться. Поэтому не­случайно в народе волевыми признаются люди, способные к самопринуждению. Однако есть ли «вообще» волевые или безвольные люди? Чтобы узнать ответ на это, читателю следует обратиться к последующим параграфам данной главы.

6.2. Волевая регуляция и сила воли

Как уже говорилось, волевая регуляция является частным видом произвольного управления и характеризуется использованием значительных волевых усилий, направленных на преодоление препятствий и трудностей, т. е. служит механизмом самомобилизации.

Часто суждение о наличии или отсутствии волевой регуляции (волевого пове­дения) выносят на основании достигаемых человеком результатов. Однако мож­но изо всех сил стараться преодолеть трудность, но не справиться с ней. В этом случае неправомерно делать заключение об отсутствии волевого поведения (волевой регуляции), как это допускала М. С. Неймарк. Она, например, писала: «Конечно, не всегда человеку удается овладеть своими мотивационными тенденциями и урегулировать их в должном направлении. Тогда волевое поведение не осущест­вляется» [1973, с. 254]. Но ведь человек старался преодолеть затруднение, прила­гал дополнительные волевые усилия, почему же его поведение было не волевым?

Недостаточно хотеть, надо еще и делать.

В. И. Гёте

В обыденном употреблении понятие «волевая регуляция» (воля) отождест­вляется с представлением о силе воли как способности человека заставить себя что-то сделать.

В связи с этим принято делить людей на волевых и безвольных. Такой обоб­щенный подход к оценке силы воли человека вряд ли оправдан, так как он слиш­ком упрощает реальную картину. К сожалению, приходится встречаться с мето­диками определения силы воли как целостного, интегрального психического феномена (так, например, Р. С. Немов [1995, с. 450] приводил «тест на силу воли», который по содержанию задаваемых вопросов не имел отношения к силе воли).

У нас не хватает силы характера, чтобы покорно следовать всем велениям рассудка.

Ларошфуко

Конкретное содержание волевой регуляции (силы воли) понимается психоло­гами по-разному.

Сила воли как сила мотива. Волевая активность человека определяется силой мотива (потребности), так как последняя влияет на степень проявления волевого усилия: если я очень хочу достичь цели, то я буду проявлять и более интенсивное, более длительное волевое усилие. Поэтому нередко силу воли подменяют силой мотива: раз хочу, значит делаю. Так, согласно Ю. Ю. Палайма [1973], сила воли — это по существу сила мотива; и человек сильной воли — это прежде всего чело­век сильной мотивации поведения. Однако эта формула не подходит для случа­ев, когда человек очень хочет, но не делает, или когда очень не хочет, но все же делает. Также и при запрете, когда проявляется тормозная функция воли: чем больше желание, тем большую силу воли нужно проявить, чтобы сдержать свое побуждение, направленное на удовлетворение потребности. Поэтому именно име­ющийся у человека механизм волевой регуляции, сила воли, определяет бульшие или меньшие возможности реализации хотения.

Сила воли как борьба мотивов. Часто силу воли сводят лишь к «борьбе моти­вов», которая является одним из внутренних препятствий для деятельности (к чис­лу таковых К. Н. Корнилов относил также усталость, страх, ложный стыд, ложное самолюбие, желание развлечься, нежелание предпринимать волевое усилие, напрягаться, силу привычки). По этому поводу В. А. Крутецкий писал, что «истинно волевой человек — тот, кто даже не колеблется между чувством долга и противоречащими долгу побуждениями» [1976, с. 34]. Между тем имеется мно­го ситуаций, когда выбора того или иного альтернативного решения не требуется, а волевая регуляция необходима, так как на пути к достижению цели встречают­ся различные препятствия, трудности. В таких ситуациях потребность (желание) сохраняется, но сопутствующей ей энергии для преодоления возникших затруд­нений и достижения цели не хватает — и требуется включение волевого механизма для усиления энергетики действия. Именно необходимость усиления энергетики рассматривается рядом психологов как доказательство несводимости воли к мо­тивам. Однако так думают не все. Предлагаются и другие объяснения механизмов усиления волевых побуждений.

Изменение смысла действия. В. А. Иванников [1991] считает, что усилителем побуждений, как правило, является изменение смысла действия. В качестве при­мера он приводит описание известной революционеркой Верой Фигнер своего пребывания в тюрьме, где революционеров заставляли выполнять бессмысленную работу. Она писала, что, придав этой работе смысл борьбы с царизмом, заключен­ные избавились от тяготившего их чувства уныния. Однако этот пример не дока­зывает, что у них усилилось побуждение выполнять эту работу более интенсивно, качественно. Просто эта работа стала для них субъективно менее неприятной.

Несмотря на то, что пример, приведенный В. А. Иванниковым, нельзя назвать удачным, следует все же согласиться, что, действительно, придавая той или иной деятельности определенный смысл ( привязывая деятельность к имеющейся у че­ловека потребности ), изменяя смысл действия, т. е. значимость той или иной по­требности и цели, можно изменить и силу мотива (как, например, это сделал в одном фильме заведующий детским садом, побудивший детей с энтузиазмом есть за завтраком кашу, от которой они вначале отказались, — он предложил им представить себя космонавтами, готовящимися к полету).

Однако известно, что сила мотива меняется не только при изменении смысла деятельности, но и под влиянием эмоций. Очевидно, что изменение смысла дей­ствия может изменить и картину эмоциональных переживаний (В. К. Калин [1989а]).

Включение в регуляцию эмоций. Некоторые психологи полагают, что мо­билизация (дополнительная энергетизация) осуществляется за счет эмоции, возникающей при наличии препятствия как реакция на рассогласование «надо — не могу», «не хочу, но надо». В ряде случаев действительно так и есть. Однако при этом не следует волевое усилие подменять подобной эмоциональной ре­акцией. Кроме того, волевые усилия применяются и на фоне отрицательных эмоций, которые скорее способствуют не мобилизации, а демобилизации воз­можностей человека. Поэтому главным механизмом мобилизации энергии не без оснований считается волевое усилие. Однако поскольку механизм его про­явления во многом остается загадочным, то конкретные пути мобилизации до­полнительной энергии также остаются неизвестными, если не считать меха­низма самостимуляции Б. Н. Смирнов, А. И. Высоцкий, который, впрочем, тоже не объясняет, каким путем человек черпает энергию из своих резервов.

Сказанное выше подводит к пониманию того, что уровень волевой активности может быть интегральной характеристикой волевой регуляции и зависеть от силы потребности, от интенсивности переживаемой человеком эмоции (которая способна либо ослаблять, либо усиливать энергетику волевого действия), а также от собственно волевого усилия человека. В этом и состоит трудность измерения во­левых качеств, так как под контролем исследователя должны находиться все три названные составляющие волевой активности.

Сила воли как самостоятельное волевое качество. Некоторыми психологами (К. Н. Корнилов, К. К. Платонов) сила воли рассматривается как самостоятель­ное волевое качество. Например, К. Н. Корнилов [1957] писал, что сила воли — это волевое качество, которое заключается в умении преодолевать значительные затруднения, встречающиеся на пути к достижению цели.

С пониманием силы воли как единого и неделимого волевого качества трудно согласиться. Хотя моральный компонент воли (например, чувство долга) неспе­цифичен по отношению к разным волевым качествам, силы воли «вообще», про­являемой одинаково во всех ситуациях, нет. Один и тот же человек, как показы­вают практика и эксперименты, при встрече с различными трудностями ведет себя по-разному: в одних ситуациях он проявляет большую силу воли, в других — не­значительную. Одни более успешно проявляют волевое усилие при преодолении утомления (т. е. обнаруживают большую терпеливость), но не могут столь же успешно преодолевать возникающий страх. Другие хорошо справляются со стра­хом, но оказываются несостоятельными при сопротивлении чувству скуки и бро­сают монотонную работу.

Поэтому справедливо положение А. Ц. Пуни о том, что проявления воли все­гда конкретны и обусловлены теми трудностями (со всеми присущими им особен­ностями), которые человек преодолевает.

Поскольку сила воли у разных людей проявляется дифференцированно, нельзя судить о ней слишком поспешно, на основании эффективности поведения чело­века только в какой-либо одной ситуации.

С другой стороны, попытки определить силу воли как некий абстрактный показатель (В. Дойль [1973]; Р. С. Немов [1995]) так же некорректны, равно как и выделение людей с высоким, средним и низким уровнем волевого развития (В. И. Селиванов [1982]). Сила воли как общеличностный конструкт — это либо продукт корреляционного анализа самооценок различных волевых проявлений, между которыми в большинстве случаев обнаруживаются связи (об адекватно­сти самооценки волевых качеств речь пойдет в параграфе 7.5), либо принятое за силу воли какое-либо одно волевое проявление, чаще всего целеустремленность и настойчивость. Более правильно говорить о различных проявлениях силы воли (волевой регуляции), называемых волевыми качествами.

6.3. О моральной оценке проявления силы воли

Известно, что в этике волевые качества считаются моральными качествами . И в этом есть своя логика. Еще И. М. Сеченов писал, что воля — это деятельная сторона разума и морального чувства . Следовательно, проявление волевых качеств зави­сит от нравственных черт характера.

В связи с этим говорят о моральном компоненте воли, который образуется вместе с формированием нравственной личности и который обусловливает совершение человеком нравственных поступков, требующих проявления «силы воли», волевых качеств. Не случайно опрос, проведенный В. Е. Гуриным [1970б] среди старшеклассников, показал, что основными побудителями волевой активности они считали наличие высокого волевого образца (36%) и любовь к Родине (28%).

Надо отметить, что не только моральные (нравственные) качества способ­ствуют проявлению силы воли, но и проявление силы воли обеспечивает нрав­ственное поведение. А. В. Иващенко говорил о зависимости нравственного вос­питания от уровня развития воли. Он считал, что «осознание и переживание необходимости работы над собой не является достаточным условием действен­ности этого процесса. Необходимым условием процесса нравственного самовос­питания является определенный уровень развития воли человека» [1970, с. 118]. Однако сама по себе сила воли не делает поведение человека нравственным. Поэтому заявления некоторых психологов звучат порой излишне оптимистич­но. Например, А. И. Щербаков писал: «Воля обеспечивает претворение мыслей и чувств личности в разумное и высоконравственное поведение» [1963, с. 5].

Если воля моральна (или аморальна), то и ее характеристики (т. е. характери­стики волевого поведения, называемые волевыми качествами) также приобрета­ют окраску моральности или аморальности.

По этому поводу В. И. Селиванов писал:

«Традиционно в психологии упор делался на анализ динамической стороны волевых свойств. В соответствии с этим (часто безоговорочно) целеустремлен­ность, инициативность, настойчивость, выдержка, смелость оценивались как положительные качества, поскольку они способствуют преодолению трудностей на пути к цели и обеспечивают достижение успеха.

Не избежали оценочного подхода к воле и зарубежные психологи. Например, Р. Ассаджиоли выделяет:

•  “сильную” волю; сила воли может быть достигнута при постоянной трени­ровке с помощью конкретных техник;

•  “умелую” волю — способность добиваться результата с минимальными затратами;

•  “хорошую” волю; волевое действие должно непременно осуществляться по нравственной мотивации: цель должна быть “хорошей”, т. е. отвечать тре­бованиям общепринятой морали.

Чтобы подойти к адекватной оценке волевых свойств личности, необходимо одновременно ответить на два взаимосвязанных вопроса: какое социальное содер­жание волевые свойства представляют и в какой динамической форме они это содержание отражают.

Содержание волевой активности личности, как известно, определяется обще­ственными отношениями и наиболее прямо выражается в ее направленности — си­стеме доминирующих мотивов, иными словами, в социальной позиции личности. Критерий нравственной направленности вносит радикальную поправку в оценку волевых свойств личности: развитые целеустремленность, настойчивость, выдерж­ка, смелость и т. д. будут в одних случаях представляться нам как высшие положи­тельные ценности личности, а в других — как наиболее отрицательные свойства (если они обслуживают самые низкие побуждения и потребности)» [1982, с. 19].

Это высказывание В. И. Селиванова, как я полагаю, содержит скрытый намек на некорректность имевшей место в советской психологии тенденции оценивать проявления силы воли только как положительные и только с позиции обществен­ной их направленности. Исходя из этого, все передовики, добивавшиеся успехов в труде, спорте, учебе, считались волевыми, а те, кто не смог этого добиться, — часто объявлялись безвольными. И эта некорректность ведет свое происхождение от И. М. Сеченова, от его высказывания о том, что воля — это деятельная сторона морального чувства.

Хотя мы храним верность своему долгу нередко лишь из лени и трусости, все лав­ры за это достаются на долю наших добродетелей.

Ларошфуко

Однако о какой моральности или аморальности может идти речь при бытовых проявлениях смелости, решительности, терпеливости, даже при проявлении, на­пример, малышом упрямства? Руководствуется ли человек моральными принци­пами, если он боится взять в руки лягушку или борется со сном, когда хочет до­смотреть телепередачу? Все эти и им подобные примеры свидетельствуют о том, что существуют волевые проявления, не осложненные моралью, нравственными принципами. Об этом, кстати, писал и сам В. И. Селиванов: «Неправомерно все волевые проявления связывать лишь с теми высшими формами произвольного поведения и деятельности человека, в которых выражается нравственное отноше­ние личности к социальной действительности. .. В этом случае вся проблема воли смещается в область этики и остается нераскрытым психологический аспект во­левой активности» [там же, с. 17].

Но это еще не самое плохое. Хуже, когда, оценивая уровень проявления того или иного качества, эту оценку (положительную или отрицательную) переносят на личность в целом. Отсюда получается, что если ты преодолел трудность — честь тебе и слава, не преодолел — следует заклеймить тебя как безответственного, без­вольного человека. В одном из учебников по психологии говорится: «Лень, а так­же другие проявления слабости — трусость, нерешительность, несдержанность и т. д. — являются серьезными дефектами развития личности, их преодоление тре­бует серьезной воспитательной работы, и прежде всего организации самовоспита­ния» [Общая психология, 1986, с. 397]. При этом автор не задумывается, почему трусость и нерешительность — это дефект развития , а не, скажем, врожденный дефект? И откуда у автора такая уверенность, что подобные качества устранимы путем воспитания и самовоспитания?

В связи с обсуждаемым вопросом следует отметить нелогичность использова­ния ряда словесных штампов. Например, К. К. Платонов и Г. Г. Голубев говорили о « морально воспитанной воле» [1973, с. 70]. Морально воспитанным может быть человек, личность, а не воля. Нельзя морально воспитать ни мотив, ни волевое усилие, которые являются сторонами волевой регуляции (но мотиву можно при­дать моральную, нравственную окраску).

По моему мнению, этическая, равно как и социальная, оценка уровня проявле­ния, развития силы воли (волевых качеств) неправомерна. Это все равно, что да­вать социальную оценку способности урана к расщеплению. Оценивать с точки зрения морали надо не эту способность, а то, как она используется людьми. Также и в отношении отдельного человека: следует морально оценивать его поведение, со­циальную направленность последнего, а не способность человека проявлять сме­лость, терпеливость, упорство. Иначе говоря, нравственной оценке в волевом пове­дении подлежит его мотив , а вовсе не проявление волевого усилия (силы воли).

6.4. Волевые состояния

В каждом конкретном случае волевая регуляция проявляется через волевые со­стояния. Однако, как заметила Е. Ю. Сосновикова [1975], волевое состояние не тождественно воле и волевым качествам, так как волевое состояние может быть пережито и безвольным человеком.

Впервые волевые состояния стал обсуждать Н. Д. Левитов. Правда, он весьма осторожно назвал главу в своей книге, посвященную этим состояниям: «Психи­ческие состояния в волевой деятельности человека». Он говорил здесь о состоя­ниях волевой активности и пассивности, о решительности — нерешительности, об уверенности—неуверенности, о «борьбе мотивов» как сложном и типичном воле­вом состоянии, о сдержанности—несдержанности и даже о раскаянии. Однако большинство из обозначенных им феноменов, с моей точки зрения, состояниями, и тем более волевыми, не являются (хотя все зависит от того, что считать состоя­нием). Е. Ю. Сосновикова, например, справедливо полагала, что «борьбу мотивов» нельзя относить к состояниям. С ее точки зрения, волевым состоянием является длительное подавление одного мотива другим.

Точно так же, по моему мнению, нельзя считать волевыми состояниями уве­ренность или неуверенность, которые характеризуют процесс оценки ситуации, прогноз успеха или неудачи, т. е. связаны с информационной стороной психиче­ской активности человека, с его интеллектуальной деятельностью. Неуверенность — это сомнение; уверенность — отсутствие сомнений в необходимости осуществле­ния какой-либо деятельности или в том, произойдет ли то или иное событие. Это вероятностная характеристика, связанная с оценочной деятельностью человека, которая способна, при значимости желаемого результата деятельности, вызвать у человека определенные состояния (тревоги, решимости—нерешимости, радост­ного предвкушения и т. п.), но сама состоянием не является. Один человек может быть не уверен в успехе другого, но если первый равнодушен ко второму, не свя­зан с ним какими-то близкими отношениями, то при обсуждении шансов другого у него вообще не возникнет какого-либо эмоционального состояния. Такие свой­ства, как уверенность—неуверенность, являются лишь причинами , вызывающими какое-либо состояние, и то не во всех случаях.

Неуверенность может быть и свойством личности, если у человека имеется неадекватная заниженная оценка своих способностей или для него характерна повышенная внушаемость, навязчивость мыслей, эмоциональная неустойчивость (О. В. Дашкевич [1985]).

Н. Д. Левитов говорил также о волевом состоянии, характеризующемся опреде­ленным соотношением решительности—нерешительности. В психологической ли­тературе под этими терминами чаще всего имеют в виду волевые качества, а не состояния. Для волевого состояния есть другое понятие — «решимость». Н. Д. Леви­тов не разделял эти два термина, считая, что по своему значению они сходны и час­то применяются как синонимы. Поэтому в своей работе он использовал, говоря о волевом состоянии, то один, то другой термин. Я полагаю, что, во избежание пута­ницы, целесообразно разводить эти два понятия, придав каждому из них свой смысл.

О волевых состояниях писали В. И. Селиванов и В. К. Калин. В. И. Селиванов определял эти состояния как «класс психических временных состояний, которые являются оптимальными внутренними условиями личности, способствующими преодолению возникших трудностей» [1974, с. 9]. Вопрос о признаках, позволяю­щих выделить волевые состояния в особую группу, имеет, по мнению В. К. Кали­на, большое теоретическое значение, так как положительное его решение будет являться частичным ответом на другой вопрос: можно ли говорить о специфиче­ской феноменологии воли? К сожалению, приходится констатировать, что в этом направлении успехи достигнуты не очень большие.

Волевые состояния становятся предметом обсуждения, когда говорят: человек осмелел, расхрабрился, отважился, мобилизовался и т. п. Следовательно, можно говорить о состояниях отваги, решимости, «боевого возбуждения» так же, как и о состояниях сосредоточенности, мобилизованности, готовности,бдительности (последнее состояние отражает готовность человека реагировать на ожидаемые стимулы и связано с организацией внимания).

Состояние мобилизационной готовности. Известно, что в зависимости от об­стоятельств человек способен по-разному мобилизовывать имеющиеся у него воз­можности. В связи с этим О. Граф [ Graf , 1943] выдвинул представление о несколь­ких уровнях работоспособности. Он предложил схему взаимодействия между физиологической и психической готовностью к работе (рис. 6.1).

%

100

80

60

40

20

Г . Автоматизированная работа

Рис . 6.1. Уровни различной готовности ( мобилизованности ) к работе

О. Граф выделял четыре уровня работоспособности (мобилизованности). Уровень А соответствует защитным резервам человека, включаемым при экст­ремальных ситуациях, вызывающих возбуждение симпато-адреналовой систе­мы. Название этого уровня, по Графу, подчеркивает малую его зависимость от воли. Уровень Б — это максимальная работоспособность, проявляемая в обыч­ной ситуации посредством волевого напряжения. Уровни В и Г соответствуют работоспособности, достигаемой без особых волевых усилий.

Состояние мобилизационной готовности изучалось в основном спортивны­ми психологами (А. Ц. Пуни [1973; 1977]; Ф. Генов [1971]), но оно, несомненно, проявляется и в других видах деятельности, в том числе и интеллектуальной (у студентов перед экзаменами, у ученого перед докладом, у артиста перед выхо­дом на сцену и т. д.). Это состояние характеризуется как довольно устойчивое, для­щееся от нескольких часов до нескольких дней, отражающее возникновение целевой доминанты, направляющей сознание человека на достижение высокого результата, и готовность бороться с любыми трудностями во время предстоящей деятельности. Это готовность проявить максимум волевых усилий, не допустить развития неблагоприятного эмоционального состояния, направить сознание не на переживание значимости предстоящей деятельности и ожидание успеха или неудачи, а на контроль своих действий. Данное состояние отражает самонастраива­ние на полную мобилизацию своих возможностей, причем именно тех, которые обеспечивают достижение результата в данном виде деятельности.

Психологически мобилизационное состояние характеризуется переводом из дол­говременной памяти в оперативную информации, необходимой для эффектив­ной деятельности, активизацией мыслительных процессов (ускорением оператив­ного мышления), обостренностью восприятия адекватных стимулов, созданием у себя уверенности в успехе. Важно при этом, чтобы уверенность не перерастала в самоуверенность. Например, показано, что спортсмены добивались лучших ре­зультатов, когда уровень их уверенности в успехе составлял в среднем 70% от мак­симального. В связи с этим был выдвинут тезис об оптимальном уровне уверенно­сти как о критерии прогноза успеха.

Наличие определенной доли неуверенности свидетельствует об адекватности отражения человеком трудностей предстоящей деятельности. В то же время при завышенной или заниженной уверенности, как правило, отмечается неадекват­ность уровня притязаний, которые приводят к неполной мобилизации (в одном случае из-за того, что человек не видит необходимости «выкладываться», а в дру­гом случае — потому, что он считает такую мобилизацию невозможной или бес­полезной).

Очевидно, оптимальное соотношение «уверенности—неуверенности» для каж­дого человека индивидуально.

Волевая мобилизация при необходимости включает в регуляцию и эмоцио­нальные механизмы с участием симпато-адреналовой системы, чтобы процесс регулирования приблизился к экстремальному (например, при помощи вызы­вания у себя «спортивной злости», досады на себя или же состояния воодушев­ления и т. п.). Однако того уровня мобилизации резервов организма, который возникает при аффектах и вызывается непроизвольно, при самовозбуждении до­стигнуть не удается.

Поскольку волевая мобилизация — это доминантное состояние, нельзя давать повод для преждевременной разрядки этой доминанты (явление, довольно часто наблюдаемое в спортивной практике). Нужно сохранить стремление человека к выполнению предстоящей деятельности, его энергетический заряд.

Между волевой мобилизацией и ее результатом во многих случаях нет прямой зависимости.Показательным в этом плане является факт, что максимальная ве­личина напряжения мышцы достигается при волевом усилии, которое испытуе­мые не считают максимальным, и дальнейшее усиление волевых импульсов не ведет к росту напряжения мышцы. С этим согласуются и данные Е. П. Ильина, В. В. Скробина и М. И. Семенова [1967]: у школьников максимальная частота дви­жений часто оказывалась большей в том случае, когда они старались работать «быстро, но не очень», а не тогда, когда давалась инструкция «работать максималь­но быстро». Имеют значение и типологические особенности человека. Так, для лиц с сильной нервной системой увеличению мобилизационной готовности спо­собствует знание результата соперника, если он высок; лиц же со слабой нервной системой этот результат может угнетать, поэтому им лучше соревноваться с са­мими собой, со своим собственным лучшим результатом. Сложные задания вы­зывают у «тревожных» субъектов чрезмерное напряжение, что приводит к ухуд­шению эффективности деятельности.

Способствует мобилизации четкая и конкретная постановка наставником (тре­нером, педагогом) задания на предстоящую деятельность с учетом возможностей ученика.

Мобилизационная готовность вызывается человеком сознательно , и ее не сле­дует путать с предстартовым (предрабочим) состоянием, которое может возникать непроизвольно (условно-рефлекторно), вследствие попадания человека в при­вычную рабочую обстановку.

Своеобразной формой мобилизованности при опасности можно считать для человека состояние боевого возбуждения . Впервые это состояние начал обсуждать Б. М. Теплов [1954]. Оно положительно эмоционально окрашено, связано с актив­ной сознательной деятельностью в момент опасности. Человек испытывает повы­шение активности психической деятельности и своеобразное наслаждение от пе­реживания опасности («есть упоение в бою», как сказал поэт).

К состояниям, характеризующим мобилизованность человека, можно отнести и собранность(внимательность, сосредоточенность).

Состояние сосредоточенности. Это волевое состояние связано с преднамерен­ной концентрацией внимания на процессе деятельности. О такой концентрации в процессе творчества А. С. Пушкин писал: «Я забываю мир…».

Концентрированное произвольное внимание обеспечивает эффективность вос­приятия, запоминания, мышления, быстроту реагирования на сигналы, качественный контроль за действиями и т. д. Физиологической основой этого состояния является доминанта А. А. Ухтомского, которая, в силу присущего ей свойства сопряженного торможения, подавляет восприятие раздражителей, не имеющих отношения к дан­ной доминанте, за счет повышения порогов чувствительности к неадекватным (по­ сторонним) раздражителям. По этому поводу А. А. Ухтомский [2002] писал, что орга­ низму выгодно ограничить свою индифферентную, безразличную впечатлительность к разнообразнейшим раздражителям среды, чтобы обеспечить избирательную возбу­димость от определенного разряда внешних факторов. В результате информация, поступающая к человеку, получает упорядоченность.

Несобранность (рассеянность) является состоянием, противоположным моби­лизационной готовности (как неспособность человека с помощью волевого уси­лия мобилизоваться, сосредоточиться). При нацеленности человека на решение той или иной задачи она проявляется в обилии ненужных движений; в «бегаю­щем», а иногда отрешенном взгляде; в быстрой подключаемости ко всему, что происходит вокруг и не имеет отношения к предстоящей деятельности; в излиш­ней говорливости; в мимике, не соответствующей ситуации, — такой как улыбки, перемигивания с окружающими, гримасы. Выражение лица при этом не волевое и собранное, а такое, которое свидетельствует о том, что мысли и чувства челове­ка находятся в хаотическом состоянии.

Стартовая несобранность может иметь место и при недооценке соперника, а также при низкой мотивации на предстоящую деятельность.

Развитие произвольного внимания, как подчеркивал С. Л. Рубинштейн, явля­ется одним из важнейших приобретений в процесе воспитания и тесно связано с формированием у ребенка «силы воли».

В результате постоянного упражнения внимания вырабатывается такая воле­вая характеристика личности, как внимательность , проявляемая постоянно, в раз­ных ситуациях. Внимательность служит предпосылкой проявления сознательной дисциплинированности.

Состояние решимости. Очевидно, впервые этот термин употребил У. Джемс, но им он скорее обозначил именно решительность (как волевое качество или как форму его проявления в процессе принятия решения). О решимости как состоя­нии писал А. Ф. Лазурский [1995]. Ее он описывал как своеобразное чувство, ко­торое специфично для всех волевых актов и относится к числу возбуждающих и сопутствующих разрешению напряжения. В термине «решимость» подчеркивает­ся готовность к действию, и поэтому, кроме эмоциональной и интеллектуальной стороны, в состоянии решимости имеет место специфическое переживание, бла­годаря которому сам человек относит это состояние не к чувствам, а к волевой сфере.

Это состояние может быть кратким или более продолжительным, но очень долго оно не длится. Н. Д. Левитов писал, что «решимость, в отличие от решитель­ности, всегда кратковременна» [1964, с. 160].

Понимая состояние решимости как готовность, следует сознавать, что это го­товность не к быстромупринятию решения , как считал Н. Д. Левитов, а готовность начать осуществлять принятое решение,инициировать действие при наличии риска, в случае возможности неприятных последствий. Таким образом, это состо­яние возникает одновременно с принятием решения, а не до него. Характерной его особенностью является то, что по мере временного и пространственного прибли­жения к желаемому объекту решимость может снижаться, если человек не уверен в успехе, и даже переходить в свою противоположность — нерешимость.

Приведу следующий пример. Одна юная спортсменка — прыгунья в высоту — очень хотела именно на данных соревнованиях выполнить норму первого разряда.

Первые две попытки на нужной ей высоте закончились неудачно: планка была сбита. Осталась последняя попытка. Боясь неудачи, спортсменка 17 раз начинала разбег, но ни разу не оттолкнулась от земли, чтобы прыгнуть. Решение — прыгать или нет — она каждый раз принимала, иначе бы не делала разбега. Но вот состоя­ние решимости выполнить намерение — прыгнуть — удержать во время каждого разбега она не могла.

Состояние решимости возникает быстрее, когда нет времени для оттягивания начала выполнения принятого решения или когда такое затягивание бессмыслен­но и лишь создает неловкую ситуацию.

Важным фактором, способствующим проявлению решимости, оказывается способность к самодисциплине, приводящая к возникновению привычки ини­циировать какие-то действия, поступки без раскачки, проволочки, без ненужных колебаний (например, вставать рано утром).

Состояние сдержанности. Сдержанность, по Н. Д. Левитову, — это психиче­ское состояние, при котором поведение подчиняется разумному контролю. Однако Н. Д. Левитов при описании этого состояния отождествлял его с волевыми каче­ствами — выдержкой и терпеливостью. Конечно, в сдержанности имеется элемент терпения, но это не то терпение, которое проявляется при физическом усилии или при задержке дыхания. По существу, это состояние волевого напряжения по сдер­живанию побуждений, появляющихся при возникновении определенных эмоци­ональных состояний (радости, злости, гнева).

Сдержанность как сиюминутное состояние может быть выражением самодисцип­лины, воспитанности человека, а может отражать и его трусость: человек сдержался и не нагрубил начальнику, потому что побоялся его мести. Но в любом случае это волевое состояние, так как оно связано с подавлением возникшей потребности при помощи волевого усилия.

6.5. Соотношение волевой и эмоциональной регуляции

Эмоции и воля являются непременными компонентами управления (и регуляции как частного случая управления) человеком своим поведением, общением и дея­тельностью. Традиционно эмоционально-волевая регуляция — объект рассмотре­ния общей психологии. Когда говорят об «эмоционально-волевой сфере», «эмо­ционально-волевых качествах» [С. Л. Рубинштейн], это подчеркивает лишь связь воли и эмоций, но не их родство и тем более не тождество. Эти две сферы психики часто проявляют себя в повседневной жизни как антагонисты, в частности, когда воля подавляет всплеск эмоций, а иногда, наоборот, становится очевидным, что сильная эмоция (например, аффект) подавила волю.

Человеку нередко кажется, что он владеет собой, тогда как на самом деле что-то владеет им; пока разумом он стремится к одной цели, сердце незаметно увлекает его к другой.

Ларошфуко

По этому поводу К. Н. Корнилов [1957], критикуя западных психологов, видев­ших в воле лишь стремление к удовольствию или избегание страдания, писал, что объяснять волевые процессы лишь чувствами никак нельзя. Чувства являются одним из стимулов воли, но сводить волевую деятельность человека только к переживаемым чувствам совершенно неправильно. В то же время К. Н. Корнилов отмечал, что один интеллект, без вовлечения чувств, далеко не всегда воздействует на волю.

Руководствуясь разумом, можно найти выход из любой ситуации; опираясь лишь на чувства, можно попасть в безвыходное положение.

В. Швёбель

В процессе регуляции поведения и деятельности эмоции и воля могут выступать в различных соотношениях. В одних случаях возникающие эмоции оказывают на поведение и деятельность дезорганизующее и демобилизующее влияние, и тогда воля (а точнее сила воли) выступает в роли регулятора, компенсируя отрицатель­ные последствия возникшей эмоции. Это отчетливо проявляется при развитии у человека так называемых неблагоприятных психофизиологических состояний. Возникающее при утомлении чувство усталости и желание снизить интенсивность работы или вообще ее прекратить компенсируется волевым качеством терпеливос­ти. Это же волевое качество проявляется и при других состояниях, например при монотонии, если ситуация требует продолжения работы. Состояния тревожности и сомнений, то, что называют «смятением души», преодолеваются с помощью воле­вого качества решительности, состояние страха — с помощью волевого качества смелости, состояние фрустрации — с помощью упорства и настойчивости, состоя­ния эмоционального возбуждения (злости, радости) — с помощью выдержки.

Можно быть хозяином своих действий, но в чувствах мы не вольны.

Г. Флобер

В других случаях эмоции, наоборот, стимулируют деятельность (воодушевле­ние, радость, в ряде случаев — злость), и тогда проявления волевого усилия не требуется. В этом случае высокая работоспособность достигается за счет гипер­компенсаторной мобилизации энергетических ресурсов. Однако такая регуляция неэкономна, расточительна, всегда заключает в себе опасность переутомления. Но и волевая регуляция имеет свою «ахиллесову пяту» — чрезмерное волевое напряжение может привести к срыву высшей нервной деятельности. Поэтому П. В. Симонов считал, что личность должна оптимально сочетать сильную волю с определенным уровнем эмоциональности.

Нередко отсутствие эмоциональных проявлений приписывают сильной воле человека. Так, например, невозмутимость принимают за выдержку, самооблада­ние, смелость. В действительности же, очевидно, невозмутимость может отражать низкую эмоциональную реактивность или же быть результатом адаптации чело­века к данной ситуации.

Большое значение в настоящее время придается разработке приемов произ­вольной регуляции эмоциональных состояний , поскольку они не подавляются про­стым желанием, а требуют для их снятия особой техники регуляции. Причем эти приемы могут использоваться как для устранения состояний, мешающих успешности деятельности, так и для возбуждения состояний, способствующих успеху. Методика, в которой используются эти два направления, названа психорегулиру-ющей тренировкой (ПРТ). О. А. Черникова [1962] показала, что произвольное управление эмоциями отличается от управления познавательными процессами (мышлением, запоминанием и пр.). Следует, однако, отметить, что эти приемы не связаны с использованием волевых усилий и преодолением последствий небла­гоприятных состояний, а основываются на вызове определенных представлений, образов. Поэтому они не могут считаться способами волевой регуляции (в том смысле, который я вкладываю в это понятие). В то же время разработка упомяну­того направления способствует более четкому пониманию воли (произвольности) как управления, овладения собой.

6.6. Волевое усилие как один из механизмов волевой регуляции

Одними из первых о волевом усилии как специфическом механизме воли загово­рили в начале XX в. Г. Мюнстерберг, Г. И. Челпанов, А. Ф. Лазурский. Г. Мюн-стерберг, например, писал: «Если я стараюсь вспомнить название какой-нибудь птицы, которую я вижу, и оно в конце концов приходит мне на ум, я чувствую его появление как результат моего собственного волевого усилия» [1997, с. 182]. А. Ф. Лазурский рассматривал волевое усилие как особый психофизиологический процесс, связанный с реакцией человека на встречающееся препятствие. Он по­ставил вопрос: «Cуществует ли одно волевое усилие, могущее по произволу чело­века направляться в различные стороны, или же, наоборот, имеется несколько его разновидностей, родственных друг другу, но все-таки не тождественных между собой?» [2001б, с. 17]. К сожалению, на этот вопрос ответ не найден до сих пор, хотя известно, что в повседневной жизни человек сталкивается с проявлением волевых усилий в двух направлениях. С одной стороны, это усилия, задачей кото­рых является подавление побуждений, препятствующих достижению цели. Эти побуждения связаны с возникающими в процессе деятельности неблагоприятны­ми состояниями (страх, утомление, фрустрация), которые подталкивают челове­ка к прекращению этой деятельности. С другой стороны, это волевые усилия, сти­мулирующие активность, направленную на достижение цели. Эти усилия имеют большое значение для проявления таких волевых качеств, как терпеливость, упор­ство, внимательность, настойчивость.

Что же такое представляет собой это волевое усилие ? На этот счет в психологии существуют двоякого рода взгляды…

Согласно одному взгляду , волевое усилие есть совокупность двигательных ( главным образом , мышечных ) ощущений . При совершении каких бы то ни было мышечных движений приходится испытывать чувство напряжения , представляющее собой не что иное , как сово­купность мышечных ощущений . Именно это мускульное напряжение и воспринимается нами 

как чувство усилия .

Но бывают такие волевые акты , при которых нет мышечного сокращения , а есть или за­держка этого сокращения , или же другие более сложные психофизиологические обнаруже­ ния . Для объяснения этих явлений была видвинута теория так называемого иннервационного чувства . Предполагали , что всякого рода нервный импульс , хотя бы он и не повел за собой мышечного сокращения , но остался бы чисто центральным мозговым процессом , все — таки сопровождается известным субъективным переживанием , напоминающим волевое усилие . В качестве доказательства приводились случаи , когда двигательное усилие испытывается нами , несмотря на то , что сами мышцы , на сокращение которых это двигательное усилие направлено , отсутствуют совершенно . Это бывает после ампутации , когда человек пытается двигать , например , пальцами отрезанной ноги , то , несмотря на отсутствие мышц , которые у него должны были бы сокращаться , он все — таки испытывает известное волевое напряже­ ние . Однако более тщательные исследования Джемса показали , что в этих случаях обыкно­ венно человек сокращает попутно также и некоторые другие сохранившиеся у него мышцы , все равно как , например , при очень сильном напряжении рук мы невольно напрягаем также и некоторые другие мышцы тела . И вот мышечные ощущения , возникшие благодаря сокраще­ нию побочных мускулов , и принимались ошибочно за иннервационное чувство .

…До сих пор речь шла , главным образом , о тех волевых усилиях , которые направлены на совершение известных двигательных актов или на их задержку… Однако наряду с этим суще­ ствует целый ряд волевых актов , направленных на течение представлений , чувствований и т . п . Здесь уже зачастую не бывает почти никаких движений или двигательных задержек , и тем не менее волевое напряжение может достигать больших размеров . Вот такого рода процессы и заставляют обратить внимание на другую теорию , до некоторой степени противоположную только что изложенной . Согласно этой второй теории ,волевое усилие не сводится к каким бы то ни было двигательным актам , а , наоборот , является

самостоятельным , совершенно своеобразным психофизиологическим процессом . В то время как первое объяснение ссыла­ ется главным образом на данные физиологии и биологии , второе объяснение основывается преимущественно на данных самонаблюдения — нисколько , впрочем , не исключая возмож­ ности того , что в основе непосредственно воспринимаемого нами чувства волевого усилия лежит какой — нибудь определенный мозговой процесс или совокупность таких процессов .

Обращаясь к данным самонаблюдения , приходится прежде всего отметить , что волевое усилие является чрезвычайно характерным элементом всякого вообще сознательного воле­ вого акта . Кроме того , оно представляет собой нечто всегда однородное , на что бы ни было направлено это усилие , оно всегда нами переживается более или менее одинаково . Наконец , для нашего сознания оно является чем — то элементарным , неразложимым на дальнейшие , более простые элементы .

…Мне представляется , что как та , так и другая теория не могут быть приняты во всей их полноте . С одной стороны , мы видели , что было бы слишком односторонне сводить все волевые процессы только к движениям или их задержке , так как существует целый ряд волевых и притом очень напряженных актов , в которых психомоторные элементы крайне не­ значительны . С другой стороны , было бы неправильно , на мой взгляд , волевое усилие пе­реоценивать , распространяя его на все наши психические переживания . По — моему , следу­ет резко отличать волевой процесс с его центральным фактором , волевым усилием , от более общего понятия психической активности . Волевое усилие представляет собой одну из основных психических функций , занимающую в нашей душевной жизни свое опреде­ленное место наряду с чувствованиями и интеллектуальными процессами .

М. Я. Басов [1922] рассматривал волевое усилие как субъективное выражение регулятивной функции воли, которую он отождествлял с вниманием. Он считал, что внимание и волевое усилие — это одно и то же, только обозначаемое разными терминами. Таким образом, М. Я. Басов косвенно присоединялся к первому из предположений А. Ф. Лазурского: механизм волевого усилия для всех случаев един.

К. Н. Корнилов считал волевое усилие основным признаком воли, поэтому дал следующее определение воли: это «психический процесс, который характеризу­ется своеобразным усилием и получает свое выражение в сознательных действи­ях и поступках человека, направленных на достижение поставленных целей» [1941, с. 266]. Признание центрального положения вопроса о волевом усилии в проблеме воли имеется в работах В. И. Селиванова, В. К. Калина и других. Однако встречается и другая точка зрения.

Ш. Н. Чхартишвили не считал волевое усилие признаком волевого поведения. По этому поводу он писал: «Многие исследователи понимают, что определение воли через признаки интеллекта является недоразумением и находят выход в при­внесении в определение воли другой стороны поведения, а именно — момента усилия. Протекание волевых актов зачастую наталкивается на некоторое препят­ствие, преодоление которого требует внутреннего усилия, своего рода внутренне­го напряжения. Этот момент усилия, или способность преодолевать препятствия, объявляется вторым признаком воли.

Однако внутреннее напряжение, — продолжал Ш. Н. Чхартишвили, — и способ­ность преодолевать препятствия не чуждо и животному. Птицам требуется исклю­чительное усилие, чтобы преодолеть бурю, свирепствующую в открытом море, и достичь конечной цели своего полета. Зверь, попавший в капкан, совершает колос­сальное усилие для того, чтобы вырваться на свободу. Словом, способность совер­шать усилие, необходимое для преодоления препятствий, возникающих на жизнен­ном пути, присуща всем живым существам, и нет ничего удивительного в том, что человек, приобретя способность сознания, сохранил и это свойство. Однако живот­ное, несмотря на то, что оно в не меньшей мере обладает способностью совершать усилие и бороться с препятствиями, никто не считает существом, обладающим волей» [1967, с. 73]. По поводу последнего утверждения могу заметить — и на­прасно. У животных безусловно есть зачатки волевого поведения, и одним из них является проявление ими волевого усилия, о чем писал и П. В. Симонов. Ошиб­ка Ш. Н. Чхартишвили, мне представляется, состоит в том, что вместо отрица­ния волевого усилия как признака воли ему нужно было признать наличие за­чатков воли и у животных.

Устранение волевого усилия из воли приводит Ш. Н. Чхартишвили к стран­ным заключениям и в отношении поведения человека. Так, он писал: «Алкоголик или наркоман, находящийся в плену укоренившейся потребности в алкоголе или морфии, осознает эту потребность, осознает пути и средства, необходимые для приобретения крепкого напитка или морфия, и зачастую прибегает к максималь­ному усилию для преодоления препятствий, возникших на его пути к удовлетво­рению своей потребности. Однако было бы ошибкой считать проявляющиеся в подобных актах поведения осознанность потребности и напряженные усилия производными от воли явлениями и полагать, что чем сильнее и упорнее стремле­ние к удовлетворению подобных неукротимых потребностей, тем сильнее воля. По­требность может активизировать работу сознания в определенном направлении и мобилизовать все силы, необходимые для преодоления препятствия. Но это может не быть действием воли. Поэтому нельзя считать, что в указанных призна­ках поведения проявляется специфическая особенность воли» [там же, с. 73–74].

Нельзя не видеть в этом утверждении отголосков идеологизированного под­хода к оценке волевого поведения. Алкоголизм и наркомания считаются в обще­стве отрицательными наклонностями, поэтому кто эти наклонности не может пе­ребороть, тот безвольный. Но, во-первых, надо спросить у самого алкоголика или наркомана, а хочет ли он их перебороть, а во-вторых, какая разница в проявлении усилия при решении школьником задачи и добывании алкоголиком спиртного? И в том и в другом случае поведение мотивировано, и в том и в другом случае мы наблюдаем произвольное управление усилием (ведь нельзя же полагать, что уси­лие это проявляется алкоголиком непроизвольно). Поэтому с точки зрения меха­низмов управления поведением разницы в этих случаях нет. Следовательно, и тот и другой проявляют силу воли при достижении намеченной цели.

В. А. Иванников пишет: «Признание усиления мотивации главной функци­ей воли отмечалось еще в работах прошлого века и сегодня содержится в рабо­тах самых разных авторов. Для объяснения этого феномена воли предлагались различные решения, но наибольшее распространение получила гипотеза о воле­вом усилии, исходящем от личности». И далее В. А. Иванников ставит вопрос: «Не является ли понятие волевого усилия остатком от постепенного наступле­ния экспериментальных исследований на выяснение природы и механизмов побуждения личностной активности, остатком, не нашедшим пока еще своего объяснения и экспериментальных приемов исследования?… Попытки оправдать введение понятия волевого усилия, исходящего от личности, необходимостью признания собственной активности личности, не вытекающей из наличной си­туации, вряд ли являются состоятельными… Задача заключается не в том, что­бы ввести еще одно побуждающее начало, а в том, чтобы через имеющиеся меха­низмы найти возможность объяснения свободной самостоятельной активности личности» [1985, с. 50].

Развивая свои сомнения, В. А. Иванников пишет, что «наряду со сферой моти­вации личность становится вторым источником побуждения к активности, при­чем в отличие от мотивов личность не только побуждает, но и тормозит актив­ность. Возникающая при этом теоретическая неловкость, видимо, мало кого смущает, и в итоге получается, что побуждает и мотивационная сфера личности, и сама личность, произвольно создавая волевое усилие» [там же].

Мне представляется, что никакой неловкости, о которой говорит В. А. Иван-ников, в действительности нет и быть не может. Ведь возникшая у него неловкость основана на некорректном противопоставлении личности мотиву. Такое проти­вопоставление появилось у автора, очевидно, потому, что за мотив он принял, вслед за А. Н. Леонтьевым, предмет удовлетворения потребности, который нахо­дится как бы за пределами личности. В действительности мотив есть личностное образование и одна из составляющих произвольного управления, т. е. воли в широком понимании, и поэтому противопоставлять мотив личности — это все рав­но, что противопоставлять часть целому. Личность управляет своим поведени­ем как с помощью мотива, так и с помощью волевого усилия, между которыми, как отмечал В. И. Селиванов, действительно имеется качественное различие. Если мотив — это то, ради чего совершается действие, то волевое усилие — это то, по­средством чего осуществляется действие в затрудненных условиях. Никто не действует, писал В. И. Селиванов (1974), ради волевого напряжения. Волевое усилие — лишь одно из необходимых средств реализации мотива.

Поэтому В. К. Калин справедливо подчеркивает, что если неверно отрывать мотив от воли или заменять волю мотивом, то столь же неверно и мотив подме­нять понятием «воля».

Вспомним, как вела себя Людмила в саду у Черномора в пушкинской поэме «Руслан и Людмила»:

В унынье тяжком и глубоком Она подходит — и в слезах На воды шумные взглянула, Ударила, рыдая, в грудь, В волнах решилась утонуть — Однако в воды не прыгнула И дале продолжала путь.

…Но втайне думает она: «Вдали от милого, в неволе, Зачем мне жить на свете боле? О ты, чья гибельная страсть Меня терзает и лелеет, Мне не страшна злодея власть: Людмила умереть умеет! Не нужно мне твоих шатров, Ни скучных песен, ни пиров — Не стану есть, не буду слушать, Умру среди твоих садов!» Подумала — и стала кушать.

А вот другой, уже реальный случай. В. Шпеер, министр вооружений гитлеров­ской Германии, писал в своих «Мемуарах» о днях, проведенных под арестом по­сле поражения его государства во Второй мировой войне: «Подчас мне приходи­ла мысль добровольно уйти из жизни… В Крансберге один из ученых-химиков рассказал нам, что если раскрошить сигару, затем растворить в воде и выпить эту смесь, то вполне возможен смертельный исход; я долгое время носил в кармане искрошенную сигару, но, как известно, между намерением и действием дистанция огромного размера» [1997, с. 669].

Это те случаи, когда «суждены нам благие порывы, но свершить ничего не дано». Для свершения требуется осуществить волевое усилие.

Филогенетической предпосылкой возникновения волевого усилия явля­ется способность животных к мобилизации усилий для того, чтобы преодо­леть встречающиеся препятствия на пути к биологической цели. Это так на­зываемое «преградное» поведение животных (П. В. Симонов [1971]). Если бы у них не было этого механизма, животные просто не выжили бы. Нельзя не отметить, что у животных имеется и механизм регуляции таких усилий, их дозирования (вспомним кошку, вспрыгивающую на предметы разной высо­ты). Но если у животных подобное использование усилий осуществляется непроизвольно, то человек приобретает способность пользоваться этими уси­лиями сознательно.

Локке [ Locke , 1968] в своих экспериментах показал, что повышение трудно­сти выбираемой цели приводило к более высоким достижениям; они были выше, когда уровень трудности цели был неопределенным или когда от испытуемого требовалось просто «работать как можно лучше». Автор справедливо полагает, что после принятия трудной цели испытуемые были вынуждены мобилизовы-вать все силы для достижения этой цели. Однако, как отмечают Кукла [ Kukla , 1972] и Майер [ Meyer , 1976], разработавшие модель «расчета усилий», макси­мальное увеличение усилий происходит при таком уровне сложности, который, по мнению субъекта, еще является преодолимым. Это тот предел, за которым уровень усилий резко падает.

В. И. Селиванов писал, что волевое усилие является одним из главных средств, с помощью которых личность осуществляет власть над своими побуж­дениями, избирательно пуская в действие одну мотивационную систему и за­тормаживая другую. Регуляция поведения и деятельности осуществляется не только опосредованно — через мотивы — но и прямо, через мобилизацию, т. е. через волевые усилия.

В. И. Селиванов, подчеркивая связь волевого усилия с необходимостью преодоления препятствий, трудностей, считал, что оно проявляется во вся­кой нормальной работе, а не только в экстремальных ситуациях, например при утомлении, как полагают некоторые психологи. Он утверждал, что «при таком взгляде на роль волевого усилия оно выглядит инструментом лишь непри­ятного и вредного для организма деспотического принуждения, когда рабо­тать уже нет мочи, а надо. Несомненно, такие ситуации могут иметь место в жизни человека, особенно в экстремальных условиях. Но это лишь исклю­чение из правила» [1975, с. 20]. Действительно, волевое усилие используется человеком не только при изнеможении, но и на начальной стадии развития утомления (при так называемом компенсированном утомлении), когда чело­век поддерживает свою работоспособность на заданном уровне без деспотиз­ма и ущерба для здоровья. Да и простое нажатие на динамометр — это тоже проявление волевого усилия. Другой вопрос — любая ли деятельность тре­бует использования волевого усилия. В отличие от В. И. Селиванова, я пола­гаю, что не любая.

Как отмечает В. И. Селиванов, центральное место в диагностике воли (пони­маемой им как мобилизация психических и физических возможностей) занимает измерение волевого усилия, которое в большей или меньшей мере присутствует в разных волевых действиях (о том, что действительно измеряется, — волевое усилие или что-то другое, речь пойдет в главе 13).

Волевое усилие качественно отличается от мышечного усилия , наблюдаемого нами , например , при поднимании тяжестей , при быстром беге , а в меньшей мере – при сдвигании бровей , сжима­ нии челюстей и т . п . В волевом усилии движения часто минимальны , а внутреннее напряжение может быть колоссальным . Примером этого может служить усилие , которое приходится делать бойцу , остающемуся на посту под огнем неприятеля , парашютисту , прыгающему с самолета , и т . п .

При волевом усилии всегда имеется и мышечное напряжение . Припоминая какое — нибудь слово или внимательно рассматривая что — либо , мы напрягаем мышцы лба , глаз и т . п . Тем не менее отождествлять волевое усилие с мышечным напряжением было бы совершенно неверно . Это значило бы лишить волевое усилие его особого содержания .

Имеется несколько определений волевого усилия. К. К. Платонов определял его как переживание усилия, являющееся обязательным субъективным компонен­том волевого действия, Б. Н. Смирнов — как сознательное напряжение психиче­ских и физических возможностей, мобилизующих и организующих состояние и деятельность человека ради преодоления препятствий. Чаще всего под волевым усилием понимают сознательно и большей частью осознанно совершаемое внут­реннее усилие над собой, являющееся толчком (импульсом) к выбору цели, к кон­центрации внимания на объекте, к началу и остановке движения и т. п.

B. К. Калин считает волевое усилие основным операциональным механизмом 
волевой регуляции. Он определяет волевое усилие как «однонаправленное регу­ 
лирующее проявление сознания, приводящее к установлению или удержанию 
необходимого состояния функциональной организации психики» [1989а, с.\

_{психологии}

_{E. Do Ильин}

ПСИХОЛОГИЯ ВОЛИ

_{2-е издание}

^tgrmTEP*

Москва ■ Санкт-Петербург ■ Нижний Новгород ■ Воронеж

Ростов-на-Дону ■ Екатеринбург ■ Самара ■ Новосибирск

Киев ■ Харьков ■ Минск

2009

ББК 88.352.2я7 УДК 159.947(075) И46

Ильин Е. П. И46 Психология воли. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2009. — 368 с.: ил. — (Серия «Масте­ра психологии»).

ISBN 978-5-388-00269-3

Второе, переработанное и дополненное, издание учебного пособия (предыдущее вышло в 2000 г.) посвящено одному из важнейших разделов общей психологии — теории и методоло­гии изучения волевых процессов. В книге с авторской позиции проанализированы традици­онные и новейшие научно-философские, психологические и физиологические представления о явлениях волевой сферы человека (в частности, о «силе воли»), прослежены закономерно­сти ее развития в онтогенезе, а также ее проявления в различных видах поведения и деятель­ности, рассмотрены вопросы патологии воли.

В систематизированном виде в пособии представлены малоизвестные психодиагностические методики изучения воли, которые могут быть с успехом использованы в практической деятельно­сти специалистов системы образования, спортивной и производственно-организационной сферы.

Издание адресовано психологам, психофизиологам, педагогам, а также студентам вузовских факультетов психологического и педагогического профилей.

ББК 88.352.2я7 УДК 159.947(075)

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было фор­ме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 978-5-388-00269-3

© ООО «Питер Пресс», 2009

Оглавление

Предисловие ко второму изданию 9

Предисловие к первому изданию 10

Введение 12

Глава 1 Теории воли

1. 
   Воля как волюнтаризм 17
   
2. 
   Воля как свободный выбор 21
   
3. 
   Воля как произвольная мотивация 28
   
4. 
   Воля как долженствование 36
   
5. 
   Воля как особая форма психической регуляции 38
   
6. 
   Воля как контроль за действием 41
   

1. 
   Воля как механизм преодоления внешних и внутренних препятствий и трудностей 42
   
2. 
   Слабости противоборствующих по вопросу о природе воли направлений 46
   

Глава 2 Воля как произвольное управление поведением и деятельностью человека

1. 
   Является ли воля реальным психологическим явлением? 50
   
2. 
   Воля как синоним произвольности 54
   
3. 
   Воля — это волевая регуляция или произвольное управление? 56
   
4. 
   Структура произвольного акта 60
   
5. 
   Произвольные и волевые действия 64
   

Глава 3 Психофизиологические механизмы произвольного управления поведением

и деятельностью

1. 
   Условно-рефлекторные теории произвольного управления 69
   

1. 
   Функциональные системы и произвольное управление действиями и деятельностью 71
   
2. 
   Сознательность и преднамеренность как признаки произвольного управления 76
   

2. 
   Связь произвольного управления с речевыми сигналами 84
   
3. 
   Представление как компонент произвольного управления 85
   
4. 
   Морфофункциональные структуры произвольного управления 87
   

6 Оглавление

Глава 4 Самоинициация произвольных действий

4.1. Представления о непроизвольной инициации

произвольных действий 90

4.2. Представления о сознательной инициации волевых действий 93

Глава 5 Сознательный самоконтроль как форма произвольного управления

1. 
   Развитие идеи о самоконтроле 98
   
2. 
   Роль обратной связи и ее механизмы в процессе
   

самоконтроля действий 104

3. 
   Произвольное внимание как инструмент самоконтроля 108
   
4. 
   Самоконтроль и автоматизация действий 109
   
5. 
   Самоконтроль поведения 115
   

Глава 6 Волевая регуляция и волевое усилие (самомобилизация)

1. 
   Что такое «волевой человек» 117
   
2. 
   Волевая регуляция и сила воли 118
   
3. 
   О моральной оценке проявления силы воли 121
   
4. 
   Волевые состояния 124
   
5. 
   Соотношение волевой и эмоциональной регуляции 129
   
6. 
   Волевое усилие как один из механизмов волевой регуляции 131
   
7. 
   Природа волевого усилия 137
   
8. 
   Самостимуляция как механизм актуализации волевого усилия 141
   
9. 
   Характеристики и виды волевого усилия 143
   

Глава 7 Волевые качества личности

1. 
   Что такое волевые качества личности 145
   
2. 
   Состав волевых качеств 149
   
3. 
   Структура и общие характеристики волевых качеств 151
   
4. 
   От чего зависит уровень проявления волевых качеств 154
   
5. 
   Насколько объективно оценочное суждение о волевых качествах . . . . 157
   
6. 
   Классификации волевых качеств 166
   

Глава 8 Характеристика отдельных волевых качеств

1. 
   Волевые качества, связанные с целеустремленностью 172
   
2. 
   Волевые качества, характеризующие самообладание 186
   
3. 
   Характеристики волевого поведения (сложные морально-волевые качества) 199
   

Оглавление 7

Глава 9 Возрастные и половые особенности произвольной активности

1. 
   О происхождении произвольных реакций в онтогенезе 207
   
2. 
   Возрастные особенности произвольного управления 208
   
3. 
   Возрастные изменения волевых качеств 214
   

Глава 10 Безвольное поведение

1. 
   Различные проявления безволия 219
   
2. 
   Лень 222
   
3. 
   Выученная беспомощность 226
   

Глава 11 Патология воли

11.1. Нарушения произвольного управления психическими

процессами 229

2. 
   Нарушение целесообразности действий 231
   
3. 
   Расстройства произвольных двигательных действий 232
   
4. 
   Моторные нарушения речи 235
   
5. 
   Нарушение силы волевых побуждений 236
   
6. 
   Нарушения в развитии волевой сферы у умственно отсталых
   

детей и детей с задержками психического развития 237

Глава 12 Развитие силы воли

1. 
   Стратегия и тактика развития силы воли 239
   
2. 
   Формирование морального компонента силы воли 243
   
3. 
   Развитие волевых качеств 246
   

Глава 13 Методы изучения волевых качеств

1. 
   Что пытаются измерить 254
   
2. 
   Трудности в изучении волевых качеств 255
   
3. 
   Методы изучения волевых качеств 257
   

Вместо заключения 269

Научный словарь терминов 274

Бытовой словарь терминов, характеризующих

волевую сферу личности 276

Фразеологический тематический словарь 287

Список литературы 292

8 Оглавление

Приложение Методики изучения волевых качеств

1. 
   Методики для оценки и самооценки волевых качеств 316
   
2. 
   Экспериментальные и неэкспериментальные
   

методики изучения смелости 330

3. 
   Экспериментальное изучение упорства 335
   
4. 
   Экспериментальные методики изучения терпеливости 339
   
5. 
   Изучение произвольного самоконтроля 344
   
6. 
   Экспериментальное изучение выдержки 353
   
7. 
   Методики изучения решительности 358
   
8. 
   Нейродинамическая диагностика волевых качеств 359
   
9. 
   Методики выявления лености 360
   

10. Самооценка организованности 363

Предисловие ко второму изданию

За время, прошедшее после первого издания этой книги (2000 г.), существенных сдвигов в исследовании проблемы психологии воли не произошло. По-прежнему некоторые физиологи с нескрываемой иронией спрашивают: «А что такое воля?» По-прежнему В. А. Иванников пишет, что «понятие воли не означает какую-то реальность, а является теоретическим конструктом, введенным в науку для объяс­нения этой реальности» [2006, с. 186]. По-прежнему утверждается, что «неправо­мерно переходить к обобщениям в плане понимания воли вообще» (Ю. Б. Гиппен-рейтер [2005, с. 17]) и что волевые функции являются частным случаем произвольных функций. Однако при этом не объясняется, что же такое произволь­ные функции и чем они отличаются от волевых [там же, с. 16].

По-прежнему количество публикаций о воле можно пересчитать по пальцам одной руки, а само понятие «воля» является редким гостем в фундаментальных трудах не только российских, но и западных психологов. Правда, есть и признаки возрождения интереса к этой проблеме. Так, в переиздании книги Х. Хекхаузена «Мотивация и деятельность» (2003) появилась глава «Волевые процессы: реали­зация интенций». Однако это оказалось нужным автору не для того, чтобы вклю­чить мотивацию в структуру волевого (произвольного) поведения, а для того, что­бы отделить мотивацию от волевых процессов. Между тем Б. Раш писал, что воля без мотивов так же невозможна, как зрение без света или слух без звука [цит. по: Ярошевский, 1986, с. 156].

Поэтому в двух моих книгах, «Психология воли» и «Мотивация и мотивы» (как частично и в третьей — «Эмоции и чувства»), рассматривается одна и та же проблема — психология произвольного (волевого) управления поведением и деятель­ностью человека. Изложение этой проблемы в одной книге нереально из-за чрез­мерно большого ее масштаба. Если же пойти по пути сокращения материала, то потеряется много интересной и важной информации, относящейся к волевой, мотивационной и эмоциональной сферам человека, изучение каждой из которых может представлять самостоятельный интерес.

Во второе издание данной книги включены некоторые новые теоретические и экспериментальные данные о воле, а параграф «Безвольное поведение» первого издания расширен за счет обсуждения вопроса о лени и выделен в самостоятель­ную главу. В приложении приводятся методики выявления лености.

Предисловие к первому изданию

Когда после сражения у Бородино в 1812 г. прославленный кавалерист наполео­новской армии маршал Мюрат укорял своих генералов в недостаточной энергич­ности кавалерийских атак, один из генералов ответил: «Во всем виноваты лошади — они недостаточно патриотичны. Наши солдаты воюют блестяще, если у них нет даже хлеба, но лошади без сена не трогаются с места» [Роковые решения вермах­та, 1999, с. 126–127].

В этом диалоге отразилось главное отличие поведения человека от поведения животных — у человека имеются мотивация и «сила воли».

Проблема воли, произвольной и волевой регуляции поведения и деятельно­сти человека, давно занимает умы ученых, вызывая острые споры и дискуссии. Еще в Древней Греции обозначились две точки зрения на понимание воли: аффек­тивная и интеллектуалистическая. Платон понимал волю как некую способность души, определяющую и побуждающую активность человека. Аристотель связы­вал волю с разумом. Этот дуализм в той или иной форме сохранился и до сего времени.

Несмотря на то что за последнюю четверть века защищено несколько доктор­ских диссертаций по этой проблеме, она все еще далека от разрешения. До сих пор взгляды психологов резко расходятся даже по самым узловым вопросам, связанным с данной темой. Одни отрицают наличие воли как самостоятельного психологического явления, ставят под сомнение ценность самого понятия «воля» (Г. Инглиш, А. Инглиш [H. English, A. English, 1958]), другие, отстаивая самостоятельность воли, видят только одну ее сторону — способность преодо­левать затруднения и препятствия (А. Ц. Пуни [1973; 1977]). И нередко в науч­ных работах произвольная регуляция оказывается оторванной от воли.

Физиологами же проблема воли и произвольного управления попросту игно­рируется. Ни в одном из учебных пособий по высшей нервной деятельности, вы­шедшем за последние десятилетия, эта проблема даже не упоминается, как будто ее нет вообще.

Все это вызывает значительные трудности при изложении проблемы воли как в процессе преподавания психологии, так и при поиске адекватных методов диаг­ностики степени развития «силы воли».

Одной из задач данной монографии является критическое рассмотрение про­блемы воли как произвольного, т. е. сознательного и преднамеренного (мотиви­рованного) управления со стороны человека своим поведением, деятельностью, эмоциями.

Вопрос о сущности воли с самого начала оказался тесно связанным с проблемой мотивации, с объяснением причин и механизмов активности человека. Изучая

Предисловие к первому изданию 11

волю, ученые неизбежно затрагивали вопросы мотивации, а изучая мотивацию — непременно касались и волевой регуляции. И это не случайно, так как оба этих на­правления в психологии обсуждают одну и ту же проблему — механизмы сознатель­ного целесообразного поведения. Однако это не мешает ученым в одном случае отождествлять волю и мотивацию, а в другом — отрывать их друг от друга. И то и другое приводит в итоге к тому, что мотивация в большинстве случаев исследуется как самостоятельная проблема. Вследствие этого воля и мотивация в качестве по­будителей и регуляторов деятельности рассматриваются как самостоятельные пси­хические феномены. Например, В. И. Селиванов заметил, что «несомненной заслу­гой научной психологии является установление тесной связи воли человека с его системой побуждений» [1971, с. 9]. Моя же позиция состоит в том, что необходимо говорить не просто о связи воли и мотивации, а о включенности мотивации челове­ка в его волю. Еще Н. Ах [Ach, 1905] писал, что из двух сторон проблемы воли — осуществление намерения и детерминация — в научных работах изучалась только вторая сторона. Тем самым он включил мотивацию в волю.

Особенностью моего подхода к изложению вопроса о волевой сфере является то, что я рассматриваю не волю как мотивацию (точнее, волю — не только как мотива­цию), но, наоборот, мотивацию — как волевую (произвольную) интеллектуальную активность человека, как существенную часть произвольного управления.

Однако пусть читателя не удивляет, что данная книга не касается вопросов мотивации. Этой обширной и относительно самостоятельной проблеме посвяще­на другая моя книга (Ильин Е. П. Мотивация и мотивы. СПб., 2000). В то же время по замыслу обе книги составляют единое целое, и в книге «Мотивация и мотивы» лишь подробно рассматривается одна из функций произвольного управления (воли).

Несмотря на то что мотивация составляет с волей единое целое — так как без мотивации нет воли, — функции воли не сводятся только к побуждению активно­сти человека (самодетерминации). Она проявляет себя и в инициации (запуске) действий, и в сознательном контроле за ними, и в преодолении возникающих по ходу деятельности затруднений. В связи с этим в книге рассматриваются вопро­сы самоинициации действий, самоконтроля и самомобилизации. Здесь подробно анализируются соотношения между произвольным управлением и волевой регу­ляцией; вскрывается, что стоит за понятием «сила воли»; по-новому раскрывает­ся сущность и структура волевых качеств; дается описание способов развития волевой сферы человека и ее нарушение при различных патологиях. В конце кни­ги приведены научный и бытовой волевой словарь терминов и фраз, а также ме­тоды и методики изучения волевой регуляции.

При написании данной книги я опирался не только на литературные источни­ки, малодоступные для широкого круга читателей, но и на обширные эксперимен­тальные данные, полученные моими учениками.

Введение

Поведение человека обусловливается различными физиологическими и психологи­ческими механизмами. Это, с одной стороны, безусловно-рефлекторные и условно-рефлекторные механизмы, определяющие непроизвольную активность человека, и, с другой стороны, произвольное управление, связанное не только с физиологически­ми, но и с психологическими механизмами (рис. 1).

Детерминация поведения

Непреднамеренное реагирование на раздражители -непроизвольное поведение

Безусловно-рефлекторная

Условно-рефлекторная

Произвольная

(преднамеренное,

волевое реагирование

на внешние и внутренние стимулы)

Рис. 1. Виды механизмов детерминации поведения

Словесные обозначения причин проявления человеком активности в соответ­ствии с вышеприведенной схемой можно разделить на три группы. В первую вхо­дят слова, означающие активность, не управляемую личностью, во вторую — слова, означающие произвольную активность, вызванную потребностями и желаниями человека, и в третью — слова, означающие вынужденную активность человека, которую он проявляет против своего желания или при отсутствии такового (табл. 1).

Таблица 1. Классификация слов-понятий, характеризующих физиологические и психологические механизмы активности человека

1	2	3
Спонтанно	Намеренно	Вынужденно
Рефлекторно	Преднамеренно	Поневоле
Инстинктивно	Произвольно	Волей-неволей
Невольно	В соответствии с замыслом	По обязанности
Непроизвольно	Умышленно	По долгу
Импульсивно	Сознательно	По надобности
Безотчетно	Добровольно	По принуждению
Подсознательно	По желанию	Насильно

Введение 13

Начало рефлекторному подходу в изучении механизмов поведения положил французский ученый Р. Декарт (первая половина XVII в.), говоривший о маши-нообразном характере поведения человека и животных. Однако машинообраз-ность, рефлекс Р. Декарт относил только к неосознаваемым (телесным) функциям, куда, между прочим, он включил и ряд психических функций (ощущение, воспри­ятие, представления, память, воображение, аффекты). Собственно психическим Р. Декарт считал только то, что пронизывается разумом или осознается мыслящей субстанцией. Наличие двух субстанций (телесной и духовной) привело к психо­физическому параллелизму в понимании механизмов управления жизнедеятель­ностью и поведением человека, существованию двух независимых друг от друга механизмов, которые иногда вступают во взаимодействие друг с другом. Местом встречи духовного и телесного Р. Декарт считал шишковидную железу, с его точ­ки зрения, — орган мыслящей субстанции.

Возможность… превращения сознательных произвольных движений в автоматические дала повод некоторым психологам утверждать, что и все вообще развитие психической жизни шло именно этим путем. С точки зрения волюнтаристической психологии, считающей волю ос­новным принципом психической жизни, нет ничего невозможного в том, что все действия и движения живых существ вначале были произвольны, а затем, по мере повторения и привы­кания, сделались механическими. С этой точки зрения и рефлекс когда-то на первых ступе­нях своего возникновения был также произвольным, сознательным двигательным актом, а затем механизировался.

В противоположность этому другая школа утверждает, что, напротив, волевое усилие представляет собой нечто вторичное, производное и что сознательные волевые акты воз­никли уже в самом конце эволюции, как ее венец и завершение. Согласно этой теории, раз­витие волевых действий шло таким образом: вначале, на первых ступенях животной жизни, существовали лишь самопроизвольные движения и простые, бессознательные рефлексы, представлявшие собой реакцию организованной материи на внешние раздражения. Бла­годаря многократному повторению одних и тех же двигательных реакций возникли явле­ния памяти или смутно сознаваемые представления о тех движениях, которые раньше со­вершались. Эти двигательные представления и явились, согласно упомянутой выше теории, зачатками сознательных волевых актов. Когда человек хочет чего-нибудь достигнуть, то в его сознании возникает, с одной стороны, представление о цели данного действия, а с другой стороны — представление о тех движениях, которые нужно совершить для до­стижения этой цели.

Лазурский А. Ф. Волевые процессы. Избранные труды по общей психологии. Психология общая и экспериментальная. СПб., 2001. С. 233–234

В целом в поведении и деятельности человека Р. Декарт выделил три уров­ня: безусловно-рефлекторные акты, страсти души и, наконец, мышление и волю, с которыми связано осуществление произвольных актов.

Животное управляется своими органами, человек управляет своими органами и господствует над ними.

И. В. Гёте

14 Введение

Эволюционное учение Ч. Дарвина дало сильный толчок к стремлению ученых свести к минимуму различия между человеком и животными. На первые позиции в изучении механизмов управления поведением вышли физиологи. И здесь в пер­вую очередь надо назвать великого русского ученого И. М. Сеченова.

Детерминизм И. М. Сеченова состоит в том, что вся внешняя активность че­ловека, включая и высшую произвольность, связанную с мотивами долга, любви к Родине и т. п., рассматривалась им как рефлексы, которые начинаются с чув­ственного возбуждения, а не по велению абстрактной воли. А значит, причинность поведения человека материальна, объективна, поскольку вызывающие чувствен­ное возбуждение сигналы тоже материальны, объективны.

Особое место И. М. Сеченов отвел волевой (произвольной) активности чело­века, выделяя в ней не только физиологические механизмы, но и психологиче­ские. В связи с этим он писал: «Воля властна пускать в ход в каждом данном слу­чае не только ту форму движения, которая ему наиболее соответствует, но любую из всех, которые вообще известны человеку. Мне хочется плакать, а я могу петь веселые песенки, танцевать; меня тянет вправо, а я иду влево; чувство самосохра­нения говорит мне “стой, там тебя ожидает смерть”, а я иду дальше. Воля не есть какой-то безличный агент, распоряжающийся только движением, — это и деятель­ная сторона разума и морального чувства, управляющая движением во имя того или другого и часто наперекор даже чувству самосохранения… Эта-то ярко осозна­ваемая возможность, выражающаяся в словах “я хочу и сделаю”, и есть та непри­ступная с виду цитадель, в которой сидит обыденное учение о произвольности» [1953, с. 177–178].

Хотя произвольное поведение человека у И. М. Сеченова и рефлекторно, но понимание рефлекса имеет существенные отличия от традиционного для того времени. Под «мозговой машиной» И. М. Сеченов понимал не простое переда­точное устройство внешнего раздражителя на двигательный аппарат, а меха­низм, снабженный несколькими центрально-нервными придатками, от деятель­ности которых зависит конечный эффект воздействия внешнего импульса, т. е. поведение человека: тормозные центры, центры эмоций, память о прежних воз­действиях.

К сожалению, при дальнейшем развитии рефлекторной теории многое из взглядов И. М. Сеченова на произвольность поведения было утеряно, в част­ности исчезло понимание психологических механизмов. Произвольная регу­ляция свелась к условно-рефлекторной, и поведение человека, не говоря уже о поведении животных, во многом опять стало рассматриваться как машино-образное.

Воля: 1) способность осуществлять свои желания, поставленные перед собой цели; 2) созна­тельное стремление к осуществлению чего-нибудь; 3) пожелание, требование; 4) властность, возможность распоряжаться; 5) свобода в проявлении чего-нибудь; 6) свободное состояние (не взаперти, не в тюрьме и т. п.).

Ожегов С. И. Словарь русского языка. М., 1985. С. 82–83

Введение 15

Сложность изучения проблемы воли состоит в том, что как в обыденном, так и в научном сознании воля понимается по-разному. В обыденном сознании она предстает то как свобода («вольный казак», «вольному воля»), то как выражение желания человека (вспомним «Сказку о золотом петушке» А. С. Пушкина: «Волю первую твою / Я исполню как мою»; или, например, в обыденном языке «делать что-то насильно» означает «делать против своей воли, желания»), то как прояв­ление силы характера (противопоставление: волевой — безвольный). Этот разно­бой в обыденном понимании воли нашел отражение и в научном ее понимании двумя противоборствующими направлениями. Одно из них связано со свободой воли, свободой выбора, независимо от внешних обстоятельств, другое — с детер­минизмом, с внешней обусловленностью поведения человека, которая превраща­ет его чуть ли не в автомат.

С аффектами тесно связан следующий класс важных сложных длительных процессов — воле­вые процессы. Часто еще и в наше время принимают волю за особый, специфический психи­ческий элемент или же сущность ее усматривается в представлении действий с известным намерением. Более точное исследование волевого процесса по его субъективным и объек­тивным признакам показывает, однако, что он самым тесным образом связан с аффектами и поэтому может наряду с ними считаться течением чувствований.

Нет ни одного акта воли, в который не входили бы более или менее интенсивные чув­ствования, соединяющиеся в аффект. Характерное отличие волевого процесса от аффекта заключается, в сущности, лишь в конечной стадии непосредственно предшествующего волевому действию и сопровождающего его процесса. Если эта конечная стадия отпада­ет, то остается чистый аффект. Так, например, мы говорим об аффекте гнева, если чело­век выказывает свое гневное возбуждение только в выразительных движениях; напро­тив, мы говорим о действии под влиянием аффекта, если человек в гневе, например, свалит своего противника ударом на пол. Во многих случаях аффекты и их содержания чувствований, образующие конституирующие составные части волевого процесса, бы­вают слабые, но совсем они никогда не отсутствуют. Произвольное действие без аффек­та, на основании чисто интеллектуального обсуждения, как оно допускалось многими философами, вообще не возможно. Но волевые процессы, конечно, отличаются при этом от обыкновенных аффектов некоторыми признаками, придающими воле ее своеобраз­ный характер. Во-первых, определенные, входящие в волевой процесс представления, более или менее окрашенные в чувствования, находятся в непосредственной связи с конечной стадией, волевым поступком, и последний подготовляется этой связью. Мы называем такие подготовляющие, связанные с чувствованиями, представления мотива­ми или «побудительными причинами» действия, «побуждениями» к поступку. Во-вторых, эта конечная стадия состоит из характерных чувствований, которые повторяются при всех волевых явлениях в сходной по существу форме. Обыкновенно мы называем их чувство­ваниями деятельности, активности. Они слагаются… из чувствований возбуждения, на­пряжения и разряда. При этом возбуждение и напряжение предшествуют заключитель­ному действию, разряд в связи с возбуждением сопровождает его и продолжается еще некоторое время спустя.

Вундт В. 2002. С. 44–45

Как тренировать силу воли — Афиша Daily

Если считаете, что у вас нет силы воли, — знайте, вы не один. Мозг большинства людей просто не умеет бороться с искушениями. Почему мы не можем похудеть, бросить курить и перестать смотреть сериалы, объясняет молекулярный биолог Ирина Якутенко, которая совсем скоро выступит на Фестивале премии «Просветитель».

Ирина Якутенко

Молекулярный биолог, автор книги «Воля и самоконтроль: Как гены и мозг мешают нам бороться с соблазнами»

Что такое сила воли?

В науке нет понятия «сила воли», это обывательский термин. Его научный аналог — способность противостоять импульсивному поведению. Что такое импульс? Это сильное желание, которое возникает в моменте под воздействием эмоций и часто противоречит нашим долгосрочным планам. Простой пример: вы сидите на диете, но приходите в гости, где вам предлагают торт. Вы смотрите на него, он такой аппетитный, такой вкусный, должно быть, так восхитительно тает во рту — и вы берете себе кусочек. Потом, конечно, вы будете себя корить: что я сделал, я ведь худею, у меня, даже может быть, проблемы со здоровьем из-за веса. Но поздно, вы не смогли противостоять импульсивному желанию немедленно съесть торт. Однако существуют люди, которые в большинстве случаев способны противостоять импульсивным порывам сделать что-то приятное сейчас, но вредное в долгосрочной перспективе. Именно их мы и называем волевыми.

Кто может проявлять силу воли, а кто — нет?

До недавнего времени считалось, что каждый человек способен развить в себе силу воли, просто большинство не хотят напрягаться, ленятся, распустились — обидных диагнозов очень много. Но последние научные данные показывают, что такой «мудрый» подход к проблеме безволия неверен. В числе прочего это доказывают опыты, в которых исследователи провоцируют людей на импульсивные поступки. Например, знаменитый «зефирный тест». Суть проста: у ребенка есть одна зефирка, и он может либо съесть ее прямо сейчас, либо подождать, пока вернется экспериментатор, который даст ему еще одну зефирину — при условии, что первую малыш не тронет. И оказалось, что примерно треть детей в состоянии удержаться, а две трети — нет. Взрослым в похожих экспериментах предлагают не сладости, а деньги. И они тоже делятся на два лагеря, хотя очевидно, что подождать и забрать большую сумму, гораздо логичнее.

Когда подобные опыты проводятся с использованием функциональной магнитной томографии, при помощи которой можно в режиме реального времени наблюдать работу мозга, оказывается, что мозг людей, которые чаще соглашаются на невыгодные в дальнейшем, но приятные сейчас предложения, работает иначе, чем мозг тех, кто в состоянии противостоять краткосрочному соблазну. Другими словами, у волевых людей мозг изначально более устойчив к импульсивному поведению: он лучше подавляет его. Отличия могут быть самыми разными: либо вредный импульс у них не такой сильный, либо те зоны мозга, которые отвечают за его подавление, работают более мощно или более быстро, либо и то и другое. С точки зрения биохимии «неправильная» работа мозга определяется тем, как в нашей голове вырабатываются нейромедиаторы — химические вещества, которые передают приказы от одной части мозга к другой, в том числе и приказы сопротивляться соблазну или, наоборот, немедленно завладеть им.

И если вам от мамы с папой достались гены, определяющие «неправильную» работу нейромедиаторов, они будут так работать всегда.

Ваш мозг всегда будет плохо подавлять сиюминутные эмоциональные порывы, а значит, вы всегда будете более склонны к импульсивному поведению. И оттого, что вы прочтете миллион статей «Как стать волевым человеком» и будете заниматься каким-то особенным аутотренингом перед зеркалом, гены не поменяются и новый мозг не вырастет.

Что делать, если мне достались «безвольные» гены?

Самое главное — понять и принять, что вы такой и это не изменить. Если вы знаете, что склонны к импульсивному поведению, у вас будут сложности с тем, чтобы побороть какой-нибудь соблазн усилием воли, — потому что инструменты, которые нужны, чтобы это самое усилие проявить, у вас работают плоховато.

Но это не означает, что жизнь кончена и вам суждено растолстеть, стать наркоманом и потерять работу из-за того, что вы будете безостановочно смотреть сериалы. В моей книге есть множество рекомендаций для тех, кто страдает от проблем с силой воли. Они основаны не на условном «здравом смысле» или умозрительных психологических теориях: это итог десятилетий нейробиологических исследований. И одна из ключевых рекомендаций — как можно реже попадать в ситуации, когда вам нужно совершать волевое усилие, проявлять акт сопротивления соблазну. Это как раз то, что многие считают силой воли: когда человек смело глядит на тортик, рюмку или сигарету, гордо отворачивается от них и красиво уходит в закат. Как раз именно этого нужно избежать, потому что мозг, плохо подавляющий импульсы, проиграет битву с эмоциональным порывом. Поэтому, если у вас проблемы со сладким или алкоголем, нужно убрать печеньки и вино из квартиры и не покупать их домой ни под каким предлогом. Если соблазна не будет в зоне досягаемости — вы не сможете ему поддаться.

Нужно использовать безвольный мозг не для изнуряющего и бесполезного сопротивления соблазнам, а для планирования своей жизни таким образом, чтобы как можно меньше с ними сталкиваться.

С нейробиологической точки зрения импульсивное желание сделать что-то — это в первую очередь эмоция, и перебить ее может только более сильная эмоция. Основанному на логике соображению, что это вредно, совладать с порывом не под силу. Эмоции возникли в эволюции значительно раньше, чем «умные» зоны мозга, ответственные за логику и планирование, и они гораздо более мощные. Очень наглядно эта закономерность проявляется, например, у курильщиков: все они прекрасно знают, что курение опасно для здоровья, но пока эта мысль остается на уровне логики, она не способна победить желание затянуться. Но вот когда начинаются реальные проблемы со здоровьем и врач, с тревогой глядя на анализы, говорит: «Если ты не бросишь курить, ты умрешь», возникнет эмоциональный «удар». И страх скорой мучительной смерти может побороть удовольствие от курения. Или страх потерять возлюбленного, если он не выносит курящих.

Подробности по теме

Начну в понедельник: психологи объясняют, как выполнять данные себе обещания

Начну в понедельник: психологи объясняют, как выполнять данные себе обещания

Как мы сами способствуем своему безволию?

Существуют факторы, которые могут усилить наше безволие, даже если мы к нему не склонны — и особенно, если склонны. Например, голод. Для работы мозга нужна глюкоза. Если вы голодны, организм пытается сохранить жизненно важные функции и первым делом отключает высшие отделы, которые возникли в эволюции недавно, и еще неизвестно, способствуют ли выживанию или наоборот. В том числе снижается активность префронтальной коры, а именно этот отдел отвечает за сопротивление эмоциональным порывам. Поэтому, когда люди голодны, они более склонны к импульсивным поступкам. Так что перед важными мероприятиями, где нужно задействовать силу воли, — скажем, беседе с начальником о зарплате — имеет смысл перекусить.

Еще один фактор — стресс. Это не надоевшее слово из глянцевых журналов, а вполне конкретный физиологический механизм, задачей которого было спасти наших предков от экстремальных воздействий и резких изменений окружающей среды. Механизм стресса включается, когда нам нужно быстро реагировать. Поэтому при стрессе также отключаются все «побочные» функции, остаются только самые нужные в данный момент. Кровь приливает к мышцам, вырабатывается адреналин, повышается выносливость, уменьшается чувствительность к боли. Активность медленных высших отделов мозга притупляется, бразды правления отдаются быстрым и мощным отделам, отвечающим за эмоции. Соответственно, в ситуации стресса мы становимся более склонны к импульсивному поведению.

Можно ли безвольного человека заставить что-то сделать?

У безвольных людей слабая внутренняя мотивация, так как ее определяют те самые «волевые» нейромедиаторы, которые у граждан, склонных к импульсивному поведению, плохо работают. Но внешняя мотивация работает всегда. И правильное использование префронтальной коры заключается в том, чтобы искусственно создавать себе внешнее принуждение делать то, что вам нужно, но вы не хотите, — или, наоборот, не делать то, что приятно, но вредно. Это куда разумнее, чем ждать, пока какой-нибудь подходящий форс-мажор заставит вас оторваться от ваших любимых соблазнов. Поэтому в фитнес-клуб лучше покупать не долгосрочный абонемент — по статистике, около 70% людей используют из него максимум два-три занятия, а более дорогие индивидуальные тренировки. Когда у вас есть обязательство не только перед собой, но и перед тренером, который уже ждет в зале, пропустить занятие не так легко. По той же причине люди гораздо эффективнее худеют в компании жены, мужа или друзей: к слабенькой внутренней мотивации прибавляется внешнее давление компании или партнера. Причем оно необязательно должно быть прямым: достаточно нежелания быть хуже других, соревновательности, а иногда поддержки. Такое самостоятельно организованное внешнее принуждение куда приятнее, чем внезапно обрушившийся удар судьбы.

Подробности по теме

Пчелы-убийцы, особые дети и история в мемах: гид по Фестивалю премии «Просветитель»

Пчелы-убийцы, особые дети и история в мемах: гид по Фестивалю премии «Просветитель»

---

С 8 по 11 ноября в Москве проходит Фестиваль премии «Просветитель». Он объединит всех, кто хочет знать, как устроен человек и мир вокруг нас. Каждый день в рамках фестиваля финалисты и лауреаты премии будут читать лекции на самые разные темы — от архитектуры и математики до комиксов и «убийства» языков. В частности, лекция Ирины Якутенко состоится 10 ноября (регистрация обязательна). Подробнее со всей программой можно ознакомиться по этой ссылке.

Эмоционально-волевые процессы

      К. Н. Корнилов считал волевое  усилие основным признаком воли, поэтому дал следующее определение  воли: это «психический процесс,  который характеризуется своеобразным  усилием и получает свое выражение  в сознательных действиях и  поступках человека, направленных  на достижение поставленных целей» [1941, с. 266]. Признание центрального  положения вопроса о волевом  усилии в проблеме воли имеется  в работах В. И. Селиванова, В. К. Калина и других. Однако  встречается и другая точка зрения.

      Ш. Н. Чхартишвили не считал волевое усилие признаком волевого поведения. По этому поводу он писал: «Многие исследователи понимают, что определение воли через признаки интеллекта является недоразумением и находят выход в привнесении в определение воли другой стороны поведения, а именно — момента усилия. Протекание волевых актов зачастую наталкивается на некоторое препятствие, преодоление которого требует внутреннего усилия, своего рода внутреннего напряжения. Этот момент усилия, или способность преодолевать препятствия, объявляется вторым признаком воли.

      Однако внутреннее напряжение, —  продолжал Ш. Н. Чхартишвили, — и способность преодолевать препятствия не чуждо и животному. Птицам требуется исключительное усилие, чтобы преодолеть бурю, свирепствующую в открытом море, и достичь конечной цели своего полета. Зверь, попавший в капкан, совершает колоссальное усилие для того, чтобы вырваться на свободу. Словом, способность совершать усилие, необходимое для преодоления препятствий, возникающих на жизненном пути, присуща всем живым существам, и нет ничего удивительного в том, что человек, приобретя способность сознания, сохранил и это свойство. Однако животное, несмотря на то, что оно в не меньшей мере обладает способностью совершать усилие и бороться с препятствиями, никто не считает существом, обладающим волей» [1967, с. 73]. По поводу последнего утверждения могу заметить — и напрасно. У животных, безусловно, есть зачатки волевого поведения, и одним из них является проявление ими волевого усилия, о чем писал и П. В. Симонов. Ошибка Ш. Н. Чхартишвили, мне представляется, состоит в том, что вместо отрицания волевого усилия как признака воли ему нужно было признать наличие зачатков воли и у животных.

      Устранение волевого усилия из  воли приводит Ш. Н. Чхартишвили к странным заключениям и в отношении поведения человека. Так, он писал: «Алкоголик или наркоман, находящийся в плену укоренившейся потребности в алкоголе или морфии, осознает эту потребность, осознает пути и средства, необходимые для приобретения крепкого напитка или морфия, и зачастую прибегает к максимальному усилию для преодоления препятствий, возникших на его пути к удовлетворению своей потребности. Однако было бы ошибкой считать проявляющиеся в подобных актах поведения осознанность потребности и напряженные усилия производными от воли явлениями и полагать, что чем сильнее и упорнее стремление к удовлетворению подобных неукротимых потребностей, тем сильнее воля. Потребность может активизировать работу сознания в определенном направлении и мобилизовать все силы, необходимые для преодоления препятствия. Но это может не быть действием воли. Поэтому нельзя считать, что в указанных признаках поведения проявляется специфическая особенность воли» [1967. с. 73–74].

      Нельзя не видеть в этом  утверждении отголосков идеологизированного подхода к оценке волевого поведения. Алкоголизм и наркомания считаются в обществе отрицательными наклонностями, поэтому кто эти наклонности не может перебороть, тот безвольный. Но, во-первых, надо спросить у самого алкоголика или наркомана, а хочет ли он их перебороть, а во-вторых, какая разница в проявлении усилия при решении школьником задачи и добывании алкоголиком спиртного? И в том и в другом случае поведение мотивировано, и в том и в другом случае мы наблюдаем произвольное управление усилием (ведь нельзя же полагать, что усилие это проявляется алкоголиком непроизвольно). Поэтому с точки зрения механизмов управления поведением разницы в этих случаях нет. Следовательно, и тот и другой проявляют силу воли при достижении намеченной цели.

      В. А. Иванников пишет: «Признание  усиления мотивации главной функцией  воли отмечалось еще в работах  прошлого века и сегодня содержится  в работах самых разных авторов.  Для объяснения этого феномена  воли предлагались различные  решения, но наибольшее распространение  получила гипотеза о волевом  усилии, исходящем от личности».  И далее В. А. Иванников ставит  вопрос: «Не является ли понятие волевого усилия остатком от постепенного наступления экспериментальных исследований на выяснение природы и механизмов побуждения личностной активности, остатком, не нашедшим пока еще своего объяснения и экспериментальных приемов исследования?… Попытки оправдать введение понятия волевого усилия, исходящего от личности, необходимостью признания собственной активности личности, не вытекающей из наличной ситуации, вряд ли являются состоятельными… Задача заключается не в том, чтобы ввести еще одно побуждающее начало, а в том, чтобы через имеющиеся механизмы найти возможность объяснения свободной самостоятельной активности личности» [1985, с. 50].

      Развивая свои сомнения, В. А.  Иванников пишет, что «наряду  со сферой мотивации личность  становится вторым источником  побуждения к активности, причем  в отличие от мотивов личность  не только побуждает, но и  тормозит активность. Возникающая  при этом теоретическая неловкость, видимо, мало кого смущает, и  в итоге получается, что побуждает  и мотивационная сфера личности, и сама личность, произвольно  создавая волевое усилие» [1985. с. 50].

      Представляется, что никакой неловкости, о которой говорит В. А. Иванников, в действительности нет и быть не может. Ведь возникшая у него неловкость основана на некорректном противопоставлении личности мотиву. Такое противопоставление появилось у автора, очевидно, потому, что за мотив он принял, вслед за А. Н. Леонтьевым, предмет удовлетворения потребности, который находится как бы за пределами личности. В действительности мотив есть личностное образование и одна из составляющих произвольного управления, т. е. воли в широком понимании, и поэтому противопоставлять мотив личности — это все равно, что противопоставлять часть целому. Личность управляет своим поведением как с помощью мотива, так и с помощью волевого усилия, между которыми, как отмечал В. И. Селиванов, действительно имеется качественное различие. Если мотив — это то, ради чего совершается действие, то волевое усилие — это то, посредством чего осуществляется действие в затрудненных условиях. Никто не действует, писал В. И. Селиванов (1974), ради волевого напряжения. Волевое усилие — лишь одно из необходимых средств реализации мотива.

      Поэтому В. К. Калин справедливо  подчеркивает, что если неверно  отрывать мотив от воли или  заменять волю мотивом, то столь  же неверно и мотив подменять понятием «воля».

      В. Шпеер, министр вооружений гитлеровской Германии, писал в своих «Мемуарах» о днях, проведенных под арестом после поражения его государства во Второй мировой войне: «Подчас мне приходила мысль добровольно уйти из жизни… В Крансберге один из ученых-химиков рассказал нам, что если раскрошить сигару, затем растворить в воде и выпить эту смесь, то вполне возможен смертельный исход; я долгое время носил в кармане искрошенную сигару, но, как известно, между намерением и действием дистанция огромного размера» [1997, с. 669].

      Это те случаи, когда «суждены  нам благие порывы, но свершить ничего не дано». Для свершения требуется осуществить волевое усилие.

      Филогенетической предпосылкой  возникновения волевого усилия  является способность животных  к мобилизации усилий для того, чтобы преодолеть встречающиеся  препятствия на пути к биологической  цели. Это так называемое «преградное» поведение животных (П. В. Симонов [1971]). Если бы у них не было этого механизма, животные просто не выжили бы. Нельзя не отметить, что у животных имеется и механизм регуляции таких усилий, их дозирования (вспомним кошку, вспрыгивающую на предметы разной высоты). Но если у животных подобное использование усилий осуществляется непроизвольно, то человек приобретает способность пользоваться этими усилиями сознательно.

      Локке [Locke, 1968] в своих экспериментах показал, что повышение трудности выбираемой цели приводило к более высоким достижениям; они были выше, когда уровень трудности цели был неопределенным или когда от испытуемого требовалось просто «работать как можно лучше». Автор справедливо полагает, что после принятия трудной цели испытуемые были вынуждены мобилизовывать все силы для достижения этой цели. Однако, как отмечают Кукла [Kukla, 1972] и Майер [Meyer, 1976], разработавшие модель «расчета усилий», максимальное увеличение усилий происходит при таком уровне сложности, который, по мнению субъекта, еще является преодолимым. Это тот предел, за которым уровень усилий резко падает.

      В. И. Селиванов писал, что  волевое усилие является одним  из главных средств, с помощью  которых личность осуществляет  власть над своими побуждениями, избирательно пуская в действие  одну мотивационную систему и  затормаживая другую. Регуляция  поведения и деятельности осуществляется  не только опосредованно —  через мотивы — но и прямо,  через мобилизацию, т. е. через волевые усилия.

      В. И. Селиванов, подчеркивая  связь волевого усилия с необходимостью  преодоления препятствий, трудностей, считал, что оно проявляется во  всякой нормальной работе, а не  только в экстремальных ситуациях,  например при утомлении, как  полагают некоторые психологи.  Он утверждал, что «при таком  взгляде на роль волевого усилия  оно выглядит инструментом лишь  неприятного и вредного для  организма деспотического принуждения,  когда работать уже нет мочи, а надо. Несомненно, такие ситуации могут иметь место в жизни человека, особенно в экстремальных условиях. Но это лишь исключение из правила» [1975, с. 20]. Действительно, волевое усилие используется человеком не только при изнеможении, но и на начальной стадии развития утомления (при так называемом компенсированном утомлении), когда человек поддерживает свою работоспособность на заданном уровне без деспотизма и ущерба для здоровья. Да и простое нажатие на динамометр — это тоже проявление волевого усилия.

Как отмечает В. И. Селиванов, центральное место  в диагностике воли (понимаемой им как мобилизация психических  и физических возможностей) занимает измерение волевого усилия, которое  в большей или меньшей мере присутствует в разных волевых действиях.

Волевое усилие качественно отличается от мышечного  усилия, наблюдаемого нами, например, при  поднимании тяжестей, при быстром  беге, а в меньшей мере – при  сдвигании бровей, сжимании челюстей и т. п. В волевом усилии движения часто минимальны, а внутреннее напряжение может быть колоссальным. Примером этого может служить усилие, которое  приходится делать бойцу, остающемуся  на посту под огнем неприятеля, парашютисту, прыгающему с самолета, и т. п.

     При  волевом усилии всегда имеется  и мышечное напряжение. Припоминая какое-нибудь слово или внимательно рассматривая что-либо, мы напрягаем мышцы лба, глаз и т. п. Тем не менее, отождествлять волевое усилие с мышечным напряжением было бы совершенно неверно. Это значило бы лишить волевое усилие его особого содержания.

      [Корнилов К. Н. 1948. С. 326–327]

      Имеется несколько определений  волевого усилия. К. К. Платонов  определял его как переживание  усилия, являющееся обязательным  субъективным компонентом волевого  действия, Б. Н. Смирнов — как  сознательное напряжение психических  и физических возможностей, мобилизующих  и организующих состояние и  деятельность человека ради преодоления  препятствий. Чаще всего под  волевым усилием понимают сознательно  и большей частью осознанно  совершаемое внутреннее усилие  над собой, являющееся толчком  (импульсом) к выбору цели, к  концентрации внимания на объекте,  к началу и остановке движения и т. п.

      В. К. Калин считает волевое  усилие основным операциональным механизмом волевой регуляции. Он определяет волевое усилие как «однонаправленное регулирующее проявление сознания, приводящее к установлению или удержанию необходимого состояния функциональной организации психики» [1989а, с. 53].

      С. И. Ожегов [1985] определяет усилие  как напряжение сил. Именно  в этом значении я понимаю  и волевое усилие: это сознательное  и преднамеренное напряжение  физических и интеллектуальных сил человеком. 

Волевые качества личности и  их формирование. 

Воля человека характеризуется определенными  качествами. Прежде всего, принято выделять силу воли  как обобщенную способность  преодолевать значительные затруднения, возникающие на пути к достижению поставленной цели. Чем серьезнее  препятствие, которое вы преодолели на пути к поставленной цели, тем  сильнее ваша воля. Именно препятствия, преодолеваемые с помощью волевых  усилий, являются объективным показателем  проявления силы воли.

Среди различных  проявлений силы воли принято выделять такие личностные черты, как выдержка  и самообладание,  которые выражаются в умении сдерживать свои чувства, когда  это требуется, в недопущении  импульсивных и необдуманных действий, в умении владеть собой и заставлять себя выполнять задуманное действие, а также воздерживаться от того, что хочется делать, но что представляется неразумным или неправильным.

Другой характеристикой  воли является целеустремленность.  Под целеустремленностью принято  понимать сознательную и активную направленность личности на достижение определенного  результата деятельности. Очень часто, когда говорят о целеустремленности, используют такое понятие, как настойчивость. Это понятие практически тождественно понятию целеустремленности и характеризует стремление человека в достижении поставленной цели даже в самых сложных условиях. Обычно различают целеустремленность стратегическую, т. е. умение руководствоваться во всей своей жизнедеятельности определенными принципами и идеалами, и целеустремленность оперативную, заключающуюся в умении ставить ясные цели для отдельных действий и не отклоняться от них в процессе их достижения.

От настойчивости  принято отличать упрямство. Упрямство  чаще всего выступает как отрицательное  качество человека. Упрямый человек  всегда старается настоять на своем, несмотря на нецелесообразность данного  действия. Как правило, упрямый человек  в своей деятельности руководствуется  не доводами разума, а личными желаниями, вопреки их несостоятельности. По сути, упрямый человек не владеет своей  волей, поскольку он не умеет управлять собой и своими желаниями.

Волевые усилия и их значение в спортивной деятельности

 Волевые усилия и их значение в спортивной деятельности.

Всякое произвольное действие требует для своего совершения определённого, хотя бы минимального, волевого усилия. Волевые усилия отличаются от мышечных. Правда, при всяком волевом усилии имеются какие-то мускульные движения, хотя бы в зачаточной форме. Но эти движения не составляют главного в волевом усилии, для которого характерно состояние внутреннего напряжения. Волевые усилия всегда носят сознательный характер, будучи связаны с более или менее ясным осознанием цели и ожидаемых результатов действия. Наиболее отчётливо волевые усилия выступают именно тогда, когда при совершении волевого акта мы встречаемся с препятствиями для его совершения. Интенсивность волевых усилий прямо пропорциональна затруднениям, которые при этом приходится преодолевать.

Субъективно волевое усилие переживается как особое внутреннее состояние, связанное с преодолением той или иной трудности. Наличие трудностей является обязательным, необходимым условием для проявления волевого усилия. Когда человек действует, не встречая даже самых незначительных препятствий, у него, естественно, отсутствует внутреннее состояние усилия. Величина, или степень волевых усилий и характеризуется теми трудностями, которые преодолеваются с их помощью. В спортивной деятельности волевые усилия могут быть самыми разнообразными по-своему характеру и степени.

Волевые усилия при мышечных напряжениях. Выполнение физических упражнений почти всегда связано с волевыми усилиями. К этим усилиям спортсмена побуждает необходимость совершать в процессе физических упражнений большие или меньшие, но всегда превышающие обычные мышечные напряжения, совершать в разнообразных условиях и именно тогда, когда это надо. Будучи многочисленными и часто повторяемыми, подобные мышечные напряжения, даже незначительные по своей интенсивности, оказывают большое влияние на формирование способностей спортсмена к затрате волевых усилий. Вот почему всякое учебное и тренировочное занятие, требующее сосредоточения внимания, есть в то же время и упражнение по воспитанию способности спортсмена к волевым усилиям. Большое значение при этом имеет борьба с отвлечением внимания, когда те или иные внешние раздражения, чувства или представления стремятся целиком заполнить собой наше сознание и тем самым отвлекают нас от выполняемой работы. Регулируя (по длительности и интенсивности) трудность заданий, требующих от занимающихся напряжения внимания, тренер тем самым воспитывает у них способность к волевым усилиям.

Волевые усилия, связанные с преодолением утомления и чувства усталости. В этом случае волевые усилия направляются на преодоление мышечной инертности, заторможенности, иногда несмотря на своеобразное ощущение боли в мышцах.

Волевые усилия, связанные с соблюдениеем режима, могут быть крайне разнообразными. Соблюдение режима, особенно в начальном периоде тренировки, когда ещё не выработалась привычка к нему, всегда требует значительных усилий, направленных на то, чтобы заставить себя приступить к данному виду занятий точно в установленное время и поддерживать требуемую интенсивность работы в течение всего времени, отведённого на это занятие. Особенностью усилий, связанных с соблюдением режима, является их относительно спокойный, в эмоциональном отношении, характер. Они допускают различные формы смены занятий и детальную дозировку по количеству материала, скорости работы, её продолжительности и пр. Всё это в умелых руках тренера превращает такого рода напряжения в прекрасное средство воспитания способности к волевым усилиям

Волевые усилия, связанные с преодолением опасности и риска. Их особенность — сильная эмоциональная насыщенность, поскольку они направляются на борьбу с отрицательными эмоциональными состояниями: страхом, робостью, растерянностью, смущением и пр.

Увеличение начального крутящего момента и снижение утомляемости

Аннотация

Предпосылки

Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у лиц с травмой спинного мозга (ТСМ) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции. В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы

Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполноценной двигательной системой SCI и у 10 интактных субъектов.Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Результаты

Пиковые крутящие моменты KE снизились до 64% ​​от исходных значений MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток. Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава.Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы

Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Ключевые слова: Усталость, спастичность, верхний двигательный нейрон

Повреждение спинного мозга человека (SCI) связано с потерей волевого двигательного контроля и проявлением спастического двигательного поведения, которое приводит к изменениям в нервно-мышечной целостности. Предыдущие данные продемонстрировали значительную атрофию мышц, преобразование типа волокон ¹ , ² снижение окислительной способности, ³ и изменения трансмембранного ионного обмена ⁴ и кровотока в мышцах ⁵ в мышцах ниже уровня поражения (т. Е. поражения верхних мотонейронов).Эти изменения часто приводят к значительному нервно-мышечному утомлению, определяемому как снижение максимальной способности генерировать силу при повторяющихся или продолжительных сокращениях. ⁶ Оценка утомляемости хронически парализованных мышц обычно выполняется с помощью поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (NMES), которая позволяет обойти поврежденные позвоночные пути в отсутствие волевого контроля. Предыдущие исследования с использованием этого метода продемонстрировали большую утомляемость парализованной мышцы по сравнению с здоровыми субъектами, ⁷ с быстро снижающимся сопротивлением утомлению в течение года после первоначальной травмы спинного мозга. ⁸

Несмотря на многочисленные доказательства снижения сопротивления усталости при полной ТСМ у человека во время НМЭС, было проведено на удивление мало исследований для количественной оценки механизмов измененного производства силы и утомляемости во время произвольных, повторяющихся сокращений у людей с частичным сохранением нисходящих путей после ТСМ. ^9,10 Принимая во внимание растущую распространенность неполноценного моторного спинного мозга, ¹¹ способность многократно генерировать крутящий момент в течение длительного времени, как это происходит во время различных задач (например, передвижения), имеет решающее значение для функциональной независимости.

Целью настоящего исследования было изучить изменения пикового крутящего момента и электромиографической (ЭМГ) активности у лиц с двигательной неполной ТСМ во время повторяющихся сокращений максимальным волевым усилием (MVE) разгибателей колена (KE). С этой целью мы использовали экспериментальную парадигму для выявления волевого утомления, когда испытуемые выполняли повторяющиеся, прерывистые, изометрические МКО. ¹² В соответствии с обширными опубликованными данными от людей с полной травмой спинного мозга, ^13,14 основное ожидание заключалось в том, что субъекты с неполной травмой спинного мозга будут демонстрировать большую утомляемость по сравнению с неврологически интактными людьми.

В предварительном тестировании контрольные субъекты существенно снизили свои пиковые крутящие моменты при повторных MVE, в то время как противоположное поведение наблюдалось у субъектов с неполным SCI. В частности, субъекты с неполной ТСМ продемонстрировали увеличение величины и скорости нарастания крутящего момента KE во время повторяющихся, прерывистых MVE, особенно во время первых нескольких попыток. После 20 повторных MVE значительного снижения пиковых крутящих моментов не наблюдалось, и некоторые испытуемые смогли создать более высокие крутящие моменты KE на 20-м MVE по сравнению с 1-м MVE.Такие данные контрастируют с обширной литературой, предполагающей более высокую утомляемость при травме спинного мозга у человека. ² В настоящем исследовании мы охарактеризовали изменения в величине и скорости нарастания крутящего момента KE и ЭМГ-активности четырехглавой мышцы во время повторных MVE. Мы также демонстрируем повторяемость наблюдаемого поведения как в рамках экспериментальных сессий, так и между ними, а также различия между устойчивыми и прерывистыми MVE. В целом, представленные данные свидетельствуют о последовательном усилении волевой силы при многократных максимальных усилиях, с небольшими доказательствами волевого утомления у людей с неполной травмой спинного мозга.

Методы

Субъекты

Субъекты с ТСМ были набраны из амбулаторных клиник Реабилитационного института Чикаго (RIC). Эксперименты проведены на 14 человек (12 мужчин) с хроническими (> 1 года) неполными двигательными поражениями выше неврологического уровня Т10 (см.). Все субъекты с травмой спинного мозга были классифицированы как C или D по шкале обесценения Американской ассоциации по травмам позвоночника (ASIA) и продемонстрировали остаточную волевую силу KE по крайней мере в одной конечности.Критерии исключения включали наличие в анамнезе множественных поражений ЦНС, травм периферических нервов нижних конечностей или ортопедических травм, которые могут ограничивать сокращение КЕ с максимальным усилием, что определяется путем изучения медицинских записей. Рефлекторные ответы на сухожилие у разгибателей колена у всех субъектов с травмой спинного мозга были признаны гипервозбудимыми или находящимися в пределах нормы во время клинического обследования. Ни один из субъектов не принимал лекарства против спастичности во время исследования, и у всех был предыдущий опыт использования тестирующего устройства во время однократных, но не повторяющихся сокращений MVE разгибателей KE.Все субъекты также были осведомлены о протоколе исследования по оценке волевого утомления, но не знали о предварительных данных или гипотезе. Еще 10 человек (8 мужчин) того же возраста и без неврологических или ортопедических травм также участвовали в исследовании. Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Северо-Западного университета.

Таблица 1

Номер субъекта	Возраст (лет)	Продолжительность пост-ТСМ (месяцев)	Неврологический уровень	Классификация ASIA	LEMS
1	48	282	C5	D	39
2	39	46	C5	C	15
3	43	58	C4	D	39
4	37	38	C4	D	50
5	30	48	T6	D	42
6	30	105	C6	D	44
7	59	44	T8	D	49
8	52	50	T8	D	50
9	44	88	C6	C	29
10	36	115	C5	D	31
11	49	74	C5	D	36
12	44	133	C5	D	47
13	32	80	C5	C	27
14	58	396	T7	C	21

Экспериментальный план

Эксперименты длились приблизительно 1 к 1.5 часов. Испытуемые сидели в кресле с регулируемой высотой испытательного аппарата (Система 3; Biodex Medical Systems, Ширли, Нью-Йорк), бедра были удобно согнуты под углом от 80 до 90 °, а колени располагались под углом 90 °. Дистальный стержень прикрепляли к динамометру, который был соединен с тензодатчиком с 6 степенями свободы (ATI, Apex, NC), используемым для расчета крутящих моментов в суставах. Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами при 200 Гц и собраны при 1000 Гц. Поверхностная ЭМГ регистрировалась с использованием активных биполярных электродов (Delsys, Бостон, Массачусетс), накладываемых на кожу над латеральной широкой мышцей бедра (VL), медиальной широкой мышцей бедра (VM), прямой мышцей бедра (RF) и медиальным подколенным сухожилием (MH).Сигналы усиливались (× 1000), фильтровались с частотой от 20 до 450 Гц и дискретизировались с частотой 1000 Гц одновременно с данными крутящего момента.

Экспериментальный протокол

Данные по крутящему моменту и ЭМГ были собраны у всех субъектов с ТСМ на более пораженной конечности, как было определено во время клинической оценки с использованием моторной оценки одной конечности нижней конечности (LEMS), ¹⁵ и позже подтвержденных различиями в центральной активации соотношения (CAR) между конечностями. У 7 субъектов различия в силе нижних конечностей между конечностями были обнаружены во время клинических испытаний, и данные были собраны для обеих конечностей в отдельные дни, в результате чего получено 21 экспериментальное испытание.Все испытуемые начинали каждый сеанс с выполнения 3-х базовых MVE, каждое продолжительностью от 3 до 8 секунд с интервалом> 1 минуты между попытками. Испытуемые были проинструктированы как можно сильнее и быстрее разгибать колено с сильной словесной поддержкой. Никакой визуальной обратной связи не было предоставлено субъектам во время исходных или повторных MVE. Во время каждого из исходных MVE супрамаксимальная последовательность электростимуляции ¹⁶ (10 импульсов, длительность 600 мкс, 100 Гц, 135 В; S48 Grass, West Warwick, RI) была доставлена ​​в четырехглавую мышцу через себя 3 ″ × 5 ″. -адгезивные стимулирующие электроды (ConMed Corp, Ютика, Нью-Йорк), размещенные над дистальной VM и проксимальной VL.Стимуляция запускалась экспериментаторами вручную, когда крутящий момент KE достигал пика и визуально казалось, что он достигает плато. Электрический крутящий момент использовался для оценки произвольной активации KE.

После базовых сокращений субъекты выполнили 20 последовательных МКО, направленных на выявление утомляемости четырехглавой мышцы. Каждый MVE поддерживался в течение 5 секунд с 5-секундным периодом восстановления между попытками, ¹² с словесным поощрением, предоставляемым во время каждой MVE. Электростимуляция накладывалась на 5, 10, 15 и 20-ю MVE.Испытуемые отдыхали в течение 10 минут после 20 максимальных усилий, за которыми следовала однократная MVE.

Повторяемость наблюдаемых явлений как между сеансами, так и в рамках одного сеанса была проверена на подгруппе субъектов с использованием 2 отдельных протоколов, выполняемых в отдельные дни. Чтобы оценить согласованность между сеансами, 7 человек, которые выполнили первоначальный эксперимент, вернулись в лабораторию в течение 5 дней и были повторно протестированы с использованием идентичного протокола (20 повторных MVE) с той же конечностью.В отдельной серии экспериментов, проведенных в другой день, мы протестировали внутрисессионную повторяемость увеличения крутящего момента во время первых 5 повторных MVE. После исходных усилий 7 субъектов выполнили 3 испытания по 5 повторных MVE (5 секунд MVE / 5 секунд отдыха) с интервалом> 5 минут между испытаниями.

В отдельной серии экспериментов мы определили, приведет ли устойчивый MVE к аналогичному увеличению крутящего момента KE, наблюдаемому во время повторных MVE. После базового тестирования, как описано выше, 7 субъектов с SCI (1 субъект тестировался с двух сторон в отдельные дни) и 6 контрольных субъектов выполняли устойчивую MVE в течение ~ 30 секунд во время одновременной записи крутящего момента KE и четырехглавой мышцы и ЭМГ MH.Вербальное поощрение обеспечивалось на протяжении всего продолжительного сокращения, без визуальной обратной связи и без применения электростимуляции к сокращению.

Сбор и анализ данных

Данные были получены и проанализированы с использованием специального программного обеспечения LabView (National Instruments Austin, TX). Электромиографические сигналы сначала фильтровались с нулевым запаздыванием по фазе, полосовым фильтром Баттерворта 4-го порядка при частотах от 58 до 62 Гц, чтобы удалить любой шум 60 Гц. Затем сигналы ЭМГ выпрямлялись и сглаживались с использованием фильтра нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой 10 Гц для создания линейной огибающей для дальнейшего анализа.Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц с использованием фильтра Баттерворта 4-го порядка с нулевой фазовой задержкой. Пик крутящего момента определялся для каждого сжатия, а затем усреднялся период, соответствующий ± 50 мс, для представления максимального крутящего момента. Наибольший крутящий момент, проявленный во время трех базовых MVE, использовался для нормализации крутящих моментов KE субъекта во время повторяющихся сокращений. Активность ЭМГ во время повторных сокращений также была нормализована к средней активности ЭМГ, присутствующей от 0 до 100 мс перед пиковым крутящим моментом, обнаруженным во время исходных усилий.Суммарная ЭМГ-активность разгибателей рассчитывалась как среднее значение нормализованной (% увеличения) активности ВН, ВМ и РФ. Активность MH EMG анализировали для оценки изменений активности антагонистов во время повторных MVE. Произвольная активация количественно определялась как коэффициент центральной активации (CAR = T _{, произвольный} / T _{, электрический,} ), где T _{, произвольный,} относится к произвольному моменту, создаваемому за 100 мс до электростимуляции, а T _electric относится к пику электрически. вызвал крутящий момент KE. ¹⁷ CAR был определен во время исходного и 5-го, 10-го, 15-го и 20-го повторных MVE со значениями <1,00, которые, как полагают, позволяют оценить степень неудачи активации (см., Однако, работы Кендалла и др., Куистры и др., Герберта и Гандевии). ^18–20 ).

Изменения в скорости развития крутящего момента были рассчитаны как продолжительность между 20% и 80% MVE. ²¹ Из-за характера протокола утомления T _20–80 был рассчитан только для исходных усилий и первых трех повторных MVE (т.е. крутящий момент снизился <80% у контрольных субъектов).Аналогичные оценки скорости увеличения ЭМГ были сделаны для объединенной, сглаженной активности четырехглавой мышцы (ЭМГ _20–80 ) со 100% объединенной ЭМГ, установленной, как описано.

Данные в тексте представлены как среднее ± стандартное отклонение, а данные на рисунках представляют собой стандартные ошибки. Все статистические анализы были выполнены с использованием компьютерного программного обеспечения (Statview; SAS Institute, NC) с α = 0,05. Нормальность данных оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, при этом для данных, которые не были нормально распределены, использовались непараметрические тесты.Различия в базовых значениях крутящего момента KE и значений CAR между группами испытуемых анализировались с использованием тестов Манна-Уитни U . Сравнение крутящего момента и ЭМГ-ответов проводилось с использованием данных, нормализованных к пиковым исходным сокращениям, со специфическими сравнениями между исходными, с 1-го по 5-й, 10-й, 15-й и 20-й MVE с использованием параметрической статистики. Двусторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) использовался для оценки различий как в нормализованном (% от пикового исходного уровня), так и в абсолютном изменении (Н · м) крутящего момента и активности ЭМГ (изменение в%) между группами субъектов, полученными в течение первых 20 MVE. .Однофакторные повторные измерения ANOVA или тесты t с последующим апостериорным анализом Тьюки-Крамера использовали при необходимости для определения индивидуальных различий после получения значимых результатов. Повторяемость наблюдаемых данных оценивалась с использованием парных сравнений или повторных ANOVA, если необходимо. Корреляционный и регрессионный анализы между ключевыми переменными были определены с использованием моментов произведения Пирсона и пошаговой множественной линейной регрессии.

Результаты

Пиковый крутящий момент KE был определен как самый высокий из 3 исходных (т. Е. Исходных) MVE без значительных различий между 3 попытками у субъектов с травмой спинного мозга (χ ² = 1.69, P = 0,43). Значительные различия в максимальных крутящих моментах KE наблюдались между группами субъектов, при этом субъекты SCI (74 ± 54 Нм) генерировали значительно более низкие крутящие моменты, чем контрольные субъекты (226 ± 91 Нм; тест Манна-Уитни U ; P <0,001). Контрольные субъекты продемонстрировали значения CAR 0,97 ± 0,04 во время исходных MVE, что согласуется с предыдущими сообщениями о значениях CAR у молодых и пожилых субъектов. ²² Напротив, средний CAR для субъектов с травмой спинного мозга был равен 0.52 ± 0,27 (критерий Манна-Уитни U , P <0,0001).

Крутящий момент и ЭМГ-активность во время повторных MVE

Для повторных MVE наблюдались существенно разные паттерны волевой активации у репрезентативных контрольных () и SCI () субъектов. Немедленное и постепенное снижение крутящего момента KE и ЭМГ четырехглавой мышцы от пикового исходного уровня MVE наблюдалось у контрольного субъекта при повторных усилиях. Напротив, несмотря на существенно более низкие пиковые крутящие моменты KE, субъект с SCI показал заметное увеличение крутящего момента и ЭМГ четырехглавой мышцы по сравнению с исходным MVE при повторных сокращениях, особенно во время первых 5 усилий.Кроме того, только небольшое снижение крутящего момента KE наблюдалось на 20-м MVE у субъекта с SCI. Через 10 минут пиковый крутящий момент KE во время одного MVE приблизительно соответствовал исходному базовому или первому повторному MVE.

Изменения крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности

Примечание: Типичные примеры изменений крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности со стороны латеральной широкой мышцы бедра, медиальной широкой мышцы бедра, прямой мышцы бедра и медиального подколенного сухожилия во время исходных и повторных максимальных волевых усилий (МВЭ) в репрезентативный контроль (A) и субъект с повреждением спинного мозга (SCI, B), за которым следовала однократная MVE через 10 минут после повторных попыток.Коэффициенты центральной активации определяли во время исходных усилий, при каждом 5-м повторении MVE и через 10 минут после повторных попыток.

Представлены данные о популяции из 21 экспериментального испытания (14 субъектов), данные проанализированы после нормализации крутящих моментов KE и активности ЭМГ до наивысшего индивидуального исходного значения MVE. Статистический анализ крутящих моментов KE был выполнен с использованием как нормализованных значений (выраженных в процентах от базовой линии), так и абсолютных изменений крутящего момента от базовой линии, что дало аналогичные результаты.Значительные основные эффекты для нормализованного крутящего момента наблюдались для группы субъектов ( P <0,001) и повторных усилий ( P <.0001) со значительным взаимодействием ( P <0,0001;). Апостериорные повторные измерения ANOVA для повторных усилий выявил значительное снижение пикового крутящего момента у контрольных субъектов, при этом тесты Тьюки-Крамера выявили различия на 3-м (89 ± 6,1% от исходного уровня, или 13 ± 20 Нм снижение) через 20-е усилие (снижение до 65 ± 10% от исходного уровня, или снижение на 66 ± 27 Нм).Напротив, значительное увеличение крутящих моментов KE у субъектов SCI наблюдалось при 3-м и 4-м MVE по сравнению с исходным уровнем или 1-м усилием, с максимальным улучшением на 15 ± 15% (увеличение на 11 ± 11 Нм) на 3-м MVE. Кроме того, крутящие моменты KE у субъектов с травмой спинного мозга не уменьшились значительно после последнего (20-го) MVE (85 ± 26%; снижение на 10 ± 22 Нм). Значительные различия ( P <0,01) в крутящем моменте между группами и внутри группы SCI также наблюдались, когда менее пораженная конечность испытуемых с обеих сторон была исключена из анализа.

Крутящие моменты KE и ЭМГ-активность четырехглавой мышцы

Примечание: усредненные, нормализованные пиковые моменты разгибателей колена (KE) (A) и объединенная электромиографическая (ЭМГ) активность четырехглавой мышцы (B) во время 1-5, 10, 15 и 20-го повторных максимальных волевые усилия (MVE) при повреждении спинного мозга (SCI; черный) и контрольной (серый) субъектах. Звездочки (*) указывают на значительное увеличение крутящего момента или ЭМГ во время повторных по сравнению с исходным уровнем MVE при травме спинного мозга или уменьшение крутящего момента у контрольных субъектов. (C) Также показана значимая корреляция между пиковыми крутящими моментами KE и объединенной ЭМГ для первых 5 повторных MVE у субъектов SCI ( P <.001).

Изменения значений CAR во время повторных MVE указали на небольшое, но незначительное снижение по сравнению с исходными значениями у контрольных субъектов (диапазон 0,93–0,95). У субъектов с травмой спинного мозга значения CAR во время 5-го MVE (0,54 ± 0,27) были значительно выше, чем CAR для 15-го (0,48 ± 0,27) и 20-го усилия (0,47 ± 0,28), но не отличались по сравнению с исходными усилиями.

ЭМГ четырехглавой мышцы была записана во время 20/21 экспериментальных испытаний (технические трудности с записью ЭМГ за 1 сеанс).Мышечная активность обычно увеличивалась во время первых нескольких повторных MVE у субъектов SCI и оставалась повышенной при постоянных усилиях. демонстрирует изменения объединенной активности ЭМГ от ВН, ВМ и РФ во время повторных сокращений у субъектов с травмой спинного мозга, с данными, нормализованными до максимального исходного усилия. Суммарная ЭМГ увеличивалась до 26% при 3-м и 4-м повторных MVE и сохранялась (увеличение на 10 ± 26%) при 20-м усилии. Напротив, контрольные субъекты продемонстрировали меньшее, несущественное увеличение объединенной активности ЭМГ (увеличение на 8 ± 13% при 3-м усилии) с минимальным снижением во время повторных MVE (97 ± 20% от исходного уровня при 20-м усилии).Значимые основные эффекты при повторных усилиях ( P <0,01), но не в группе, наблюдались без значительного взаимодействия. Апостериорный анализ показал, что объединенная ЭМГ была значительно увеличена на 3-5-м MVE по сравнению с исходной ЭМГ у субъектов с ТСМ, хотя у контрольных субъектов не наблюдалось значительных изменений. Нормализованные объединенные ЭМГ-ответы субъектов SCI достоверно коррелировали с пиковыми крутящими моментами KE во время первых 5 повторных MVE ( r =.725; P <0,001; ).

Анализ активности отдельных четырехглавых мышц у субъектов с травмой спинного мозга выявил самые большие изменения в VL EMG (143 ± 81% от исходного уровня на 5-й MVE), которые несколько снизились при повторных попытках. Меньшие увеличения наблюдались в VM с максимальными значениями при 5-м усилии (увеличение на 19 ± 42% при 5-м MVE) и RF, которое первоначально увеличивалось (увеличение на 11 ± 37% при 3-м MVE), а затем снижалось. Не было значительных различий между группами мышц при повторных усилиях ( P >.10). Поэтапный анализ множественной линейной регрессии показал, что активность VL была наибольшим вкладом в ответ на увеличенный крутящий момент ( r = 0,595; P <0,001) с незначительным вкладом со стороны других мышц. Кроме того, активность MH существенно не изменилась во время повторных MVE (диапазон средних значений от 88 до 100% от исходного уровня; P > 0,05), что свидетельствует о незначительном изменении активности антагонистов во время повторных попыток.

Повышенная скорость нарастания крутящего момента и ЭМГ с повторяющимися MVE

Скорость нарастания крутящего момента KE () значительно увеличивалась при повторных MVE в SCI, но не в контрольной группе.Расчет T _20–80 был выполнен только для первых 3 повторных MVE, потому что некоторые контрольные субъекты не смогли создать 80% своего пикового базового момента к 4-му MVE. Все участники SCI смогли создать> 80% базовых значений крутящего момента для первых 5 усилий и смогли снизить крутящий момент KE ниже 20% от пикового базового значения между повторными попытками. Значения T _20–80 для контрольных субъектов составляли 257 ± 99 мс во время начальных MVE и не претерпели существенных изменений во время 2-го (257 ± 118 мс) или 3-го сокращения (313 ± 181 мс).Для субъектов с травмой спинного мозга значения T _20–80 были намного больше при первом MVE (895 ± 879 мс), но значительно снизились при втором (449 ± 693 мс) и третьем (535 ± 837 мс) сокращениях ( P < 0,001).

Репрезентативные данные

Примечание: (A) Один субъект с травмой спинного мозга (SCI), показывающий увеличивающуюся скорость увеличения крутящего момента (обозначенную более короткой продолжительностью T _20–80 ; серые полосы) во время первых трех повторных максимальных волевых усилий ( MVEs). (B) Средние изменения T _20–80 и EMG _20–80 у субъектов с SCI.Различия в T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го до 2-го повторных MVE значимо коррелировали ( r = 725; P <0,001). ЭМГ, электромиографические данные.

Чтобы определить, были ли изменения в скорости увеличения крутящего момента вызваны изменениями в активации мышц, EMG _20–80 был рассчитан на основе линейных огибающих для первых 3 MVE с использованием точек данных, первоначально идентифицированных T _20–80 значений (см. Раздел Методы).Такие данные были доступны только для 16 экспериментальных испытаний (14 субъектов), поскольку некоторые люди не смогли снизить суммарную активность ЭМГ ниже 20% от максимальных значений между последовательными попытками. демонстрирует изменения как T _20–80 , так и EMG _20–80 во время первых 3 MVE с аналогичными модуляциями скорости крутящего момента и увеличения EMG ( P <0,05 для повторных измерений ANOVA для EMG _{20– 80} ). Изменения T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го ко 2-му повторным MVE достоверно коррелировали ( r =.748; P <0,01).

Увеличение крутящего момента KE зависело от волевой активации

У субъектов с SCI увеличение крутящего момента KE во время повторных усилий зависело от волевой активации четырехглавой мышцы. Существенная отрицательная взаимосвязь наблюдалась между наивысшим процентным увеличением крутящего момента KE (наблюдаемым во время первых 5 повторных MVE) и значениями CAR, полученными на исходном уровне ( r = -,656; P <0,01;). Когда пиковое увеличение крутящих моментов KE выражается в абсолютных значениях (Нм), наблюдается умеренная криволинейная зависимость ( r =.616; P <0,05; ), где у пациентов с очень высоким или очень низким CAR наблюдался меньший рост при повторных MVE.

Корреляция между значениями CAR

Примечание: значимая отрицательная корреляция ( P <.001) между значениями коэффициента центральной активации (CAR), определенными во время базовых максимальных волевых усилий, и наибольшим относительным (процентным) увеличением крутящего момента в период с 1-го по 5-е. демонстрируется повторяющееся усилие (A) со значительной криволинейной зависимостью, когда абсолютное пиковое увеличение крутящего момента разгибателей колена (KE) отображается в зависимости от CAR (B).

Повторяемость увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE

Для оценки повторяемости наблюдаемого поведения 7 субъектов с SCI, выбранных по удобству из пула субъектов, вернулись в течение 5 дней (диапазон 2–5 дней) для повторного тестирования (среднее значение CAR = 0,60; диапазон 0,35–0,84). Во время повторной оценки идентичный экспериментальный протокол был выполнен на той же ноге с той же рукой момента. Парные сравнения не выявили существенной разницы в исходном крутящем моменте KE между днями (день 1: 74 ± 24 Нм против дня 2: 75 ± 40 Нм; P =.83), и двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал отсутствие значительных различий в относительной величине или динамике генерации крутящего момента KE между днями ( P = 0,86). Нормализованные пиковые крутящие моменты KE отличались <4% во время повторных попыток, что указывает на очень незначительное влияние практики и / или обучения на наблюдаемое явление.

Семь субъектов SCI выполнили второй протокол для определения внутрисессионной повторяемости увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE (среднее значение CAR = 0.57; диапазон 0,31–0,78). В отдельном сеансе испытуемые выполнили только 5 повторных MVE (например, 5 секунд включения, 5 секунд отдыха) не менее 3 раз с перерывами между усилиями> 5 минут. Нормированные крутящие моменты KE представлены в, при этом увеличение крутящих моментов KE постоянно наблюдается во всех попытках. Наблюдалось небольшое увеличение нормализованных крутящих моментов KE во время 2-х повторных попыток, хотя относительное увеличение было одинаковым в 3-х испытаниях ( P = 0,56).

Изменения в крутящих моментах KE

Примечание: (A) Повторяемость наблюдаемых изменений крутящих моментов в разгибателях коленного сустава (KE) была протестирована на 7 испытуемых с травмой спинного мозга в разные дни (<5 дней между сессиями) с использованием идентичной парадигмы тестирования. из 20 повторных максимальных волевых усилий.(B) Оценка повторяемости увеличения крутящего момента KE в течение первых 5 повторных усилий была проведена в тот же день. При повторном тестировании были небольшие, несущественные различия. MVE, максимальное добровольное усилие.

Повышенные крутящие моменты MVE во время прерывистых по сравнению с постоянными усилиями

Чтобы уменьшить опасения, что увеличение крутящих моментов KE и ЭМГ четырехглавой мышцы во время повторяющихся MVE происходит из-за недостаточного времени, позволяемого достичь пиковых крутящих моментов KE, были проведены дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, могут ли длительные MVE вызывать повышенный эфферентный выброс.В отдельные дни и после определения пиковых крутящих моментов KE во время исходных MVE 7 субъектов SCI (1 тестировался с двух сторон) выполняли однократную длительную MVE в течение ~ 30 секунд. Данные для одного объекта показаны в, где крутящий момент KE постепенно увеличивался в течение первых 15 секунд, а затем достиг плато. Примечательно, что наблюдается повышенная вариабельность сигналов крутящего момента, выявляющая клоническую двигательную активность на частоте ~ 7 Гц. ²³ Такие данные присутствовали во время как повторяющихся, прерывистых, так и продолжительных сокращений у субъектов с ТСМ, но не были очевидны у контрольных субъектов.Индивидуальные ЭМГ четырехглавой мышцы также увеличивались, причем наибольшее увеличение по сравнению с исходными уровнями наблюдалось в ВН, что согласуется с данными, собранными во время повторных MVE.

Изменения крутящего момента KE и активности ЭМГ

Примечание: (A) Данные отдельных испытуемых об изменениях крутящего момента разгибателей колена (KE) и электромиографической (ЭМГ) активности в течение длительного (~ 30 секунд) максимального волевого усилия (MVE). (B) Изменения пиковых крутящих моментов KE во время повторяющихся (черные кружки) по сравнению с постоянными (серые кружки) усилий при травме спинного мозга.Значительное увеличение крутящих моментов KE наблюдалось только при прерывистых MVE, при этом пиковые крутящие моменты KE постоянно превышали те, которые были достигнуты при длительных усилиях. ВЛ, латеральная широкая мышца бедра; VM, broadus medialis; RF, rectus femoris; MH, медиальное подколенное сухожилие.

отображает средние изменения крутящих моментов KE во время продолжительных (30 секунд) MVE по сравнению с повторяющимися, прерывистыми MVE для 7 субъектов, завершивших оба сеанса тестирования. Во время длительных MVE пиковые крутящие моменты определялись каждые 5 секунд в течение первых 25 секунд сокращения (т. Е. Пять 5-секундных эпох анализа данных).Как описано ранее, значительное увеличение пиковых крутящих моментов KE наблюдалось во время периодических MVE, выполненных во время этих 8 испытаний ( P <0,01), хотя у тех же испытуемых не наблюдалось значительного увеличения крутящих моментов KE при длительных усилиях ( P = 0,72). Только 1 субъект значительно увеличил свои крутящие моменты KE (т. Е.> 50%) во время длительных MVE, тогда как все остальные участники продемонстрировали пиковые крутящие моменты KE <12% по сравнению с исходными MVE. У каждого испытуемого максимальное увеличение крутящего момента в суставе во время первых 5 повторных сокращений MVE всегда было больше, чем пиковые крутящие моменты, возникающие во время длительных сокращений MVE (разница 17 ± 8.3%; P <0,01 при парных сравнениях). Напротив, 6 интактных субъектов, которые выполняли устойчивые сокращения MVE, продемонстрировали снижение пикового крутящего момента к последней 5-секундной эпохе (20–25-я секунда) со значительным снижением до 85 ± 19% от их исходной исходной выходной мощности крутящего момента ( P <.05), что соответствует ранее опубликованным отчетам. ²⁴ Не было разницы в снижении крутящего момента во время повторных и прерывистых MVE у контрольных субъектов ( P =.66).

Оценка объединенной активности ЭМГ показала очень небольшое изменение эфферентного влечения почти у всех субъектов (92 ± 21% от исходного уровня), за исключением одного субъекта, который продемонстрировал значительное увеличение крутящего момента КЭ (т. Е. Объединенная активность ЭМГ> 200%). исходных MVE). CAR этого субъекта составлял 0,32, что указывало на существенную слабость четырехглавой мышцы, вторичную по отношению к снижению произвольной активации. Однако другие субъекты с более низким CAR продемонстрировали уменьшение, а не увеличение крутящего момента EMG и KE во время устойчивых MVE.

Обсуждение

Главный вывод настоящего исследования заключался в том, что у субъектов с неполной двигательной ТСМ не наблюдалось значительного снижения максимального крутящего момента во время выполнения установленной экспериментальной парадигмы для оценки волевой утомляемости. Скорее, выполнение повторяющихся прерывистых MVE постоянно приводило к кратковременным улучшениям крутящего момента KE и EMG. Настоящие данные представляют собой существенное отклонение от большого объема литературы, указывающей на усиление мышечной усталости у пациентов с ТСМ, использующих парадигму NMES, по сравнению с неврологически здоровыми людьми. ¹³

Минимальное свидетельство утомляемости при повторных MVE

Множественные механизмы могут объяснять результаты снижения утомляемости у неповрежденной двигательной SCI по сравнению с интактными субъектами. Например, сниженная волевая активация (т.е. низкие значения CAR) может минимизировать периферическую сократительную недостаточность во время повторных MVE и снизить утомляемость. Этим также может объясняться отсроченная утомляемость (то есть увеличенное время выносливости), наблюдавшаяся ранее другими во время субмаксимальных волевых усилий у субъектов с неполной травмой спинного мозга. ⁹ Наши данные о снижении волевой активации у субъектов с травмой спинного мозга также могут минимизировать окклюзию кровотока с помощью повторных MVE и уменьшить наступление утомляемости, ²⁵ , хотя вклад этих механизмов в наши наблюдения неясен.

Связанное объяснение наблюдаемых различий между контрольными субъектами и субъектами SCI могло быть измененной мотивацией во время выполнения повторных MVE. В частности, как снижение мотивации, так и нарушение целостности надспинальных путей могут ограничивать волевую активацию в нашей популяции с травмой спинного мозга и, возможно, способствовать уменьшению свидетельств усталости.Мы не можем отдельно количественно оценить относительный вклад каждого фактора, хотя всем участникам SCI и контрольной группе было предоставлено аналогичное поощрение, и они категорически заявили, что они прилагали максимальные усилия, несмотря на заметные различия в их поведении. Стабильность базовых пиковых крутящих моментов у субъектов с травмой спинного мозга между днями тестирования и повторяемость наших наблюдений как внутри, так и между сессиями свидетельствуют о том, что наши наблюдения связаны с физиологическими, а не мотивационными различиями между группами испытуемых.

Наши данные также резко контрастируют с опубликованными сообщениями о повышенной утомляемости при полной травме спинного мозга и могут быть объяснены как минимум двумя конкретными механизмами. Повышенная ежедневная активность нижних конечностей у субъектов с двигательной неполноценной травмой спинного мозга, особенно амбулаторных, может компенсировать многие пагубные нервно-мышечные изменения, связанные с травмой спинного мозга и неиспользованием. Действительно, у субъектов с нарушенной активацией выбранных двигательных единиц компенсирующее повышенное волевое воздействие на мотонейроны, которые получают больший нисходящий синаптический сигнал, может увеличивать сопротивление усталости иннервируемых мышечных волокон при продолжении их использования.Кроме того, наличие спастического моторного поведения у всех испытуемых могло способствовать сохранению мышечных волокон типа I после травмы, ²⁶ , тем самым потенциально сводя к минимуму степень нервно-мышечной усталости и способствуя настоящим результатам (см., Однако, Harris et al. ²⁷ ). Хотя мы не оценивали нервно-мышечную утомляемость у контрольных субъектов по сравнению с SCI с использованием NMES, ⁷ недавний отчет показал небольшую разницу в мышечных свойствах между субъектами с неполным SCI и контрольными участниками, ²⁸ , хотя дальнейшее исследование этого вопроса является оправданным.

Еще одним вероятным объяснением различий между нынешними и предыдущими исследованиями травм спинного мозга у людей является методология, используемая для оценки утомляемости. В частности, NMES требуется в исследованиях, проводимых на субъектах с полной травмой спинного мозга, и задействует двигательные единицы пространственно-фиксированным и синхронным во времени образом, ²⁹ с некоторыми доказательствами предпочтительной активации более крупных, быстро утомляемых волокон (см., Однако, Binder -Macleod et al ³⁰ и Feiereisen et al ³¹ ).Таким образом, использование NMES устраняет гибкость нервной системы для изменения рекрутирования моторных единиц и стратегий кодирования скорости, которые позволяют поддерживать волевую силу во время утомляющих усилий. ³² Хотя вызванная NMES усталость может быть частично компенсирована изменением частоты стимуляции ³³ (см., Однако, Fuglevand and Keen ³⁴ ), доказательства большей мышечной усталости во время электрических сокращений по сравнению с произвольными сокращениями у интактных субъектов хорошо известны. ³² Действительно, поддержание повышения паттернов ЭМГ во время последнего повторного усилия предполагает, что центральные механизмы играют существенную роль в наблюдаемом сопротивлении утомлению. Что еще более важно, увеличение ЭМГ четырехглавой мышцы было значительно связано с увеличением крутящего момента KE, что представляет основной интерес в текущем исследовании.

Повышенная центральная активация во время «утомительных» усилий

Обнаружение увеличения крутящего момента KE было изначально неожиданным и, насколько нам известно, ранее не описывалось.Последние данные описывают улучшения в производстве произвольного вращающего момента (29 ± 8,2%) и скорости развития вращающего момента (T _20–80 ; 77 ± 103 мс) у субъектов с неполной травмой спинного мозга после 12 недель тренировок с отягощениями / плиометрической тренировки. ³³ В настоящем исследовании примерно половина этого увеличения крутящего момента KE была реализована во время повторяющихся MVE с резким увеличением скорости создания силы. В то время как потенциация мышц может частично способствовать полученным результатам, ³⁵ увеличивающаяся величина и скорость увеличения крутящего момента KE сильно коррелировали с увеличением активности четырехглавой мышцы, в первую очередь VL, мышечной активности, что указывает на центральное (то есть спинномозговое или надспинальное) происхождение наблюдаемого поведения. .Минимальные изменения в MH EMG дополнительно указывают на небольшой вклад снижения активации антагонистов в увеличение крутящих моментов KE. Наблюдение увеличенного крутящего момента также было постоянным в одни и те же дни или в разные дни, что свидетельствует о незначительном влиянии обучения или адаптации на тестирующую аппаратуру. Кроме того, пиковый крутящий момент KE, генерируемый во время повторяющихся MVE, не был результатом недостаточной продолжительности для достижения максимального эфферентного привода, поскольку устойчивые MVE последовательно приводили к меньшему увеличению выходного пикового крутящего момента.

Потенциальные факторы, способствующие увеличению эфферентного выброса, включают усиленные супраспинальные или сегментарные входы и / или модуляцию внутренней возбудимости мотонейронов. Например, хорошо известен феномен послетренировочного облегчения кортикомотонейрональной возбудимости: увеличение моторных вызванных потенциалов (МВП) наблюдается при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) после волевых сокращений различной продолжительности и интенсивности у интактных субъектов. ^36,37 Некоторые предположили супраспинальное происхождение поведения, поскольку прямая транскраниальная электрическая стимуляция (TES), как предполагается, активирует проксимальные сегменты аксонов пирамидных клеток, ³⁷ не вызывает увеличения постконтрактных MEP.Более свежие данные предполагают, что TES может активировать внутрикортикальные контуры, однако, ³⁸ и вклад изменений в нисходящее влечение неясен.

Синаптический вход от афферентных путей также может способствовать изменению мышечной силы во время повторных MVE, хотя большинство исследований было сосредоточено на проприоцептивных воздействиях, которые способствуют развитию утомляемости (например, нарушение возбуждающего влечения Ia ³⁹ или усиление в группе III– IV афферентное торможение ⁴⁰ ).С другой стороны, в нескольких исследованиях обсуждается вклад повышенного возбуждающего афферентного драйва во время повторных сокращений ⁴¹ , хотя недавние данные предполагают наличие спинномозгового локуса для увеличения эфферентного выброса в аналогичных условиях. ⁴² В частности, непрерывный или повторяющийся афферентный ввод, как это происходит при вибрации сухожилий ⁴³ или низкоинтенсивный импульс с большой шириной (1 мс) NMES, ⁴⁴ , может вызвать длительный повышенный моторный разряд, который действует дольше афферентного стимула.Такое поведение приписывают стойким внутренним (Ca ²⁺ и Na ⁺ ) токам (PIC) в мотонейронах позвоночника, ⁴⁵ , которые вызывают повышенную и / или устойчивую деполяризацию (то есть потенциалы плато). Кроме того, активация PIC зависит от времени и характеризуется уменьшением деполяризации, необходимой для активации этих токов (т. Е. Снижение порога PIC) с повторяющимися стимулами (т. Е. «Разогревом» или «возбуждением»), поскольку наблюдается при спастической двигательной активности при ТСМ человека. ^46,47 В самом деле, проявление спастической моторной активности при SCI также было связано с активностью PIC, ⁴⁵ , при которой устойчивый моторный выход (то есть спазмы) может происходить в отсутствие непрерывного синаптического входа. В нашем текущем исследовании моторный выход во время повторяющихся прерывистых или устойчивых MVE часто демонстрировал характеристики спастического моторного поведения (т. Е. Клонической активности;). Несколько исследований связали активность PIC с измененной волевой силой в SCI человека, хотя модели активации двигательных единиц, соответствующие активности PIC у контрольных субъектов ⁴⁸ , наблюдались у субъектов SCI во время волевых усилий. ⁴⁹ В то время как относительный вклад спинномозговых и супраспинальных изменений, лежащих в основе увеличения эфферентного влечения во время повторных MVE, неясен, настоящие данные и потенциальные объяснения обеспечивают основу для проверяемых гипотез для определения механизмов, лежащих в основе увеличенного крутящего момента и активности ЭМГ при многократных максимальных усилиях. ⁵⁰

Различия между устойчивыми и прерывистыми MVE

Чтобы определить, наблюдалось бы подобное увеличение эфферентного выхода, если бы субъектов SCI просто попросили поддерживать их MVE, мы обнаружили меньшее увеличение крутящего момента KE или ЭМГ четырехглавой мышцы, особенно по сравнению с повторные MVE.Предыдущие исследования с участием интактных субъектов связывали различия в утомляемости во время длительных и прерывистых сокращений с подавлением рефлекса с помощью афферентных разрядов III – IV групп, активируемых сниженным удалением метаболитов с закупоркой кровотока, ⁵¹ с потенциально большей утомляемостью в мышцах разгибателях по сравнению с мышцами-сгибателями. в верхних конечностях. ⁴⁰ Механизмы, лежащие в основе облегчения моментов KE, могут, следовательно, маскироваться во время устойчивых MVE за счет увеличения отрицательной обратной связи от афферентов групп III – IV.Однако механизм, посредством которого группа III – IV обратная связь подавляет пулы мотонейронов разгибателей и сгибателей в нижних конечностях, особенно у субъектов с травмой спинного мозга, не совсем понятен и требует дальнейшего изучения.

Ограничения

Ограничения текущего исследования необходимо устранить. В частности, испытуемые из контрольной группы и SCI не получали визуальной обратной связи во время выполнения MVE. Этого избегали намеренно, чтобы свести к минимуму любые ожидания испытуемых во время максимальных «утомляющих» усилий.Неясно, повлияло ли предоставление визуальной обратной связи крутящих моментов KE на наши результаты у субъектов SCI, и требуется исследование.

Во-вторых, увеличение крутящего момента KE, наблюдаемое у пациентов, было связано с оценкой волевой активации (CAR), которая оценивалась с использованием высокоинтенсивной NMES, применяемой во время исходных или повторных усилий. Точность CAR для определения произвольной активации с использованием различных параметров стимуляции подвергалась сомнению, ^16,19 с другими данными, предполагающими, что современные электрофизиологические методы могут привести к переоценке произвольной активации. ¹⁸ В настоящем исследовании, однако, определение CAR было выполнено только для того, чтобы обеспечить приближение произвольной активации и ее вклада в первичные результаты. Использование различных методов для оценки произвольной активации может представлять интерес при неполной SCI, хотя, вероятно, не изменит общий вывод о том, что увеличение силы с повторяющимися MVE зависит от способности произвольно генерировать крутящие моменты KE.

Наконец, отсутствие определения конкретных механизмов, лежащих в основе основных результатов (например, увеличенного крутящего момента и снижения утомляемости), является ограничением в данной статье и является предметом будущей работы. ⁵⁰ В частности, центральные механизмы, лежащие в основе увеличения произвольного момента при неполной травме спинного мозга, являются неопределенными, поскольку изменения в рекрутировании и / или скорости разряда двигательных единиц могут объяснять повышенную активность ЭМГ при повторных максимальных усилиях и не могут быть точно оценены из поверхностные записи. ⁵² Такие записи могут также предоставить дополнительную информацию о потенциальном вкладе PIC в настоящую работу, как это было выполнено ранее. ⁴²

Клиническая значимость

Связь между нынешними наблюдениями увеличения волевой двигательной активности и генерации спастической двигательной активности при хронической травме спинного мозга представляет собой интересную дихотомию в ведении пациентов с травмой спинного мозга.Говоря более конкретно, спастическая двигательная активность традиционно рассматривалась как негативное последствие неврологического повреждения и подавляется фармакологическим вмешательством. Однако возможный механизм, лежащий в основе наблюдаемого явления, в частности, PIC-активность, связан с проявлением спастических двигательных моделей поведения при травме спинного мозга у человека. Кроме того, многие люди с травмой спинного мозга продемонстрировали волевую активность, указывающую на спастичность / спазмы во время повторных или продолжительных МВЭ (т. Е.). Это открытие можно интерпретировать как повышенную синхронизацию двигательных единиц во время сокращений средней и высокой интенсивности, что может объяснить повышенную активность ЭМГ и изменчивость силы. ⁵³ С другой стороны, такое поведение согласуется с гипотезой о том, что субъекты использовали свою непроизвольную рефлекторную активность (например, «спастичность») для увеличения крутящих моментов KE. Как у интактных субъектов, так и у субъектов с травмой спинного мозга, рефлекторная активация во время статического ⁵⁴ и динамического ⁵⁵ поведения имеет решающее значение для генерации и поддержания волевой моторной отдачи. Действительно, специалисты по реабилитационной медицине давно признали, что субъекты с травмой спинного мозга часто используют свое спастическое поведение для выполнения функциональных задач ⁵⁶ (см. Комментарий Дитца ⁵⁷ ).Кроме того, почти все испытуемые смогли минимизировать свои крутящие моменты и ЭМГ между повторными MVE до менее 20% от пикового исходного уровня сокращений. Объединенные данные показывают, что усиленная эфферентная активность в значительной степени контролировалась посредством произвольного инициирования и прекращения, независимо от рефлекторного и внутреннего мотонейронального вклада. Несмотря на отсутствие идентифицированных механизмов, текущие данные представляют собой «резерв» эфферентного привода, используемого в неполном SCI во время повторяющихся MVE для увеличения пиковых крутящих моментов.Можно ли использовать этот резерв с помощью конкретных вмешательств для повышения силы — это область будущих исследований.

Начальное увеличение крутящего момента и снижение утомляемости

Abstract

Предпосылки

Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у людей с травмой спинного мозга (SCI) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции. В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы

Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполноценной двигательной системой SCI и у 10 интактных субъектов. Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Результаты

Пиковые крутящие моменты KE снизились до 64% ​​от исходных значений MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток.Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава. Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы

Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Ключевые слова: Усталость, спастичность, верхний двигательный нейрон

Повреждение спинного мозга человека (SCI) связано с потерей волевого двигательного контроля и проявлением спастического двигательного поведения, которое приводит к изменениям в нервно-мышечной целостности.Предыдущие данные продемонстрировали значительную атрофию мышц, преобразование типа волокон ¹ , ² снижение окислительной способности, ³ и изменения трансмембранного ионного обмена ⁴ и кровотока в мышцах ⁵ в мышцах ниже уровня поражения (т. Е. поражения верхних мотонейронов). Эти изменения часто приводят к значительному нервно-мышечному утомлению, определяемому как снижение максимальной способности генерировать силу при повторяющихся или продолжительных сокращениях. ⁶ Оценка утомляемости хронически парализованных мышц обычно выполняется с помощью поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (NMES), которая позволяет обойти поврежденные позвоночные пути в отсутствие волевого контроля.Предыдущие исследования с использованием этого метода продемонстрировали большую утомляемость парализованной мышцы по сравнению с здоровыми субъектами, ⁷ с быстро снижающимся сопротивлением утомлению в течение года после первоначальной травмы спинного мозга. ⁸

Несмотря на многочисленные доказательства снижения сопротивления усталости при полной ТСМ у человека во время НМЭС, было проведено на удивление мало исследований для количественной оценки механизмов измененного производства силы и утомляемости во время произвольных, повторяющихся сокращений у людей с частичным сохранением нисходящих путей после ТСМ. ^9,10 Принимая во внимание растущую распространенность неполноценного моторного спинного мозга, ¹¹ способность многократно генерировать крутящий момент в течение длительного времени, как это происходит во время различных задач (например, передвижения), имеет решающее значение для функциональной независимости.

Целью настоящего исследования было изучить изменения пикового крутящего момента и электромиографической (ЭМГ) активности у лиц с двигательной неполной ТСМ во время повторяющихся сокращений максимальным волевым усилием (MVE) разгибателей колена (KE).С этой целью мы использовали экспериментальную парадигму для выявления волевого утомления, когда испытуемые выполняли повторяющиеся, прерывистые, изометрические МКО. ¹² В соответствии с обширными опубликованными данными от людей с полной травмой спинного мозга, ^13,14 основное ожидание заключалось в том, что субъекты с неполной травмой спинного мозга будут демонстрировать большую утомляемость по сравнению с неврологически интактными людьми.

В предварительном тестировании контрольные субъекты существенно снизили свои пиковые крутящие моменты при повторных MVE, в то время как противоположное поведение наблюдалось у субъектов с неполным SCI.В частности, субъекты с неполной ТСМ продемонстрировали увеличение величины и скорости нарастания крутящего момента KE во время повторяющихся, прерывистых MVE, особенно во время первых нескольких попыток. После 20 повторных MVE значительного снижения пиковых крутящих моментов не наблюдалось, и некоторые испытуемые смогли создать более высокие крутящие моменты KE на 20-м MVE по сравнению с 1-м MVE. Такие данные контрастируют с обширной литературой, предполагающей более высокую утомляемость при травме спинного мозга у человека. ² В настоящем исследовании мы охарактеризовали изменения в величине и скорости нарастания крутящего момента KE и ЭМГ-активности четырехглавой мышцы во время повторных MVE.Мы также демонстрируем повторяемость наблюдаемого поведения как в рамках экспериментальных сессий, так и между ними, а также различия между устойчивыми и прерывистыми MVE. В целом, представленные данные свидетельствуют о последовательном усилении волевой силы при многократных максимальных усилиях, с небольшими доказательствами волевого утомления у людей с неполной травмой спинного мозга.

Методы

Субъекты

Субъекты с ТСМ были набраны из амбулаторных клиник Реабилитационного института Чикаго (RIC).Эксперименты проведены на 14 человек (12 мужчин) с хроническими (> 1 года) неполными двигательными поражениями выше неврологического уровня Т10 (см.). Все субъекты с травмой спинного мозга были классифицированы как C или D по шкале обесценения Американской ассоциации по травмам позвоночника (ASIA) и продемонстрировали остаточную волевую силу KE по крайней мере в одной конечности. Критерии исключения включали наличие в анамнезе множественных поражений ЦНС, травм периферических нервов нижних конечностей или ортопедических травм, которые могут ограничивать сокращение КЕ с максимальным усилием, что определяется путем изучения медицинских записей.Рефлекторные ответы на сухожилие у разгибателей колена у всех субъектов с травмой спинного мозга были признаны гипервозбудимыми или находящимися в пределах нормы во время клинического обследования. Ни один из субъектов не принимал лекарства против спастичности во время исследования, и у всех был предыдущий опыт использования тестирующего устройства во время однократных, но не повторяющихся сокращений MVE разгибателей KE. Все субъекты также были осведомлены о протоколе исследования по оценке волевого утомления, но не знали о предварительных данных или гипотезе. Еще 10 человек (8 мужчин) того же возраста и без неврологических или ортопедических травм также участвовали в исследовании.Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Северо-Западного университета.

Таблица 1

Номер субъекта	Возраст (лет)	Продолжительность пост-ТСМ (месяцев)	Неврологический уровень	Классификация ASIA	LEMS
1	48	282	C5	D	39
2	39	46	C5	C	15
3	43	58	C4	D	39
4	37	38	C4	D	50
5	30	48	T6	D	42
6	30	105	C6	D	44
7	59	44	T8	D	49
8	52	50	T8	D	50
9	44	88	C6	C	29
10	36	115	C5	D	31
11	49	74	C5	D	36
12	44	133	C5	D	47
13	32	80	C5	C	27
14	58	396	T7	C	21

Экспериментальный план

Эксперименты длились приблизительно 1 к 1.5 часов. Испытуемые сидели в кресле с регулируемой высотой испытательного аппарата (Система 3; Biodex Medical Systems, Ширли, Нью-Йорк), бедра были удобно согнуты под углом от 80 до 90 °, а колени располагались под углом 90 °. Дистальный стержень прикрепляли к динамометру, который был соединен с тензодатчиком с 6 степенями свободы (ATI, Apex, NC), используемым для расчета крутящих моментов в суставах. Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами при 200 Гц и собраны при 1000 Гц. Поверхностная ЭМГ регистрировалась с использованием активных биполярных электродов (Delsys, Бостон, Массачусетс), накладываемых на кожу над латеральной широкой мышцей бедра (VL), медиальной широкой мышцей бедра (VM), прямой мышцей бедра (RF) и медиальным подколенным сухожилием (MH).Сигналы усиливались (× 1000), фильтровались с частотой от 20 до 450 Гц и дискретизировались с частотой 1000 Гц одновременно с данными крутящего момента.

Экспериментальный протокол

Данные по крутящему моменту и ЭМГ были собраны у всех субъектов с ТСМ на более пораженной конечности, как было определено во время клинической оценки с использованием моторной оценки одной конечности нижней конечности (LEMS), ¹⁵ и позже подтвержденных различиями в центральной активации соотношения (CAR) между конечностями. У 7 субъектов различия в силе нижних конечностей между конечностями были обнаружены во время клинических испытаний, и данные были собраны для обеих конечностей в отдельные дни, в результате чего получено 21 экспериментальное испытание.Все испытуемые начинали каждый сеанс с выполнения 3-х базовых MVE, каждое продолжительностью от 3 до 8 секунд с интервалом> 1 минуты между попытками. Испытуемые были проинструктированы как можно сильнее и быстрее разгибать колено с сильной словесной поддержкой. Никакой визуальной обратной связи не было предоставлено субъектам во время исходных или повторных MVE. Во время каждого из исходных MVE супрамаксимальная последовательность электростимуляции ¹⁶ (10 импульсов, длительность 600 мкс, 100 Гц, 135 В; S48 Grass, West Warwick, RI) была доставлена ​​в четырехглавую мышцу через себя 3 ″ × 5 ″. -адгезивные стимулирующие электроды (ConMed Corp, Ютика, Нью-Йорк), размещенные над дистальной VM и проксимальной VL.Стимуляция запускалась экспериментаторами вручную, когда крутящий момент KE достигал пика и визуально казалось, что он достигает плато. Электрический крутящий момент использовался для оценки произвольной активации KE.

После базовых сокращений субъекты выполнили 20 последовательных МКО, направленных на выявление утомляемости четырехглавой мышцы. Каждый MVE поддерживался в течение 5 секунд с 5-секундным периодом восстановления между попытками, ¹² с словесным поощрением, предоставляемым во время каждой MVE. Электростимуляция накладывалась на 5, 10, 15 и 20-ю MVE.Испытуемые отдыхали в течение 10 минут после 20 максимальных усилий, за которыми следовала однократная MVE.

Повторяемость наблюдаемых явлений как между сеансами, так и в рамках одного сеанса была проверена на подгруппе субъектов с использованием 2 отдельных протоколов, выполняемых в отдельные дни. Чтобы оценить согласованность между сеансами, 7 человек, которые выполнили первоначальный эксперимент, вернулись в лабораторию в течение 5 дней и были повторно протестированы с использованием идентичного протокола (20 повторных MVE) с той же конечностью.В отдельной серии экспериментов, проведенных в другой день, мы протестировали внутрисессионную повторяемость увеличения крутящего момента во время первых 5 повторных MVE. После исходных усилий 7 субъектов выполнили 3 испытания по 5 повторных MVE (5 секунд MVE / 5 секунд отдыха) с интервалом> 5 минут между испытаниями.

В отдельной серии экспериментов мы определили, приведет ли устойчивый MVE к аналогичному увеличению крутящего момента KE, наблюдаемому во время повторных MVE. После базового тестирования, как описано выше, 7 субъектов с SCI (1 субъект тестировался с двух сторон в отдельные дни) и 6 контрольных субъектов выполняли устойчивую MVE в течение ~ 30 секунд во время одновременной записи крутящего момента KE и четырехглавой мышцы и ЭМГ MH.Вербальное поощрение обеспечивалось на протяжении всего продолжительного сокращения, без визуальной обратной связи и без применения электростимуляции к сокращению.

Сбор и анализ данных

Данные были получены и проанализированы с использованием специального программного обеспечения LabView (National Instruments Austin, TX). Электромиографические сигналы сначала фильтровались с нулевым запаздыванием по фазе, полосовым фильтром Баттерворта 4-го порядка при частотах от 58 до 62 Гц, чтобы удалить любой шум 60 Гц. Затем сигналы ЭМГ выпрямлялись и сглаживались с использованием фильтра нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой 10 Гц для создания линейной огибающей для дальнейшего анализа.Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц с использованием фильтра Баттерворта 4-го порядка с нулевой фазовой задержкой. Пик крутящего момента определялся для каждого сжатия, а затем усреднялся период, соответствующий ± 50 мс, для представления максимального крутящего момента. Наибольший крутящий момент, проявленный во время трех базовых MVE, использовался для нормализации крутящих моментов KE субъекта во время повторяющихся сокращений. Активность ЭМГ во время повторных сокращений также была нормализована к средней активности ЭМГ, присутствующей от 0 до 100 мс перед пиковым крутящим моментом, обнаруженным во время исходных усилий.Суммарная ЭМГ-активность разгибателей рассчитывалась как среднее значение нормализованной (% увеличения) активности ВН, ВМ и РФ. Активность MH EMG анализировали для оценки изменений активности антагонистов во время повторных MVE. Произвольная активация количественно определялась как коэффициент центральной активации (CAR = T _{, произвольный} / T _{, электрический,} ), где T _{, произвольный,} относится к произвольному моменту, создаваемому за 100 мс до электростимуляции, а T _electric относится к пику электрически. вызвал крутящий момент KE. ¹⁷ CAR был определен во время исходного и 5-го, 10-го, 15-го и 20-го повторных MVE со значениями <1,00, которые, как полагают, позволяют оценить степень неудачи активации (см., Однако, работы Кендалла и др., Куистры и др., Герберта и Гандевии). ^18–20 ).

Изменения в скорости развития крутящего момента были рассчитаны как продолжительность между 20% и 80% MVE. ²¹ Из-за характера протокола утомления T _20–80 был рассчитан только для исходных усилий и первых трех повторных MVE (т.е. крутящий момент снизился <80% у контрольных субъектов).Аналогичные оценки скорости увеличения ЭМГ были сделаны для объединенной, сглаженной активности четырехглавой мышцы (ЭМГ _20–80 ) со 100% объединенной ЭМГ, установленной, как описано.

Данные в тексте представлены как среднее ± стандартное отклонение, а данные на рисунках представляют собой стандартные ошибки. Все статистические анализы были выполнены с использованием компьютерного программного обеспечения (Statview; SAS Institute, NC) с α = 0,05. Нормальность данных оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, при этом для данных, которые не были нормально распределены, использовались непараметрические тесты.Различия в базовых значениях крутящего момента KE и значений CAR между группами испытуемых анализировались с использованием тестов Манна-Уитни U . Сравнение крутящего момента и ЭМГ-ответов проводилось с использованием данных, нормализованных к пиковым исходным сокращениям, со специфическими сравнениями между исходными, с 1-го по 5-й, 10-й, 15-й и 20-й MVE с использованием параметрической статистики. Двусторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) использовался для оценки различий как в нормализованном (% от пикового исходного уровня), так и в абсолютном изменении (Н · м) крутящего момента и активности ЭМГ (изменение в%) между группами субъектов, полученными в течение первых 20 MVE. .Однофакторные повторные измерения ANOVA или тесты t с последующим апостериорным анализом Тьюки-Крамера использовали при необходимости для определения индивидуальных различий после получения значимых результатов. Повторяемость наблюдаемых данных оценивалась с использованием парных сравнений или повторных ANOVA, если необходимо. Корреляционный и регрессионный анализы между ключевыми переменными были определены с использованием моментов произведения Пирсона и пошаговой множественной линейной регрессии.

Результаты

Пиковый крутящий момент KE был определен как самый высокий из 3 исходных (т. Е. Исходных) MVE без значительных различий между 3 попытками у субъектов с травмой спинного мозга (χ ² = 1.69, P = 0,43). Значительные различия в максимальных крутящих моментах KE наблюдались между группами субъектов, при этом субъекты SCI (74 ± 54 Нм) генерировали значительно более низкие крутящие моменты, чем контрольные субъекты (226 ± 91 Нм; тест Манна-Уитни U ; P <0,001). Контрольные субъекты продемонстрировали значения CAR 0,97 ± 0,04 во время исходных MVE, что согласуется с предыдущими сообщениями о значениях CAR у молодых и пожилых субъектов. ²² Напротив, средний CAR для субъектов с травмой спинного мозга был равен 0.52 ± 0,27 (критерий Манна-Уитни U , P <0,0001).

Крутящий момент и ЭМГ-активность во время повторных MVE

Для повторных MVE наблюдались существенно разные паттерны волевой активации у репрезентативных контрольных () и SCI () субъектов. Немедленное и постепенное снижение крутящего момента KE и ЭМГ четырехглавой мышцы от пикового исходного уровня MVE наблюдалось у контрольного субъекта при повторных усилиях. Напротив, несмотря на существенно более низкие пиковые крутящие моменты KE, субъект с SCI показал заметное увеличение крутящего момента и ЭМГ четырехглавой мышцы по сравнению с исходным MVE при повторных сокращениях, особенно во время первых 5 усилий.Кроме того, только небольшое снижение крутящего момента KE наблюдалось на 20-м MVE у субъекта с SCI. Через 10 минут пиковый крутящий момент KE во время одного MVE приблизительно соответствовал исходному базовому или первому повторному MVE.

Изменения крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности

Примечание: Типичные примеры изменений крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности со стороны латеральной широкой мышцы бедра, медиальной широкой мышцы бедра, прямой мышцы бедра и медиального подколенного сухожилия во время исходных и повторных максимальных волевых усилий (МВЭ) в репрезентативный контроль (A) и субъект с повреждением спинного мозга (SCI, B), за которым следовала однократная MVE через 10 минут после повторных попыток.Коэффициенты центральной активации определяли во время исходных усилий, при каждом 5-м повторении MVE и через 10 минут после повторных попыток.

Представлены данные о популяции из 21 экспериментального испытания (14 субъектов), данные проанализированы после нормализации крутящих моментов KE и активности ЭМГ до наивысшего индивидуального исходного значения MVE. Статистический анализ крутящих моментов KE был выполнен с использованием как нормализованных значений (выраженных в процентах от базовой линии), так и абсолютных изменений крутящего момента от базовой линии, что дало аналогичные результаты.Значительные основные эффекты для нормализованного крутящего момента наблюдались для группы субъектов ( P <0,001) и повторных усилий ( P <.0001) со значительным взаимодействием ( P <0,0001;). Апостериорные повторные измерения ANOVA для повторных усилий выявил значительное снижение пикового крутящего момента у контрольных субъектов, при этом тесты Тьюки-Крамера выявили различия на 3-м (89 ± 6,1% от исходного уровня, или 13 ± 20 Нм снижение) через 20-е усилие (снижение до 65 ± 10% от исходного уровня, или снижение на 66 ± 27 Нм).Напротив, значительное увеличение крутящих моментов KE у субъектов SCI наблюдалось при 3-м и 4-м MVE по сравнению с исходным уровнем или 1-м усилием, с максимальным улучшением на 15 ± 15% (увеличение на 11 ± 11 Нм) на 3-м MVE. Кроме того, крутящие моменты KE у субъектов с травмой спинного мозга не уменьшились значительно после последнего (20-го) MVE (85 ± 26%; снижение на 10 ± 22 Нм). Значительные различия ( P <0,01) в крутящем моменте между группами и внутри группы SCI также наблюдались, когда менее пораженная конечность испытуемых с обеих сторон была исключена из анализа.

Крутящие моменты KE и ЭМГ-активность четырехглавой мышцы

Примечание: усредненные, нормализованные пиковые моменты разгибателей колена (KE) (A) и объединенная электромиографическая (ЭМГ) активность четырехглавой мышцы (B) во время 1-5, 10, 15 и 20-го повторных максимальных волевые усилия (MVE) при повреждении спинного мозга (SCI; черный) и контрольной (серый) субъектах. Звездочки (*) указывают на значительное увеличение крутящего момента или ЭМГ во время повторных по сравнению с исходным уровнем MVE при травме спинного мозга или уменьшение крутящего момента у контрольных субъектов. (C) Также показана значимая корреляция между пиковыми крутящими моментами KE и объединенной ЭМГ для первых 5 повторных MVE у субъектов SCI ( P <.001).

Изменения значений CAR во время повторных MVE указали на небольшое, но незначительное снижение по сравнению с исходными значениями у контрольных субъектов (диапазон 0,93–0,95). У субъектов с травмой спинного мозга значения CAR во время 5-го MVE (0,54 ± 0,27) были значительно выше, чем CAR для 15-го (0,48 ± 0,27) и 20-го усилия (0,47 ± 0,28), но не отличались по сравнению с исходными усилиями.

ЭМГ четырехглавой мышцы была записана во время 20/21 экспериментальных испытаний (технические трудности с записью ЭМГ за 1 сеанс).Мышечная активность обычно увеличивалась во время первых нескольких повторных MVE у субъектов SCI и оставалась повышенной при постоянных усилиях. демонстрирует изменения объединенной активности ЭМГ от ВН, ВМ и РФ во время повторных сокращений у субъектов с травмой спинного мозга, с данными, нормализованными до максимального исходного усилия. Суммарная ЭМГ увеличивалась до 26% при 3-м и 4-м повторных MVE и сохранялась (увеличение на 10 ± 26%) при 20-м усилии. Напротив, контрольные субъекты продемонстрировали меньшее, несущественное увеличение объединенной активности ЭМГ (увеличение на 8 ± 13% при 3-м усилии) с минимальным снижением во время повторных MVE (97 ± 20% от исходного уровня при 20-м усилии).Значимые основные эффекты при повторных усилиях ( P <0,01), но не в группе, наблюдались без значительного взаимодействия. Апостериорный анализ показал, что объединенная ЭМГ была значительно увеличена на 3-5-м MVE по сравнению с исходной ЭМГ у субъектов с ТСМ, хотя у контрольных субъектов не наблюдалось значительных изменений. Нормализованные объединенные ЭМГ-ответы субъектов SCI достоверно коррелировали с пиковыми крутящими моментами KE во время первых 5 повторных MVE ( r =.725; P <0,001; ).

Анализ активности отдельных четырехглавых мышц у субъектов с травмой спинного мозга выявил самые большие изменения в VL EMG (143 ± 81% от исходного уровня на 5-й MVE), которые несколько снизились при повторных попытках. Меньшие увеличения наблюдались в VM с максимальными значениями при 5-м усилии (увеличение на 19 ± 42% при 5-м MVE) и RF, которое первоначально увеличивалось (увеличение на 11 ± 37% при 3-м MVE), а затем снижалось. Не было значительных различий между группами мышц при повторных усилиях ( P >.10). Поэтапный анализ множественной линейной регрессии показал, что активность VL была наибольшим вкладом в ответ на увеличенный крутящий момент ( r = 0,595; P <0,001) с незначительным вкладом со стороны других мышц. Кроме того, активность MH существенно не изменилась во время повторных MVE (диапазон средних значений от 88 до 100% от исходного уровня; P > 0,05), что свидетельствует о незначительном изменении активности антагонистов во время повторных попыток.

Повышенная скорость нарастания крутящего момента и ЭМГ с повторяющимися MVE

Скорость нарастания крутящего момента KE () значительно увеличивалась при повторных MVE в SCI, но не в контрольной группе.Расчет T _20–80 был выполнен только для первых 3 повторных MVE, потому что некоторые контрольные субъекты не смогли создать 80% своего пикового базового момента к 4-му MVE. Все участники SCI смогли создать> 80% базовых значений крутящего момента для первых 5 усилий и смогли снизить крутящий момент KE ниже 20% от пикового базового значения между повторными попытками. Значения T _20–80 для контрольных субъектов составляли 257 ± 99 мс во время начальных MVE и не претерпели существенных изменений во время 2-го (257 ± 118 мс) или 3-го сокращения (313 ± 181 мс).Для субъектов с травмой спинного мозга значения T _20–80 были намного больше при первом MVE (895 ± 879 мс), но значительно снизились при втором (449 ± 693 мс) и третьем (535 ± 837 мс) сокращениях ( P < 0,001).

Репрезентативные данные

Примечание: (A) Один субъект с травмой спинного мозга (SCI), показывающий увеличивающуюся скорость увеличения крутящего момента (обозначенную более короткой продолжительностью T _20–80 ; серые полосы) во время первых трех повторных максимальных волевых усилий ( MVEs). (B) Средние изменения T _20–80 и EMG _20–80 у субъектов с SCI.Различия в T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го до 2-го повторных MVE значимо коррелировали ( r = 725; P <0,001). ЭМГ, электромиографические данные.

Чтобы определить, были ли изменения в скорости увеличения крутящего момента вызваны изменениями в активации мышц, EMG _20–80 был рассчитан на основе линейных огибающих для первых 3 MVE с использованием точек данных, первоначально идентифицированных T _20–80 значений (см. Раздел Методы).Такие данные были доступны только для 16 экспериментальных испытаний (14 субъектов), поскольку некоторые люди не смогли снизить суммарную активность ЭМГ ниже 20% от максимальных значений между последовательными попытками. демонстрирует изменения как T _20–80 , так и EMG _20–80 во время первых 3 MVE с аналогичными модуляциями скорости крутящего момента и увеличения EMG ( P <0,05 для повторных измерений ANOVA для EMG _{20– 80} ). Изменения T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го ко 2-му повторным MVE достоверно коррелировали ( r =.748; P <0,01).

Увеличение крутящего момента KE зависело от волевой активации

У субъектов с SCI увеличение крутящего момента KE во время повторных усилий зависело от волевой активации четырехглавой мышцы. Существенная отрицательная взаимосвязь наблюдалась между наивысшим процентным увеличением крутящего момента KE (наблюдаемым во время первых 5 повторных MVE) и значениями CAR, полученными на исходном уровне ( r = -,656; P <0,01;). Когда пиковое увеличение крутящих моментов KE выражается в абсолютных значениях (Нм), наблюдается умеренная криволинейная зависимость ( r =.616; P <0,05; ), где у пациентов с очень высоким или очень низким CAR наблюдался меньший рост при повторных MVE.

Корреляция между значениями CAR

Примечание: значимая отрицательная корреляция ( P <.001) между значениями коэффициента центральной активации (CAR), определенными во время базовых максимальных волевых усилий, и наибольшим относительным (процентным) увеличением крутящего момента в период с 1-го по 5-е. демонстрируется повторяющееся усилие (A) со значительной криволинейной зависимостью, когда абсолютное пиковое увеличение крутящего момента разгибателей колена (KE) отображается в зависимости от CAR (B).

Повторяемость увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE

Для оценки повторяемости наблюдаемого поведения 7 субъектов с SCI, выбранных по удобству из пула субъектов, вернулись в течение 5 дней (диапазон 2–5 дней) для повторного тестирования (среднее значение CAR = 0,60; диапазон 0,35–0,84). Во время повторной оценки идентичный экспериментальный протокол был выполнен на той же ноге с той же рукой момента. Парные сравнения не выявили существенной разницы в исходном крутящем моменте KE между днями (день 1: 74 ± 24 Нм против дня 2: 75 ± 40 Нм; P =.83), и двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал отсутствие значительных различий в относительной величине или динамике генерации крутящего момента KE между днями ( P = 0,86). Нормализованные пиковые крутящие моменты KE отличались <4% во время повторных попыток, что указывает на очень незначительное влияние практики и / или обучения на наблюдаемое явление.

Семь субъектов SCI выполнили второй протокол для определения внутрисессионной повторяемости увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE (среднее значение CAR = 0.57; диапазон 0,31–0,78). В отдельном сеансе испытуемые выполнили только 5 повторных MVE (например, 5 секунд включения, 5 секунд отдыха) не менее 3 раз с перерывами между усилиями> 5 минут. Нормированные крутящие моменты KE представлены в, при этом увеличение крутящих моментов KE постоянно наблюдается во всех попытках. Наблюдалось небольшое увеличение нормализованных крутящих моментов KE во время 2-х повторных попыток, хотя относительное увеличение было одинаковым в 3-х испытаниях ( P = 0,56).

Изменения в крутящих моментах KE

Примечание: (A) Повторяемость наблюдаемых изменений крутящих моментов в разгибателях коленного сустава (KE) была протестирована на 7 испытуемых с травмой спинного мозга в разные дни (<5 дней между сессиями) с использованием идентичной парадигмы тестирования. из 20 повторных максимальных волевых усилий.(B) Оценка повторяемости увеличения крутящего момента KE в течение первых 5 повторных усилий была проведена в тот же день. При повторном тестировании были небольшие, несущественные различия. MVE, максимальное добровольное усилие.

Повышенные крутящие моменты MVE во время прерывистых по сравнению с постоянными усилиями

Чтобы уменьшить опасения, что увеличение крутящих моментов KE и ЭМГ четырехглавой мышцы во время повторяющихся MVE происходит из-за недостаточного времени, позволяемого достичь пиковых крутящих моментов KE, были проведены дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, могут ли длительные MVE вызывать повышенный эфферентный выброс.В отдельные дни и после определения пиковых крутящих моментов KE во время исходных MVE 7 субъектов SCI (1 тестировался с двух сторон) выполняли однократную длительную MVE в течение ~ 30 секунд. Данные для одного объекта показаны в, где крутящий момент KE постепенно увеличивался в течение первых 15 секунд, а затем достиг плато. Примечательно, что наблюдается повышенная вариабельность сигналов крутящего момента, выявляющая клоническую двигательную активность на частоте ~ 7 Гц. ²³ Такие данные присутствовали во время как повторяющихся, прерывистых, так и продолжительных сокращений у субъектов с ТСМ, но не были очевидны у контрольных субъектов.Индивидуальные ЭМГ четырехглавой мышцы также увеличивались, причем наибольшее увеличение по сравнению с исходными уровнями наблюдалось в ВН, что согласуется с данными, собранными во время повторных MVE.

Изменения крутящего момента KE и активности ЭМГ

Примечание: (A) Данные отдельных испытуемых об изменениях крутящего момента разгибателей колена (KE) и электромиографической (ЭМГ) активности в течение длительного (~ 30 секунд) максимального волевого усилия (MVE). (B) Изменения пиковых крутящих моментов KE во время повторяющихся (черные кружки) по сравнению с постоянными (серые кружки) усилий при травме спинного мозга.Значительное увеличение крутящих моментов KE наблюдалось только при прерывистых MVE, при этом пиковые крутящие моменты KE постоянно превышали те, которые были достигнуты при длительных усилиях. ВЛ, латеральная широкая мышца бедра; VM, broadus medialis; RF, rectus femoris; MH, медиальное подколенное сухожилие.

отображает средние изменения крутящих моментов KE во время продолжительных (30 секунд) MVE по сравнению с повторяющимися, прерывистыми MVE для 7 субъектов, завершивших оба сеанса тестирования. Во время длительных MVE пиковые крутящие моменты определялись каждые 5 секунд в течение первых 25 секунд сокращения (т. Е. Пять 5-секундных эпох анализа данных).Как описано ранее, значительное увеличение пиковых крутящих моментов KE наблюдалось во время периодических MVE, выполненных во время этих 8 испытаний ( P <0,01), хотя у тех же испытуемых не наблюдалось значительного увеличения крутящих моментов KE при длительных усилиях ( P = 0,72). Только 1 субъект значительно увеличил свои крутящие моменты KE (т. Е.> 50%) во время длительных MVE, тогда как все остальные участники продемонстрировали пиковые крутящие моменты KE <12% по сравнению с исходными MVE. У каждого испытуемого максимальное увеличение крутящего момента в суставе во время первых 5 повторных сокращений MVE всегда было больше, чем пиковые крутящие моменты, возникающие во время длительных сокращений MVE (разница 17 ± 8.3%; P <0,01 при парных сравнениях). Напротив, 6 интактных субъектов, которые выполняли устойчивые сокращения MVE, продемонстрировали снижение пикового крутящего момента к последней 5-секундной эпохе (20–25-я секунда) со значительным снижением до 85 ± 19% от их исходной исходной выходной мощности крутящего момента ( P <.05), что соответствует ранее опубликованным отчетам. ²⁴ Не было разницы в снижении крутящего момента во время повторных и прерывистых MVE у контрольных субъектов ( P =.66).

Оценка объединенной активности ЭМГ показала очень небольшое изменение эфферентного влечения почти у всех субъектов (92 ± 21% от исходного уровня), за исключением одного субъекта, который продемонстрировал значительное увеличение крутящего момента КЭ (т. Е. Объединенная активность ЭМГ> 200%). исходных MVE). CAR этого субъекта составлял 0,32, что указывало на существенную слабость четырехглавой мышцы, вторичную по отношению к снижению произвольной активации. Однако другие субъекты с более низким CAR продемонстрировали уменьшение, а не увеличение крутящего момента EMG и KE во время устойчивых MVE.

Обсуждение

Главный вывод настоящего исследования заключался в том, что у субъектов с неполной двигательной ТСМ не наблюдалось значительного снижения максимального крутящего момента во время выполнения установленной экспериментальной парадигмы для оценки волевой утомляемости. Скорее, выполнение повторяющихся прерывистых MVE постоянно приводило к кратковременным улучшениям крутящего момента KE и EMG. Настоящие данные представляют собой существенное отклонение от большого объема литературы, указывающей на усиление мышечной усталости у пациентов с ТСМ, использующих парадигму NMES, по сравнению с неврологически здоровыми людьми. ¹³

Минимальное свидетельство утомляемости при повторных MVE

Множественные механизмы могут объяснять результаты снижения утомляемости у неповрежденной двигательной SCI по сравнению с интактными субъектами. Например, сниженная волевая активация (т.е. низкие значения CAR) может минимизировать периферическую сократительную недостаточность во время повторных MVE и снизить утомляемость. Этим также может объясняться отсроченная утомляемость (то есть увеличенное время выносливости), наблюдавшаяся ранее другими во время субмаксимальных волевых усилий у субъектов с неполной травмой спинного мозга. ⁹ Наши данные о снижении волевой активации у субъектов с травмой спинного мозга также могут минимизировать окклюзию кровотока с помощью повторных MVE и уменьшить наступление утомляемости, ²⁵ , хотя вклад этих механизмов в наши наблюдения неясен.

Связанным объяснением наблюдаемых различий между контрольными субъектами и субъектами SCI может быть изменение мотивации во время выполнения повторных MVE. В частности, как снижение мотивации, так и нарушение целостности надспинальных путей могут ограничивать волевую активацию в нашей популяции с травмой спинного мозга и, возможно, способствовать уменьшению свидетельств усталости.Мы не можем отдельно количественно оценить относительный вклад каждого фактора, хотя всем участникам SCI и контрольной группе было предоставлено аналогичное поощрение, и они категорически заявили, что они прилагали максимальные усилия, несмотря на заметные различия в их поведении. Стабильность базовых пиковых крутящих моментов у субъектов с травмой спинного мозга между днями тестирования и повторяемость наших наблюдений как внутри, так и между сессиями свидетельствуют о том, что наши наблюдения связаны с физиологическими, а не мотивационными различиями между группами испытуемых.

Наши данные также резко контрастируют с опубликованными сообщениями о повышенной утомляемости при полной травме спинного мозга и могут быть объяснены как минимум двумя конкретными механизмами. Повышенная ежедневная активность нижних конечностей у субъектов с двигательной неполноценной травмой спинного мозга, особенно амбулаторных, может компенсировать многие пагубные нервно-мышечные изменения, связанные с травмой спинного мозга и неиспользованием. Действительно, у субъектов с нарушенной активацией выбранных двигательных единиц компенсирующее повышенное волевое воздействие на мотонейроны, которые получают больший нисходящий синаптический сигнал, может увеличивать сопротивление усталости иннервируемых мышечных волокон при продолжении их использования.Кроме того, наличие спастического моторного поведения у всех испытуемых могло способствовать сохранению мышечных волокон типа I после травмы, ²⁶ , тем самым потенциально сводя к минимуму степень нервно-мышечной усталости и способствуя настоящим результатам (см., Однако, Harris et al. ²⁷ ). Хотя мы не оценивали нервно-мышечную утомляемость у контрольных субъектов по сравнению с SCI с использованием NMES, ⁷ недавний отчет показал небольшую разницу в мышечных свойствах между субъектами с неполным SCI и контрольными участниками, ²⁸ , хотя дальнейшее исследование этого вопроса является оправданным.

Еще одним вероятным объяснением различий между нынешними и предыдущими исследованиями травм спинного мозга у людей является методология, используемая для оценки утомляемости. В частности, NMES требуется в исследованиях, проводимых на субъектах с полной травмой спинного мозга, и задействует двигательные единицы пространственно-фиксированным и синхронным во времени образом, ²⁹ с некоторыми доказательствами предпочтительной активации более крупных, быстро утомляемых волокон (см., Однако, Binder -Macleod et al ³⁰ и Feiereisen et al ³¹ ).Таким образом, использование NMES устраняет гибкость нервной системы для изменения рекрутирования моторных единиц и стратегий кодирования скорости, которые позволяют поддерживать волевую силу во время утомляющих усилий. ³² Хотя вызванная NMES усталость может быть частично компенсирована изменением частоты стимуляции ³³ (см., Однако, Fuglevand and Keen ³⁴ ), доказательства большей мышечной усталости во время электрических сокращений по сравнению с произвольными сокращениями у интактных субъектов хорошо известны. ³² Действительно, поддержание повышения паттернов ЭМГ во время последнего повторного усилия предполагает, что центральные механизмы играют существенную роль в наблюдаемом сопротивлении утомлению. Что еще более важно, увеличение ЭМГ четырехглавой мышцы было значительно связано с увеличением крутящего момента KE, что представляет основной интерес в текущем исследовании.

Повышенная центральная активация во время «утомительных» усилий

Обнаружение увеличения крутящего момента KE было изначально неожиданным и, насколько нам известно, ранее не описывалось.Последние данные описывают улучшения в производстве произвольного вращающего момента (29 ± 8,2%) и скорости развития вращающего момента (T _20–80 ; 77 ± 103 мс) у субъектов с неполной травмой спинного мозга после 12 недель тренировок с отягощениями / плиометрической тренировки. ³³ В настоящем исследовании примерно половина этого увеличения крутящего момента KE была реализована во время повторяющихся MVE с резким увеличением скорости создания силы. В то время как потенциация мышц может частично способствовать полученным результатам, ³⁵ увеличивающаяся величина и скорость увеличения крутящего момента KE сильно коррелировали с увеличением активности четырехглавой мышцы, в первую очередь VL, мышечной активности, что указывает на центральное (то есть спинномозговое или надспинальное) происхождение наблюдаемого поведения. .Минимальные изменения в MH EMG дополнительно указывают на небольшой вклад снижения активации антагонистов в увеличение крутящих моментов KE. Наблюдение увеличенного крутящего момента также было постоянным в одни и те же дни или в разные дни, что свидетельствует о незначительном влиянии обучения или адаптации на тестирующую аппаратуру. Кроме того, пиковый крутящий момент KE, генерируемый во время повторяющихся MVE, не был результатом недостаточной продолжительности для достижения максимального эфферентного привода, поскольку устойчивые MVE последовательно приводили к меньшему увеличению выходного пикового крутящего момента.

Потенциальные факторы, способствующие увеличению эфферентного выброса, включают усиленные супраспинальные или сегментарные входы и / или модуляцию внутренней возбудимости мотонейронов. Например, хорошо известен феномен послетренировочного облегчения кортикомотонейрональной возбудимости: увеличение моторных вызванных потенциалов (МВП) наблюдается при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) после волевых сокращений различной продолжительности и интенсивности у интактных субъектов. ^36,37 Некоторые предположили супраспинальное происхождение поведения, поскольку прямая транскраниальная электрическая стимуляция (TES), как предполагается, активирует проксимальные сегменты аксонов пирамидных клеток, ³⁷ не вызывает увеличения постконтрактных MEP.Более свежие данные предполагают, что TES может активировать внутрикортикальные контуры, однако, ³⁸ и вклад изменений в нисходящее влечение неясен.

Синаптический вход от афферентных путей также может способствовать изменению мышечной силы во время повторных MVE, хотя большинство исследований было сосредоточено на проприоцептивных воздействиях, которые способствуют развитию утомляемости (например, нарушение возбуждающего влечения Ia ³⁹ или усиление в группе III– IV афферентное торможение ⁴⁰ ).С другой стороны, в нескольких исследованиях обсуждается вклад повышенного возбуждающего афферентного драйва во время повторных сокращений ⁴¹ , хотя недавние данные предполагают наличие спинномозгового локуса для увеличения эфферентного выброса в аналогичных условиях. ⁴² В частности, непрерывный или повторяющийся афферентный ввод, как это происходит при вибрации сухожилий ⁴³ или низкоинтенсивный импульс с большой шириной (1 мс) NMES, ⁴⁴ , может вызвать длительный повышенный моторный разряд, который действует дольше афферентного стимула.Такое поведение приписывают стойким внутренним (Ca ²⁺ и Na ⁺ ) токам (PIC) в мотонейронах позвоночника, ⁴⁵ , которые вызывают повышенную и / или устойчивую деполяризацию (то есть потенциалы плато). Кроме того, активация PIC зависит от времени и характеризуется уменьшением деполяризации, необходимой для активации этих токов (т. Е. Снижение порога PIC) с повторяющимися стимулами (т. Е. «Разогревом» или «возбуждением»), поскольку наблюдается при спастической двигательной активности при ТСМ человека. ^46,47 В самом деле, проявление спастической моторной активности при SCI также было связано с активностью PIC, ⁴⁵ , при которой устойчивый моторный выход (то есть спазмы) может происходить в отсутствие непрерывного синаптического входа. В нашем текущем исследовании моторный выход во время повторяющихся прерывистых или устойчивых MVE часто демонстрировал характеристики спастического моторного поведения (т. Е. Клонической активности;). Несколько исследований связали активность PIC с измененной волевой силой в SCI человека, хотя модели активации двигательных единиц, соответствующие активности PIC у контрольных субъектов ⁴⁸ , наблюдались у субъектов SCI во время волевых усилий. ⁴⁹ В то время как относительный вклад спинномозговых и супраспинальных изменений, лежащих в основе увеличения эфферентного влечения во время повторных MVE, неясен, настоящие данные и потенциальные объяснения обеспечивают основу для проверяемых гипотез для определения механизмов, лежащих в основе увеличенного крутящего момента и активности ЭМГ при многократных максимальных усилиях. ⁵⁰

Различия между устойчивыми и прерывистыми MVE

Чтобы определить, наблюдалось бы подобное увеличение эфферентного выхода, если бы субъектов SCI просто попросили поддерживать их MVE, мы обнаружили меньшее увеличение крутящего момента KE или ЭМГ четырехглавой мышцы, особенно по сравнению с повторные MVE.Предыдущие исследования с участием интактных субъектов связывали различия в утомляемости во время длительных и прерывистых сокращений с подавлением рефлекса с помощью афферентных разрядов III – IV групп, активируемых сниженным удалением метаболитов с закупоркой кровотока, ⁵¹ с потенциально большей утомляемостью в мышцах разгибателях по сравнению с мышцами-сгибателями. в верхних конечностях. ⁴⁰ Механизмы, лежащие в основе облегчения моментов KE, могут, следовательно, маскироваться во время устойчивых MVE за счет увеличения отрицательной обратной связи от афферентов групп III – IV.Однако механизм, посредством которого группа III – IV обратная связь подавляет пулы мотонейронов разгибателей и сгибателей в нижних конечностях, особенно у субъектов с травмой спинного мозга, не совсем понятен и требует дальнейшего изучения.

Ограничения

Ограничения текущего исследования необходимо устранить. В частности, испытуемые из контрольной группы и SCI не получали визуальной обратной связи во время выполнения MVE. Этого избегали намеренно, чтобы свести к минимуму любые ожидания испытуемых во время максимальных «утомляющих» усилий.Неясно, повлияло ли предоставление визуальной обратной связи крутящих моментов KE на наши результаты у субъектов SCI, и требуется исследование.

Во-вторых, увеличение крутящего момента KE, наблюдаемое у пациентов, было связано с оценкой волевой активации (CAR), которая оценивалась с использованием высокоинтенсивной NMES, применяемой во время исходных или повторных усилий. Точность CAR для определения произвольной активации с использованием различных параметров стимуляции подвергалась сомнению, ^16,19 с другими данными, предполагающими, что современные электрофизиологические методы могут привести к переоценке произвольной активации. ¹⁸ В настоящем исследовании, однако, определение CAR было выполнено только для того, чтобы обеспечить приближение произвольной активации и ее вклада в первичные результаты. Использование различных методов для оценки произвольной активации может представлять интерес при неполной SCI, хотя, вероятно, не изменит общий вывод о том, что увеличение силы с повторяющимися MVE зависит от способности произвольно генерировать крутящие моменты KE.

Наконец, отсутствие определения конкретных механизмов, лежащих в основе основных результатов (например, увеличенного крутящего момента и снижения утомляемости), является ограничением в данной статье и является предметом будущей работы. ⁵⁰ В частности, центральные механизмы, лежащие в основе увеличения произвольного момента при неполной травме спинного мозга, являются неопределенными, поскольку изменения в рекрутировании и / или скорости разряда двигательных единиц могут объяснять повышенную активность ЭМГ при повторных максимальных усилиях и не могут быть точно оценены из поверхностные записи. ⁵² Такие записи могут также предоставить дополнительную информацию о потенциальном вкладе PIC в настоящую работу, как это было выполнено ранее. ⁴²

Клиническая значимость

Связь между нынешними наблюдениями увеличения волевой двигательной активности и генерации спастической двигательной активности при хронической травме спинного мозга представляет собой интересную дихотомию в ведении пациентов с травмой спинного мозга.Говоря более конкретно, спастическая двигательная активность традиционно рассматривалась как негативное последствие неврологического повреждения и подавляется фармакологическим вмешательством. Однако возможный механизм, лежащий в основе наблюдаемого явления, в частности, PIC-активность, связан с проявлением спастических двигательных моделей поведения при травме спинного мозга у человека. Кроме того, многие люди с травмой спинного мозга продемонстрировали волевую активность, указывающую на спастичность / спазмы во время повторных или продолжительных МВЭ (т. Е.). Это открытие можно интерпретировать как повышенную синхронизацию двигательных единиц во время сокращений средней и высокой интенсивности, что может объяснить повышенную активность ЭМГ и изменчивость силы. ⁵³ С другой стороны, такое поведение согласуется с гипотезой о том, что субъекты использовали свою непроизвольную рефлекторную активность (например, «спастичность») для увеличения крутящих моментов KE. Как у интактных субъектов, так и у субъектов с травмой спинного мозга, рефлекторная активация во время статического ⁵⁴ и динамического ⁵⁵ поведения имеет решающее значение для генерации и поддержания волевой моторной отдачи. Действительно, специалисты по реабилитационной медицине давно признали, что субъекты с травмой спинного мозга часто используют свое спастическое поведение для выполнения функциональных задач ⁵⁶ (см. Комментарий Дитца ⁵⁷ ).Кроме того, почти все испытуемые смогли минимизировать свои крутящие моменты и ЭМГ между повторными MVE до менее 20% от пикового исходного уровня сокращений. Объединенные данные показывают, что усиленная эфферентная активность в значительной степени контролировалась посредством произвольного инициирования и прекращения, независимо от рефлекторного и внутреннего мотонейронального вклада. Несмотря на отсутствие идентифицированных механизмов, текущие данные представляют собой «резерв» эфферентного привода, используемого в неполном SCI во время повторяющихся MVE для увеличения пиковых крутящих моментов.Можно ли использовать этот резерв с помощью конкретных вмешательств для повышения силы — это область будущих исследований.

Начальное увеличение крутящего момента и снижение утомляемости

Abstract

Предпосылки

Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у людей с травмой спинного мозга (SCI) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции. В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы

Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполноценной двигательной системой SCI и у 10 интактных субъектов. Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Результаты

Пиковые крутящие моменты KE снизились до 64% ​​от исходных значений MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток.Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава. Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы

Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Ключевые слова: Усталость, спастичность, верхний двигательный нейрон

Повреждение спинного мозга человека (SCI) связано с потерей волевого двигательного контроля и проявлением спастического двигательного поведения, которое приводит к изменениям в нервно-мышечной целостности.Предыдущие данные продемонстрировали значительную атрофию мышц, преобразование типа волокон ¹ , ² снижение окислительной способности, ³ и изменения трансмембранного ионного обмена ⁴ и кровотока в мышцах ⁵ в мышцах ниже уровня поражения (т. Е. поражения верхних мотонейронов). Эти изменения часто приводят к значительному нервно-мышечному утомлению, определяемому как снижение максимальной способности генерировать силу при повторяющихся или продолжительных сокращениях. ⁶ Оценка утомляемости хронически парализованных мышц обычно выполняется с помощью поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (NMES), которая позволяет обойти поврежденные позвоночные пути в отсутствие волевого контроля.Предыдущие исследования с использованием этого метода продемонстрировали большую утомляемость парализованной мышцы по сравнению с здоровыми субъектами, ⁷ с быстро снижающимся сопротивлением утомлению в течение года после первоначальной травмы спинного мозга. ⁸

Несмотря на многочисленные доказательства снижения сопротивления усталости при полной ТСМ у человека во время НМЭС, было проведено на удивление мало исследований для количественной оценки механизмов измененного производства силы и утомляемости во время произвольных, повторяющихся сокращений у людей с частичным сохранением нисходящих путей после ТСМ. ^9,10 Принимая во внимание растущую распространенность неполноценного моторного спинного мозга, ¹¹ способность многократно генерировать крутящий момент в течение длительного времени, как это происходит во время различных задач (например, передвижения), имеет решающее значение для функциональной независимости.

Целью настоящего исследования было изучить изменения пикового крутящего момента и электромиографической (ЭМГ) активности у лиц с двигательной неполной ТСМ во время повторяющихся сокращений максимальным волевым усилием (MVE) разгибателей колена (KE).С этой целью мы использовали экспериментальную парадигму для выявления волевого утомления, когда испытуемые выполняли повторяющиеся, прерывистые, изометрические МКО. ¹² В соответствии с обширными опубликованными данными от людей с полной травмой спинного мозга, ^13,14 основное ожидание заключалось в том, что субъекты с неполной травмой спинного мозга будут демонстрировать большую утомляемость по сравнению с неврологически интактными людьми.

В предварительном тестировании контрольные субъекты существенно снизили свои пиковые крутящие моменты при повторных MVE, в то время как противоположное поведение наблюдалось у субъектов с неполным SCI.В частности, субъекты с неполной ТСМ продемонстрировали увеличение величины и скорости нарастания крутящего момента KE во время повторяющихся, прерывистых MVE, особенно во время первых нескольких попыток. После 20 повторных MVE значительного снижения пиковых крутящих моментов не наблюдалось, и некоторые испытуемые смогли создать более высокие крутящие моменты KE на 20-м MVE по сравнению с 1-м MVE. Такие данные контрастируют с обширной литературой, предполагающей более высокую утомляемость при травме спинного мозга у человека. ² В настоящем исследовании мы охарактеризовали изменения в величине и скорости нарастания крутящего момента KE и ЭМГ-активности четырехглавой мышцы во время повторных MVE.Мы также демонстрируем повторяемость наблюдаемого поведения как в рамках экспериментальных сессий, так и между ними, а также различия между устойчивыми и прерывистыми MVE. В целом, представленные данные свидетельствуют о последовательном усилении волевой силы при многократных максимальных усилиях, с небольшими доказательствами волевого утомления у людей с неполной травмой спинного мозга.

Методы

Субъекты

Субъекты с ТСМ были набраны из амбулаторных клиник Реабилитационного института Чикаго (RIC).Эксперименты проведены на 14 человек (12 мужчин) с хроническими (> 1 года) неполными двигательными поражениями выше неврологического уровня Т10 (см.). Все субъекты с травмой спинного мозга были классифицированы как C или D по шкале обесценения Американской ассоциации по травмам позвоночника (ASIA) и продемонстрировали остаточную волевую силу KE по крайней мере в одной конечности. Критерии исключения включали наличие в анамнезе множественных поражений ЦНС, травм периферических нервов нижних конечностей или ортопедических травм, которые могут ограничивать сокращение КЕ с максимальным усилием, что определяется путем изучения медицинских записей.Рефлекторные ответы на сухожилие у разгибателей колена у всех субъектов с травмой спинного мозга были признаны гипервозбудимыми или находящимися в пределах нормы во время клинического обследования. Ни один из субъектов не принимал лекарства против спастичности во время исследования, и у всех был предыдущий опыт использования тестирующего устройства во время однократных, но не повторяющихся сокращений MVE разгибателей KE. Все субъекты также были осведомлены о протоколе исследования по оценке волевого утомления, но не знали о предварительных данных или гипотезе. Еще 10 человек (8 мужчин) того же возраста и без неврологических или ортопедических травм также участвовали в исследовании.Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Северо-Западного университета.

Таблица 1

Номер субъекта	Возраст (лет)	Продолжительность пост-ТСМ (месяцев)	Неврологический уровень	Классификация ASIA	LEMS
1	48	282	C5	D	39
2	39	46	C5	C	15
3	43	58	C4	D	39
4	37	38	C4	D	50
5	30	48	T6	D	42
6	30	105	C6	D	44
7	59	44	T8	D	49
8	52	50	T8	D	50
9	44	88	C6	C	29
10	36	115	C5	D	31
11	49	74	C5	D	36
12	44	133	C5	D	47
13	32	80	C5	C	27
14	58	396	T7	C	21

Экспериментальный план

Эксперименты длились приблизительно 1 к 1.5 часов. Испытуемые сидели в кресле с регулируемой высотой испытательного аппарата (Система 3; Biodex Medical Systems, Ширли, Нью-Йорк), бедра были удобно согнуты под углом от 80 до 90 °, а колени располагались под углом 90 °. Дистальный стержень прикрепляли к динамометру, который был соединен с тензодатчиком с 6 степенями свободы (ATI, Apex, NC), используемым для расчета крутящих моментов в суставах. Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами при 200 Гц и собраны при 1000 Гц. Поверхностная ЭМГ регистрировалась с использованием активных биполярных электродов (Delsys, Бостон, Массачусетс), накладываемых на кожу над латеральной широкой мышцей бедра (VL), медиальной широкой мышцей бедра (VM), прямой мышцей бедра (RF) и медиальным подколенным сухожилием (MH).Сигналы усиливались (× 1000), фильтровались с частотой от 20 до 450 Гц и дискретизировались с частотой 1000 Гц одновременно с данными крутящего момента.

Экспериментальный протокол

Данные по крутящему моменту и ЭМГ были собраны у всех субъектов с ТСМ на более пораженной конечности, как было определено во время клинической оценки с использованием моторной оценки одной конечности нижней конечности (LEMS), ¹⁵ и позже подтвержденных различиями в центральной активации соотношения (CAR) между конечностями. У 7 субъектов различия в силе нижних конечностей между конечностями были обнаружены во время клинических испытаний, и данные были собраны для обеих конечностей в отдельные дни, в результате чего получено 21 экспериментальное испытание.Все испытуемые начинали каждый сеанс с выполнения 3-х базовых MVE, каждое продолжительностью от 3 до 8 секунд с интервалом> 1 минуты между попытками. Испытуемые были проинструктированы как можно сильнее и быстрее разгибать колено с сильной словесной поддержкой. Никакой визуальной обратной связи не было предоставлено субъектам во время исходных или повторных MVE. Во время каждого из исходных MVE супрамаксимальная последовательность электростимуляции ¹⁶ (10 импульсов, длительность 600 мкс, 100 Гц, 135 В; S48 Grass, West Warwick, RI) была доставлена ​​в четырехглавую мышцу через себя 3 ″ × 5 ″. -адгезивные стимулирующие электроды (ConMed Corp, Ютика, Нью-Йорк), размещенные над дистальной VM и проксимальной VL.Стимуляция запускалась экспериментаторами вручную, когда крутящий момент KE достигал пика и визуально казалось, что он достигает плато. Электрический крутящий момент использовался для оценки произвольной активации KE.

После базовых сокращений субъекты выполнили 20 последовательных МКО, направленных на выявление утомляемости четырехглавой мышцы. Каждый MVE поддерживался в течение 5 секунд с 5-секундным периодом восстановления между попытками, ¹² с словесным поощрением, предоставляемым во время каждой MVE. Электростимуляция накладывалась на 5, 10, 15 и 20-ю MVE.Испытуемые отдыхали в течение 10 минут после 20 максимальных усилий, за которыми следовала однократная MVE.

Повторяемость наблюдаемых явлений как между сеансами, так и в рамках одного сеанса была проверена на подгруппе субъектов с использованием 2 отдельных протоколов, выполняемых в отдельные дни. Чтобы оценить согласованность между сеансами, 7 человек, которые выполнили первоначальный эксперимент, вернулись в лабораторию в течение 5 дней и были повторно протестированы с использованием идентичного протокола (20 повторных MVE) с той же конечностью.В отдельной серии экспериментов, проведенных в другой день, мы протестировали внутрисессионную повторяемость увеличения крутящего момента во время первых 5 повторных MVE. После исходных усилий 7 субъектов выполнили 3 испытания по 5 повторных MVE (5 секунд MVE / 5 секунд отдыха) с интервалом> 5 минут между испытаниями.

В отдельной серии экспериментов мы определили, приведет ли устойчивый MVE к аналогичному увеличению крутящего момента KE, наблюдаемому во время повторных MVE. После базового тестирования, как описано выше, 7 субъектов с SCI (1 субъект тестировался с двух сторон в отдельные дни) и 6 контрольных субъектов выполняли устойчивую MVE в течение ~ 30 секунд во время одновременной записи крутящего момента KE и четырехглавой мышцы и ЭМГ MH.Вербальное поощрение обеспечивалось на протяжении всего продолжительного сокращения, без визуальной обратной связи и без применения электростимуляции к сокращению.

Сбор и анализ данных

Данные были получены и проанализированы с использованием специального программного обеспечения LabView (National Instruments Austin, TX). Электромиографические сигналы сначала фильтровались с нулевым запаздыванием по фазе, полосовым фильтром Баттерворта 4-го порядка при частотах от 58 до 62 Гц, чтобы удалить любой шум 60 Гц. Затем сигналы ЭМГ выпрямлялись и сглаживались с использованием фильтра нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой 10 Гц для создания линейной огибающей для дальнейшего анализа.Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц с использованием фильтра Баттерворта 4-го порядка с нулевой фазовой задержкой. Пик крутящего момента определялся для каждого сжатия, а затем усреднялся период, соответствующий ± 50 мс, для представления максимального крутящего момента. Наибольший крутящий момент, проявленный во время трех базовых MVE, использовался для нормализации крутящих моментов KE субъекта во время повторяющихся сокращений. Активность ЭМГ во время повторных сокращений также была нормализована к средней активности ЭМГ, присутствующей от 0 до 100 мс перед пиковым крутящим моментом, обнаруженным во время исходных усилий.Суммарная ЭМГ-активность разгибателей рассчитывалась как среднее значение нормализованной (% увеличения) активности ВН, ВМ и РФ. Активность MH EMG анализировали для оценки изменений активности антагонистов во время повторных MVE. Произвольная активация количественно определялась как коэффициент центральной активации (CAR = T _{, произвольный} / T _{, электрический,} ), где T _{, произвольный,} относится к произвольному моменту, создаваемому за 100 мс до электростимуляции, а T _electric относится к пику электрически. вызвал крутящий момент KE. ¹⁷ CAR был определен во время исходного и 5-го, 10-го, 15-го и 20-го повторных MVE со значениями <1,00, которые, как полагают, позволяют оценить степень неудачи активации (см., Однако, работы Кендалла и др., Куистры и др., Герберта и Гандевии). ^18–20 ).

Изменения в скорости развития крутящего момента были рассчитаны как продолжительность между 20% и 80% MVE. ²¹ Из-за характера протокола утомления T _20–80 был рассчитан только для исходных усилий и первых трех повторных MVE (т.е. крутящий момент снизился <80% у контрольных субъектов).Аналогичные оценки скорости увеличения ЭМГ были сделаны для объединенной, сглаженной активности четырехглавой мышцы (ЭМГ _20–80 ) со 100% объединенной ЭМГ, установленной, как описано.

Данные в тексте представлены как среднее ± стандартное отклонение, а данные на рисунках представляют собой стандартные ошибки. Все статистические анализы были выполнены с использованием компьютерного программного обеспечения (Statview; SAS Institute, NC) с α = 0,05. Нормальность данных оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, при этом для данных, которые не были нормально распределены, использовались непараметрические тесты.Различия в базовых значениях крутящего момента KE и значений CAR между группами испытуемых анализировались с использованием тестов Манна-Уитни U . Сравнение крутящего момента и ЭМГ-ответов проводилось с использованием данных, нормализованных к пиковым исходным сокращениям, со специфическими сравнениями между исходными, с 1-го по 5-й, 10-й, 15-й и 20-й MVE с использованием параметрической статистики. Двусторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) использовался для оценки различий как в нормализованном (% от пикового исходного уровня), так и в абсолютном изменении (Н · м) крутящего момента и активности ЭМГ (изменение в%) между группами субъектов, полученными в течение первых 20 MVE. .Однофакторные повторные измерения ANOVA или тесты t с последующим апостериорным анализом Тьюки-Крамера использовали при необходимости для определения индивидуальных различий после получения значимых результатов. Повторяемость наблюдаемых данных оценивалась с использованием парных сравнений или повторных ANOVA, если необходимо. Корреляционный и регрессионный анализы между ключевыми переменными были определены с использованием моментов произведения Пирсона и пошаговой множественной линейной регрессии.

Результаты

Пиковый крутящий момент KE был определен как самый высокий из 3 исходных (т. Е. Исходных) MVE без значительных различий между 3 попытками у субъектов с травмой спинного мозга (χ ² = 1.69, P = 0,43). Значительные различия в максимальных крутящих моментах KE наблюдались между группами субъектов, при этом субъекты SCI (74 ± 54 Нм) генерировали значительно более низкие крутящие моменты, чем контрольные субъекты (226 ± 91 Нм; тест Манна-Уитни U ; P <0,001). Контрольные субъекты продемонстрировали значения CAR 0,97 ± 0,04 во время исходных MVE, что согласуется с предыдущими сообщениями о значениях CAR у молодых и пожилых субъектов. ²² Напротив, средний CAR для субъектов с травмой спинного мозга был равен 0.52 ± 0,27 (критерий Манна-Уитни U , P <0,0001).

Крутящий момент и ЭМГ-активность во время повторных MVE

Для повторных MVE наблюдались существенно разные паттерны волевой активации у репрезентативных контрольных () и SCI () субъектов. Немедленное и постепенное снижение крутящего момента KE и ЭМГ четырехглавой мышцы от пикового исходного уровня MVE наблюдалось у контрольного субъекта при повторных усилиях. Напротив, несмотря на существенно более низкие пиковые крутящие моменты KE, субъект с SCI показал заметное увеличение крутящего момента и ЭМГ четырехглавой мышцы по сравнению с исходным MVE при повторных сокращениях, особенно во время первых 5 усилий.Кроме того, только небольшое снижение крутящего момента KE наблюдалось на 20-м MVE у субъекта с SCI. Через 10 минут пиковый крутящий момент KE во время одного MVE приблизительно соответствовал исходному базовому или первому повторному MVE.

Изменения крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности

Примечание: Типичные примеры изменений крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности со стороны латеральной широкой мышцы бедра, медиальной широкой мышцы бедра, прямой мышцы бедра и медиального подколенного сухожилия во время исходных и повторных максимальных волевых усилий (МВЭ) в репрезентативный контроль (A) и субъект с повреждением спинного мозга (SCI, B), за которым следовала однократная MVE через 10 минут после повторных попыток.Коэффициенты центральной активации определяли во время исходных усилий, при каждом 5-м повторении MVE и через 10 минут после повторных попыток.

Представлены данные о популяции из 21 экспериментального испытания (14 субъектов), данные проанализированы после нормализации крутящих моментов KE и активности ЭМГ до наивысшего индивидуального исходного значения MVE. Статистический анализ крутящих моментов KE был выполнен с использованием как нормализованных значений (выраженных в процентах от базовой линии), так и абсолютных изменений крутящего момента от базовой линии, что дало аналогичные результаты.Значительные основные эффекты для нормализованного крутящего момента наблюдались для группы субъектов ( P <0,001) и повторных усилий ( P <.0001) со значительным взаимодействием ( P <0,0001;). Апостериорные повторные измерения ANOVA для повторных усилий выявил значительное снижение пикового крутящего момента у контрольных субъектов, при этом тесты Тьюки-Крамера выявили различия на 3-м (89 ± 6,1% от исходного уровня, или 13 ± 20 Нм снижение) через 20-е усилие (снижение до 65 ± 10% от исходного уровня, или снижение на 66 ± 27 Нм).Напротив, значительное увеличение крутящих моментов KE у субъектов SCI наблюдалось при 3-м и 4-м MVE по сравнению с исходным уровнем или 1-м усилием, с максимальным улучшением на 15 ± 15% (увеличение на 11 ± 11 Нм) на 3-м MVE. Кроме того, крутящие моменты KE у субъектов с травмой спинного мозга не уменьшились значительно после последнего (20-го) MVE (85 ± 26%; снижение на 10 ± 22 Нм). Значительные различия ( P <0,01) в крутящем моменте между группами и внутри группы SCI также наблюдались, когда менее пораженная конечность испытуемых с обеих сторон была исключена из анализа.

Крутящие моменты KE и ЭМГ-активность четырехглавой мышцы

Примечание: усредненные, нормализованные пиковые моменты разгибателей колена (KE) (A) и объединенная электромиографическая (ЭМГ) активность четырехглавой мышцы (B) во время 1-5, 10, 15 и 20-го повторных максимальных волевые усилия (MVE) при повреждении спинного мозга (SCI; черный) и контрольной (серый) субъектах. Звездочки (*) указывают на значительное увеличение крутящего момента или ЭМГ во время повторных по сравнению с исходным уровнем MVE при травме спинного мозга или уменьшение крутящего момента у контрольных субъектов. (C) Также показана значимая корреляция между пиковыми крутящими моментами KE и объединенной ЭМГ для первых 5 повторных MVE у субъектов SCI ( P <.001).

Изменения значений CAR во время повторных MVE указали на небольшое, но незначительное снижение по сравнению с исходными значениями у контрольных субъектов (диапазон 0,93–0,95). У субъектов с травмой спинного мозга значения CAR во время 5-го MVE (0,54 ± 0,27) были значительно выше, чем CAR для 15-го (0,48 ± 0,27) и 20-го усилия (0,47 ± 0,28), но не отличались по сравнению с исходными усилиями.

ЭМГ четырехглавой мышцы была записана во время 20/21 экспериментальных испытаний (технические трудности с записью ЭМГ за 1 сеанс).Мышечная активность обычно увеличивалась во время первых нескольких повторных MVE у субъектов SCI и оставалась повышенной при постоянных усилиях. демонстрирует изменения объединенной активности ЭМГ от ВН, ВМ и РФ во время повторных сокращений у субъектов с травмой спинного мозга, с данными, нормализованными до максимального исходного усилия. Суммарная ЭМГ увеличивалась до 26% при 3-м и 4-м повторных MVE и сохранялась (увеличение на 10 ± 26%) при 20-м усилии. Напротив, контрольные субъекты продемонстрировали меньшее, несущественное увеличение объединенной активности ЭМГ (увеличение на 8 ± 13% при 3-м усилии) с минимальным снижением во время повторных MVE (97 ± 20% от исходного уровня при 20-м усилии).Значимые основные эффекты при повторных усилиях ( P <0,01), но не в группе, наблюдались без значительного взаимодействия. Апостериорный анализ показал, что объединенная ЭМГ была значительно увеличена на 3-5-м MVE по сравнению с исходной ЭМГ у субъектов с ТСМ, хотя у контрольных субъектов не наблюдалось значительных изменений. Нормализованные объединенные ЭМГ-ответы субъектов SCI достоверно коррелировали с пиковыми крутящими моментами KE во время первых 5 повторных MVE ( r =.725; P <0,001; ).

Анализ активности отдельных четырехглавых мышц у субъектов с травмой спинного мозга выявил самые большие изменения в VL EMG (143 ± 81% от исходного уровня на 5-й MVE), которые несколько снизились при повторных попытках. Меньшие увеличения наблюдались в VM с максимальными значениями при 5-м усилии (увеличение на 19 ± 42% при 5-м MVE) и RF, которое первоначально увеличивалось (увеличение на 11 ± 37% при 3-м MVE), а затем снижалось. Не было значительных различий между группами мышц при повторных усилиях ( P >.10). Поэтапный анализ множественной линейной регрессии показал, что активность VL была наибольшим вкладом в ответ на увеличенный крутящий момент ( r = 0,595; P <0,001) с незначительным вкладом со стороны других мышц. Кроме того, активность MH существенно не изменилась во время повторных MVE (диапазон средних значений от 88 до 100% от исходного уровня; P > 0,05), что свидетельствует о незначительном изменении активности антагонистов во время повторных попыток.

Повышенная скорость нарастания крутящего момента и ЭМГ с повторяющимися MVE

Скорость нарастания крутящего момента KE () значительно увеличивалась при повторных MVE в SCI, но не в контрольной группе.Расчет T _20–80 был выполнен только для первых 3 повторных MVE, потому что некоторые контрольные субъекты не смогли создать 80% своего пикового базового момента к 4-му MVE. Все участники SCI смогли создать> 80% базовых значений крутящего момента для первых 5 усилий и смогли снизить крутящий момент KE ниже 20% от пикового базового значения между повторными попытками. Значения T _20–80 для контрольных субъектов составляли 257 ± 99 мс во время начальных MVE и не претерпели существенных изменений во время 2-го (257 ± 118 мс) или 3-го сокращения (313 ± 181 мс).Для субъектов с травмой спинного мозга значения T _20–80 были намного больше при первом MVE (895 ± 879 мс), но значительно снизились при втором (449 ± 693 мс) и третьем (535 ± 837 мс) сокращениях ( P < 0,001).

Репрезентативные данные

Примечание: (A) Один субъект с травмой спинного мозга (SCI), показывающий увеличивающуюся скорость увеличения крутящего момента (обозначенную более короткой продолжительностью T _20–80 ; серые полосы) во время первых трех повторных максимальных волевых усилий ( MVEs). (B) Средние изменения T _20–80 и EMG _20–80 у субъектов с SCI.Различия в T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го до 2-го повторных MVE значимо коррелировали ( r = 725; P <0,001). ЭМГ, электромиографические данные.

Чтобы определить, были ли изменения в скорости увеличения крутящего момента вызваны изменениями в активации мышц, EMG _20–80 был рассчитан на основе линейных огибающих для первых 3 MVE с использованием точек данных, первоначально идентифицированных T _20–80 значений (см. Раздел Методы).Такие данные были доступны только для 16 экспериментальных испытаний (14 субъектов), поскольку некоторые люди не смогли снизить суммарную активность ЭМГ ниже 20% от максимальных значений между последовательными попытками. демонстрирует изменения как T _20–80 , так и EMG _20–80 во время первых 3 MVE с аналогичными модуляциями скорости крутящего момента и увеличения EMG ( P <0,05 для повторных измерений ANOVA для EMG _{20– 80} ). Изменения T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го ко 2-му повторным MVE достоверно коррелировали ( r =.748; P <0,01).

Увеличение крутящего момента KE зависело от волевой активации

У субъектов с SCI увеличение крутящего момента KE во время повторных усилий зависело от волевой активации четырехглавой мышцы. Существенная отрицательная взаимосвязь наблюдалась между наивысшим процентным увеличением крутящего момента KE (наблюдаемым во время первых 5 повторных MVE) и значениями CAR, полученными на исходном уровне ( r = -,656; P <0,01;). Когда пиковое увеличение крутящих моментов KE выражается в абсолютных значениях (Нм), наблюдается умеренная криволинейная зависимость ( r =.616; P <0,05; ), где у пациентов с очень высоким или очень низким CAR наблюдался меньший рост при повторных MVE.

Корреляция между значениями CAR

Примечание: значимая отрицательная корреляция ( P <.001) между значениями коэффициента центральной активации (CAR), определенными во время базовых максимальных волевых усилий, и наибольшим относительным (процентным) увеличением крутящего момента в период с 1-го по 5-е. демонстрируется повторяющееся усилие (A) со значительной криволинейной зависимостью, когда абсолютное пиковое увеличение крутящего момента разгибателей колена (KE) отображается в зависимости от CAR (B).

Повторяемость увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE

Для оценки повторяемости наблюдаемого поведения 7 субъектов с SCI, выбранных по удобству из пула субъектов, вернулись в течение 5 дней (диапазон 2–5 дней) для повторного тестирования (среднее значение CAR = 0,60; диапазон 0,35–0,84). Во время повторной оценки идентичный экспериментальный протокол был выполнен на той же ноге с той же рукой момента. Парные сравнения не выявили существенной разницы в исходном крутящем моменте KE между днями (день 1: 74 ± 24 Нм против дня 2: 75 ± 40 Нм; P =.83), и двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал отсутствие значительных различий в относительной величине или динамике генерации крутящего момента KE между днями ( P = 0,86). Нормализованные пиковые крутящие моменты KE отличались <4% во время повторных попыток, что указывает на очень незначительное влияние практики и / или обучения на наблюдаемое явление.

Семь субъектов SCI выполнили второй протокол для определения внутрисессионной повторяемости увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE (среднее значение CAR = 0.57; диапазон 0,31–0,78). В отдельном сеансе испытуемые выполнили только 5 повторных MVE (например, 5 секунд включения, 5 секунд отдыха) не менее 3 раз с перерывами между усилиями> 5 минут. Нормированные крутящие моменты KE представлены в, при этом увеличение крутящих моментов KE постоянно наблюдается во всех попытках. Наблюдалось небольшое увеличение нормализованных крутящих моментов KE во время 2-х повторных попыток, хотя относительное увеличение было одинаковым в 3-х испытаниях ( P = 0,56).

Изменения в крутящих моментах KE

Примечание: (A) Повторяемость наблюдаемых изменений крутящих моментов в разгибателях коленного сустава (KE) была протестирована на 7 испытуемых с травмой спинного мозга в разные дни (<5 дней между сессиями) с использованием идентичной парадигмы тестирования. из 20 повторных максимальных волевых усилий.(B) Оценка повторяемости увеличения крутящего момента KE в течение первых 5 повторных усилий была проведена в тот же день. При повторном тестировании были небольшие, несущественные различия. MVE, максимальное добровольное усилие.

Повышенные крутящие моменты MVE во время прерывистых по сравнению с постоянными усилиями

Чтобы уменьшить опасения, что увеличение крутящих моментов KE и ЭМГ четырехглавой мышцы во время повторяющихся MVE происходит из-за недостаточного времени, позволяемого достичь пиковых крутящих моментов KE, были проведены дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, могут ли длительные MVE вызывать повышенный эфферентный выброс.В отдельные дни и после определения пиковых крутящих моментов KE во время исходных MVE 7 субъектов SCI (1 тестировался с двух сторон) выполняли однократную длительную MVE в течение ~ 30 секунд. Данные для одного объекта показаны в, где крутящий момент KE постепенно увеличивался в течение первых 15 секунд, а затем достиг плато. Примечательно, что наблюдается повышенная вариабельность сигналов крутящего момента, выявляющая клоническую двигательную активность на частоте ~ 7 Гц. ²³ Такие данные присутствовали во время как повторяющихся, прерывистых, так и продолжительных сокращений у субъектов с ТСМ, но не были очевидны у контрольных субъектов.Индивидуальные ЭМГ четырехглавой мышцы также увеличивались, причем наибольшее увеличение по сравнению с исходными уровнями наблюдалось в ВН, что согласуется с данными, собранными во время повторных MVE.

Изменения крутящего момента KE и активности ЭМГ

Примечание: (A) Данные отдельных испытуемых об изменениях крутящего момента разгибателей колена (KE) и электромиографической (ЭМГ) активности в течение длительного (~ 30 секунд) максимального волевого усилия (MVE). (B) Изменения пиковых крутящих моментов KE во время повторяющихся (черные кружки) по сравнению с постоянными (серые кружки) усилий при травме спинного мозга.Значительное увеличение крутящих моментов KE наблюдалось только при прерывистых MVE, при этом пиковые крутящие моменты KE постоянно превышали те, которые были достигнуты при длительных усилиях. ВЛ, латеральная широкая мышца бедра; VM, broadus medialis; RF, rectus femoris; MH, медиальное подколенное сухожилие.

отображает средние изменения крутящих моментов KE во время продолжительных (30 секунд) MVE по сравнению с повторяющимися, прерывистыми MVE для 7 субъектов, завершивших оба сеанса тестирования. Во время длительных MVE пиковые крутящие моменты определялись каждые 5 секунд в течение первых 25 секунд сокращения (т. Е. Пять 5-секундных эпох анализа данных).Как описано ранее, значительное увеличение пиковых крутящих моментов KE наблюдалось во время периодических MVE, выполненных во время этих 8 испытаний ( P <0,01), хотя у тех же испытуемых не наблюдалось значительного увеличения крутящих моментов KE при длительных усилиях ( P = 0,72). Только 1 субъект значительно увеличил свои крутящие моменты KE (т. Е.> 50%) во время длительных MVE, тогда как все остальные участники продемонстрировали пиковые крутящие моменты KE <12% по сравнению с исходными MVE. У каждого испытуемого максимальное увеличение крутящего момента в суставе во время первых 5 повторных сокращений MVE всегда было больше, чем пиковые крутящие моменты, возникающие во время длительных сокращений MVE (разница 17 ± 8.3%; P <0,01 при парных сравнениях). Напротив, 6 интактных субъектов, которые выполняли устойчивые сокращения MVE, продемонстрировали снижение пикового крутящего момента к последней 5-секундной эпохе (20–25-я секунда) со значительным снижением до 85 ± 19% от их исходной исходной выходной мощности крутящего момента ( P <.05), что соответствует ранее опубликованным отчетам. ²⁴ Не было разницы в снижении крутящего момента во время повторных и прерывистых MVE у контрольных субъектов ( P =.66).

Оценка объединенной активности ЭМГ показала очень небольшое изменение эфферентного влечения почти у всех субъектов (92 ± 21% от исходного уровня), за исключением одного субъекта, который продемонстрировал значительное увеличение крутящего момента КЭ (т. Е. Объединенная активность ЭМГ> 200%). исходных MVE). CAR этого субъекта составлял 0,32, что указывало на существенную слабость четырехглавой мышцы, вторичную по отношению к снижению произвольной активации. Однако другие субъекты с более низким CAR продемонстрировали уменьшение, а не увеличение крутящего момента EMG и KE во время устойчивых MVE.

Обсуждение

Главный вывод настоящего исследования заключался в том, что у субъектов с неполной двигательной ТСМ не наблюдалось значительного снижения максимального крутящего момента во время выполнения установленной экспериментальной парадигмы для оценки волевой утомляемости. Скорее, выполнение повторяющихся прерывистых MVE постоянно приводило к кратковременным улучшениям крутящего момента KE и EMG. Настоящие данные представляют собой существенное отклонение от большого объема литературы, указывающей на усиление мышечной усталости у пациентов с ТСМ, использующих парадигму NMES, по сравнению с неврологически здоровыми людьми. ¹³

Минимальное свидетельство утомляемости при повторных MVE

Множественные механизмы могут объяснять результаты снижения утомляемости у неповрежденной двигательной SCI по сравнению с интактными субъектами. Например, сниженная волевая активация (т.е. низкие значения CAR) может минимизировать периферическую сократительную недостаточность во время повторных MVE и снизить утомляемость. Этим также может объясняться отсроченная утомляемость (то есть увеличенное время выносливости), наблюдавшаяся ранее другими во время субмаксимальных волевых усилий у субъектов с неполной травмой спинного мозга. ⁹ Наши данные о снижении волевой активации у субъектов с травмой спинного мозга также могут минимизировать окклюзию кровотока с помощью повторных MVE и уменьшить наступление утомляемости, ²⁵ , хотя вклад этих механизмов в наши наблюдения неясен.

Связанным объяснением наблюдаемых различий между контрольными субъектами и субъектами SCI может быть изменение мотивации во время выполнения повторных MVE. В частности, как снижение мотивации, так и нарушение целостности надспинальных путей могут ограничивать волевую активацию в нашей популяции с травмой спинного мозга и, возможно, способствовать уменьшению свидетельств усталости.Мы не можем отдельно количественно оценить относительный вклад каждого фактора, хотя всем участникам SCI и контрольной группе было предоставлено аналогичное поощрение, и они категорически заявили, что они прилагали максимальные усилия, несмотря на заметные различия в их поведении. Стабильность базовых пиковых крутящих моментов у субъектов с травмой спинного мозга между днями тестирования и повторяемость наших наблюдений как внутри, так и между сессиями свидетельствуют о том, что наши наблюдения связаны с физиологическими, а не мотивационными различиями между группами испытуемых.

Наши данные также резко контрастируют с опубликованными сообщениями о повышенной утомляемости при полной травме спинного мозга и могут быть объяснены как минимум двумя конкретными механизмами. Повышенная ежедневная активность нижних конечностей у субъектов с двигательной неполноценной травмой спинного мозга, особенно амбулаторных, может компенсировать многие пагубные нервно-мышечные изменения, связанные с травмой спинного мозга и неиспользованием. Действительно, у субъектов с нарушенной активацией выбранных двигательных единиц компенсирующее повышенное волевое воздействие на мотонейроны, которые получают больший нисходящий синаптический сигнал, может увеличивать сопротивление усталости иннервируемых мышечных волокон при продолжении их использования.Кроме того, наличие спастического моторного поведения у всех испытуемых могло способствовать сохранению мышечных волокон типа I после травмы, ²⁶ , тем самым потенциально сводя к минимуму степень нервно-мышечной усталости и способствуя настоящим результатам (см., Однако, Harris et al. ²⁷ ). Хотя мы не оценивали нервно-мышечную утомляемость у контрольных субъектов по сравнению с SCI с использованием NMES, ⁷ недавний отчет показал небольшую разницу в мышечных свойствах между субъектами с неполным SCI и контрольными участниками, ²⁸ , хотя дальнейшее исследование этого вопроса является оправданным.

Еще одним вероятным объяснением различий между нынешними и предыдущими исследованиями травм спинного мозга у людей является методология, используемая для оценки утомляемости. В частности, NMES требуется в исследованиях, проводимых на субъектах с полной травмой спинного мозга, и задействует двигательные единицы пространственно-фиксированным и синхронным во времени образом, ²⁹ с некоторыми доказательствами предпочтительной активации более крупных, быстро утомляемых волокон (см., Однако, Binder -Macleod et al ³⁰ и Feiereisen et al ³¹ ).Таким образом, использование NMES устраняет гибкость нервной системы для изменения рекрутирования моторных единиц и стратегий кодирования скорости, которые позволяют поддерживать волевую силу во время утомляющих усилий. ³² Хотя вызванная NMES усталость может быть частично компенсирована изменением частоты стимуляции ³³ (см., Однако, Fuglevand and Keen ³⁴ ), доказательства большей мышечной усталости во время электрических сокращений по сравнению с произвольными сокращениями у интактных субъектов хорошо известны. ³² Действительно, поддержание повышения паттернов ЭМГ во время последнего повторного усилия предполагает, что центральные механизмы играют существенную роль в наблюдаемом сопротивлении утомлению. Что еще более важно, увеличение ЭМГ четырехглавой мышцы было значительно связано с увеличением крутящего момента KE, что представляет основной интерес в текущем исследовании.

Повышенная центральная активация во время «утомительных» усилий

Обнаружение увеличения крутящего момента KE было изначально неожиданным и, насколько нам известно, ранее не описывалось.Последние данные описывают улучшения в производстве произвольного вращающего момента (29 ± 8,2%) и скорости развития вращающего момента (T _20–80 ; 77 ± 103 мс) у субъектов с неполной травмой спинного мозга после 12 недель тренировок с отягощениями / плиометрической тренировки. ³³ В настоящем исследовании примерно половина этого увеличения крутящего момента KE была реализована во время повторяющихся MVE с резким увеличением скорости создания силы. В то время как потенциация мышц может частично способствовать полученным результатам, ³⁵ увеличивающаяся величина и скорость увеличения крутящего момента KE сильно коррелировали с увеличением активности четырехглавой мышцы, в первую очередь VL, мышечной активности, что указывает на центральное (то есть спинномозговое или надспинальное) происхождение наблюдаемого поведения. .Минимальные изменения в MH EMG дополнительно указывают на небольшой вклад снижения активации антагонистов в увеличение крутящих моментов KE. Наблюдение увеличенного крутящего момента также было постоянным в одни и те же дни или в разные дни, что свидетельствует о незначительном влиянии обучения или адаптации на тестирующую аппаратуру. Кроме того, пиковый крутящий момент KE, генерируемый во время повторяющихся MVE, не был результатом недостаточной продолжительности для достижения максимального эфферентного привода, поскольку устойчивые MVE последовательно приводили к меньшему увеличению выходного пикового крутящего момента.

Потенциальные факторы, способствующие увеличению эфферентного выброса, включают усиленные супраспинальные или сегментарные входы и / или модуляцию внутренней возбудимости мотонейронов. Например, хорошо известен феномен послетренировочного облегчения кортикомотонейрональной возбудимости: увеличение моторных вызванных потенциалов (МВП) наблюдается при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) после волевых сокращений различной продолжительности и интенсивности у интактных субъектов. ^36,37 Некоторые предположили супраспинальное происхождение поведения, поскольку прямая транскраниальная электрическая стимуляция (TES), как предполагается, активирует проксимальные сегменты аксонов пирамидных клеток, ³⁷ не вызывает увеличения постконтрактных MEP.Более свежие данные предполагают, что TES может активировать внутрикортикальные контуры, однако, ³⁸ и вклад изменений в нисходящее влечение неясен.

Синаптический вход от афферентных путей также может способствовать изменению мышечной силы во время повторных MVE, хотя большинство исследований было сосредоточено на проприоцептивных воздействиях, которые способствуют развитию утомляемости (например, нарушение возбуждающего влечения Ia ³⁹ или усиление в группе III– IV афферентное торможение ⁴⁰ ).С другой стороны, в нескольких исследованиях обсуждается вклад повышенного возбуждающего афферентного драйва во время повторных сокращений ⁴¹ , хотя недавние данные предполагают наличие спинномозгового локуса для увеличения эфферентного выброса в аналогичных условиях. ⁴² В частности, непрерывный или повторяющийся афферентный ввод, как это происходит при вибрации сухожилий ⁴³ или низкоинтенсивный импульс с большой шириной (1 мс) NMES, ⁴⁴ , может вызвать длительный повышенный моторный разряд, который действует дольше афферентного стимула.Такое поведение приписывают стойким внутренним (Ca ²⁺ и Na ⁺ ) токам (PIC) в мотонейронах позвоночника, ⁴⁵ , которые вызывают повышенную и / или устойчивую деполяризацию (то есть потенциалы плато). Кроме того, активация PIC зависит от времени и характеризуется уменьшением деполяризации, необходимой для активации этих токов (т. Е. Снижение порога PIC) с повторяющимися стимулами (т. Е. «Разогревом» или «возбуждением»), поскольку наблюдается при спастической двигательной активности при ТСМ человека. ^46,47 В самом деле, проявление спастической моторной активности при SCI также было связано с активностью PIC, ⁴⁵ , при которой устойчивый моторный выход (то есть спазмы) может происходить в отсутствие непрерывного синаптического входа. В нашем текущем исследовании моторный выход во время повторяющихся прерывистых или устойчивых MVE часто демонстрировал характеристики спастического моторного поведения (т. Е. Клонической активности;). Несколько исследований связали активность PIC с измененной волевой силой в SCI человека, хотя модели активации двигательных единиц, соответствующие активности PIC у контрольных субъектов ⁴⁸ , наблюдались у субъектов SCI во время волевых усилий. ⁴⁹ В то время как относительный вклад спинномозговых и супраспинальных изменений, лежащих в основе увеличения эфферентного влечения во время повторных MVE, неясен, настоящие данные и потенциальные объяснения обеспечивают основу для проверяемых гипотез для определения механизмов, лежащих в основе увеличенного крутящего момента и активности ЭМГ при многократных максимальных усилиях. ⁵⁰

Различия между устойчивыми и прерывистыми MVE

Чтобы определить, наблюдалось бы подобное увеличение эфферентного выхода, если бы субъектов SCI просто попросили поддерживать их MVE, мы обнаружили меньшее увеличение крутящего момента KE или ЭМГ четырехглавой мышцы, особенно по сравнению с повторные MVE.Предыдущие исследования с участием интактных субъектов связывали различия в утомляемости во время длительных и прерывистых сокращений с подавлением рефлекса с помощью афферентных разрядов III – IV групп, активируемых сниженным удалением метаболитов с закупоркой кровотока, ⁵¹ с потенциально большей утомляемостью в мышцах разгибателях по сравнению с мышцами-сгибателями. в верхних конечностях. ⁴⁰ Механизмы, лежащие в основе облегчения моментов KE, могут, следовательно, маскироваться во время устойчивых MVE за счет увеличения отрицательной обратной связи от афферентов групп III – IV.Однако механизм, посредством которого группа III – IV обратная связь подавляет пулы мотонейронов разгибателей и сгибателей в нижних конечностях, особенно у субъектов с травмой спинного мозга, не совсем понятен и требует дальнейшего изучения.

Ограничения

Ограничения текущего исследования необходимо устранить. В частности, испытуемые из контрольной группы и SCI не получали визуальной обратной связи во время выполнения MVE. Этого избегали намеренно, чтобы свести к минимуму любые ожидания испытуемых во время максимальных «утомляющих» усилий.Неясно, повлияло ли предоставление визуальной обратной связи крутящих моментов KE на наши результаты у субъектов SCI, и требуется исследование.

Во-вторых, увеличение крутящего момента KE, наблюдаемое у пациентов, было связано с оценкой волевой активации (CAR), которая оценивалась с использованием высокоинтенсивной NMES, применяемой во время исходных или повторных усилий. Точность CAR для определения произвольной активации с использованием различных параметров стимуляции подвергалась сомнению, ^16,19 с другими данными, предполагающими, что современные электрофизиологические методы могут привести к переоценке произвольной активации. ¹⁸ В настоящем исследовании, однако, определение CAR было выполнено только для того, чтобы обеспечить приближение произвольной активации и ее вклада в первичные результаты. Использование различных методов для оценки произвольной активации может представлять интерес при неполной SCI, хотя, вероятно, не изменит общий вывод о том, что увеличение силы с повторяющимися MVE зависит от способности произвольно генерировать крутящие моменты KE.

Наконец, отсутствие определения конкретных механизмов, лежащих в основе основных результатов (например, увеличенного крутящего момента и снижения утомляемости), является ограничением в данной статье и является предметом будущей работы. ⁵⁰ В частности, центральные механизмы, лежащие в основе увеличения произвольного момента при неполной травме спинного мозга, являются неопределенными, поскольку изменения в рекрутировании и / или скорости разряда двигательных единиц могут объяснять повышенную активность ЭМГ при повторных максимальных усилиях и не могут быть точно оценены из поверхностные записи. ⁵² Такие записи могут также предоставить дополнительную информацию о потенциальном вкладе PIC в настоящую работу, как это было выполнено ранее. ⁴²

Клиническая значимость

Связь между нынешними наблюдениями увеличения волевой двигательной активности и генерации спастической двигательной активности при хронической травме спинного мозга представляет собой интересную дихотомию в ведении пациентов с травмой спинного мозга.Говоря более конкретно, спастическая двигательная активность традиционно рассматривалась как негативное последствие неврологического повреждения и подавляется фармакологическим вмешательством. Однако возможный механизм, лежащий в основе наблюдаемого явления, в частности, PIC-активность, связан с проявлением спастических двигательных моделей поведения при травме спинного мозга у человека. Кроме того, многие люди с травмой спинного мозга продемонстрировали волевую активность, указывающую на спастичность / спазмы во время повторных или продолжительных МВЭ (т. Е.). Это открытие можно интерпретировать как повышенную синхронизацию двигательных единиц во время сокращений средней и высокой интенсивности, что может объяснить повышенную активность ЭМГ и изменчивость силы. ⁵³ С другой стороны, такое поведение согласуется с гипотезой о том, что субъекты использовали свою непроизвольную рефлекторную активность (например, «спастичность») для увеличения крутящих моментов KE. Как у интактных субъектов, так и у субъектов с травмой спинного мозга, рефлекторная активация во время статического ⁵⁴ и динамического ⁵⁵ поведения имеет решающее значение для генерации и поддержания волевой моторной отдачи. Действительно, специалисты по реабилитационной медицине давно признали, что субъекты с травмой спинного мозга часто используют свое спастическое поведение для выполнения функциональных задач ⁵⁶ (см. Комментарий Дитца ⁵⁷ ).Кроме того, почти все испытуемые смогли минимизировать свои крутящие моменты и ЭМГ между повторными MVE до менее 20% от пикового исходного уровня сокращений. Объединенные данные показывают, что усиленная эфферентная активность в значительной степени контролировалась посредством произвольного инициирования и прекращения, независимо от рефлекторного и внутреннего мотонейронального вклада. Несмотря на отсутствие идентифицированных механизмов, текущие данные представляют собой «резерв» эфферентного привода, используемого в неполном SCI во время повторяющихся MVE для увеличения пиковых крутящих моментов.Можно ли использовать этот резерв с помощью конкретных вмешательств для повышения силы — это область будущих исследований.

Начальное увеличение крутящего момента и снижение утомляемости

Abstract

Предпосылки

Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у людей с травмой спинного мозга (SCI) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции. В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы

Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполноценной двигательной системой SCI и у 10 интактных субъектов. Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Результаты

Пиковые крутящие моменты KE снизились до 64% ​​от исходных значений MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток.Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава. Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы

Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Ключевые слова: Усталость, спастичность, верхний двигательный нейрон

Повреждение спинного мозга человека (SCI) связано с потерей волевого двигательного контроля и проявлением спастического двигательного поведения, которое приводит к изменениям в нервно-мышечной целостности.Предыдущие данные продемонстрировали значительную атрофию мышц, преобразование типа волокон ¹ , ² снижение окислительной способности, ³ и изменения трансмембранного ионного обмена ⁴ и кровотока в мышцах ⁵ в мышцах ниже уровня поражения (т. Е. поражения верхних мотонейронов). Эти изменения часто приводят к значительному нервно-мышечному утомлению, определяемому как снижение максимальной способности генерировать силу при повторяющихся или продолжительных сокращениях. ⁶ Оценка утомляемости хронически парализованных мышц обычно выполняется с помощью поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (NMES), которая позволяет обойти поврежденные позвоночные пути в отсутствие волевого контроля.Предыдущие исследования с использованием этого метода продемонстрировали большую утомляемость парализованной мышцы по сравнению с здоровыми субъектами, ⁷ с быстро снижающимся сопротивлением утомлению в течение года после первоначальной травмы спинного мозга. ⁸

Несмотря на многочисленные доказательства снижения сопротивления усталости при полной ТСМ у человека во время НМЭС, было проведено на удивление мало исследований для количественной оценки механизмов измененного производства силы и утомляемости во время произвольных, повторяющихся сокращений у людей с частичным сохранением нисходящих путей после ТСМ. ^9,10 Принимая во внимание растущую распространенность неполноценного моторного спинного мозга, ¹¹ способность многократно генерировать крутящий момент в течение длительного времени, как это происходит во время различных задач (например, передвижения), имеет решающее значение для функциональной независимости.

Целью настоящего исследования было изучить изменения пикового крутящего момента и электромиографической (ЭМГ) активности у лиц с двигательной неполной ТСМ во время повторяющихся сокращений максимальным волевым усилием (MVE) разгибателей колена (KE).С этой целью мы использовали экспериментальную парадигму для выявления волевого утомления, когда испытуемые выполняли повторяющиеся, прерывистые, изометрические МКО. ¹² В соответствии с обширными опубликованными данными от людей с полной травмой спинного мозга, ^13,14 основное ожидание заключалось в том, что субъекты с неполной травмой спинного мозга будут демонстрировать большую утомляемость по сравнению с неврологически интактными людьми.

В предварительном тестировании контрольные субъекты существенно снизили свои пиковые крутящие моменты при повторных MVE, в то время как противоположное поведение наблюдалось у субъектов с неполным SCI.В частности, субъекты с неполной ТСМ продемонстрировали увеличение величины и скорости нарастания крутящего момента KE во время повторяющихся, прерывистых MVE, особенно во время первых нескольких попыток. После 20 повторных MVE значительного снижения пиковых крутящих моментов не наблюдалось, и некоторые испытуемые смогли создать более высокие крутящие моменты KE на 20-м MVE по сравнению с 1-м MVE. Такие данные контрастируют с обширной литературой, предполагающей более высокую утомляемость при травме спинного мозга у человека. ² В настоящем исследовании мы охарактеризовали изменения в величине и скорости нарастания крутящего момента KE и ЭМГ-активности четырехглавой мышцы во время повторных MVE.Мы также демонстрируем повторяемость наблюдаемого поведения как в рамках экспериментальных сессий, так и между ними, а также различия между устойчивыми и прерывистыми MVE. В целом, представленные данные свидетельствуют о последовательном усилении волевой силы при многократных максимальных усилиях, с небольшими доказательствами волевого утомления у людей с неполной травмой спинного мозга.

Методы

Субъекты

Субъекты с ТСМ были набраны из амбулаторных клиник Реабилитационного института Чикаго (RIC).Эксперименты проведены на 14 человек (12 мужчин) с хроническими (> 1 года) неполными двигательными поражениями выше неврологического уровня Т10 (см.). Все субъекты с травмой спинного мозга были классифицированы как C или D по шкале обесценения Американской ассоциации по травмам позвоночника (ASIA) и продемонстрировали остаточную волевую силу KE по крайней мере в одной конечности. Критерии исключения включали наличие в анамнезе множественных поражений ЦНС, травм периферических нервов нижних конечностей или ортопедических травм, которые могут ограничивать сокращение КЕ с максимальным усилием, что определяется путем изучения медицинских записей.Рефлекторные ответы на сухожилие у разгибателей колена у всех субъектов с травмой спинного мозга были признаны гипервозбудимыми или находящимися в пределах нормы во время клинического обследования. Ни один из субъектов не принимал лекарства против спастичности во время исследования, и у всех был предыдущий опыт использования тестирующего устройства во время однократных, но не повторяющихся сокращений MVE разгибателей KE. Все субъекты также были осведомлены о протоколе исследования по оценке волевого утомления, но не знали о предварительных данных или гипотезе. Еще 10 человек (8 мужчин) того же возраста и без неврологических или ортопедических травм также участвовали в исследовании.Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Северо-Западного университета.

Таблица 1

Номер субъекта	Возраст (лет)	Продолжительность пост-ТСМ (месяцев)	Неврологический уровень	Классификация ASIA	LEMS
1	48	282	C5	D	39
2	39	46	C5	C	15
3	43	58	C4	D	39
4	37	38	C4	D	50
5	30	48	T6	D	42
6	30	105	C6	D	44
7	59	44	T8	D	49
8	52	50	T8	D	50
9	44	88	C6	C	29
10	36	115	C5	D	31
11	49	74	C5	D	36
12	44	133	C5	D	47
13	32	80	C5	C	27
14	58	396	T7	C	21

Экспериментальный план

Эксперименты длились приблизительно 1 к 1.5 часов. Испытуемые сидели в кресле с регулируемой высотой испытательного аппарата (Система 3; Biodex Medical Systems, Ширли, Нью-Йорк), бедра были удобно согнуты под углом от 80 до 90 °, а колени располагались под углом 90 °. Дистальный стержень прикрепляли к динамометру, который был соединен с тензодатчиком с 6 степенями свободы (ATI, Apex, NC), используемым для расчета крутящих моментов в суставах. Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами при 200 Гц и собраны при 1000 Гц. Поверхностная ЭМГ регистрировалась с использованием активных биполярных электродов (Delsys, Бостон, Массачусетс), накладываемых на кожу над латеральной широкой мышцей бедра (VL), медиальной широкой мышцей бедра (VM), прямой мышцей бедра (RF) и медиальным подколенным сухожилием (MH).Сигналы усиливались (× 1000), фильтровались с частотой от 20 до 450 Гц и дискретизировались с частотой 1000 Гц одновременно с данными крутящего момента.

Экспериментальный протокол

Данные по крутящему моменту и ЭМГ были собраны у всех субъектов с ТСМ на более пораженной конечности, как было определено во время клинической оценки с использованием моторной оценки одной конечности нижней конечности (LEMS), ¹⁵ и позже подтвержденных различиями в центральной активации соотношения (CAR) между конечностями. У 7 субъектов различия в силе нижних конечностей между конечностями были обнаружены во время клинических испытаний, и данные были собраны для обеих конечностей в отдельные дни, в результате чего получено 21 экспериментальное испытание.Все испытуемые начинали каждый сеанс с выполнения 3-х базовых MVE, каждое продолжительностью от 3 до 8 секунд с интервалом> 1 минуты между попытками. Испытуемые были проинструктированы как можно сильнее и быстрее разгибать колено с сильной словесной поддержкой. Никакой визуальной обратной связи не было предоставлено субъектам во время исходных или повторных MVE. Во время каждого из исходных MVE супрамаксимальная последовательность электростимуляции ¹⁶ (10 импульсов, длительность 600 мкс, 100 Гц, 135 В; S48 Grass, West Warwick, RI) была доставлена ​​в четырехглавую мышцу через себя 3 ″ × 5 ″. -адгезивные стимулирующие электроды (ConMed Corp, Ютика, Нью-Йорк), размещенные над дистальной VM и проксимальной VL.Стимуляция запускалась экспериментаторами вручную, когда крутящий момент KE достигал пика и визуально казалось, что он достигает плато. Электрический крутящий момент использовался для оценки произвольной активации KE.

После базовых сокращений субъекты выполнили 20 последовательных МКО, направленных на выявление утомляемости четырехглавой мышцы. Каждый MVE поддерживался в течение 5 секунд с 5-секундным периодом восстановления между попытками, ¹² с словесным поощрением, предоставляемым во время каждой MVE. Электростимуляция накладывалась на 5, 10, 15 и 20-ю MVE.Испытуемые отдыхали в течение 10 минут после 20 максимальных усилий, за которыми следовала однократная MVE.

Повторяемость наблюдаемых явлений как между сеансами, так и в рамках одного сеанса была проверена на подгруппе субъектов с использованием 2 отдельных протоколов, выполняемых в отдельные дни. Чтобы оценить согласованность между сеансами, 7 человек, которые выполнили первоначальный эксперимент, вернулись в лабораторию в течение 5 дней и были повторно протестированы с использованием идентичного протокола (20 повторных MVE) с той же конечностью.В отдельной серии экспериментов, проведенных в другой день, мы протестировали внутрисессионную повторяемость увеличения крутящего момента во время первых 5 повторных MVE. После исходных усилий 7 субъектов выполнили 3 испытания по 5 повторных MVE (5 секунд MVE / 5 секунд отдыха) с интервалом> 5 минут между испытаниями.

В отдельной серии экспериментов мы определили, приведет ли устойчивый MVE к аналогичному увеличению крутящего момента KE, наблюдаемому во время повторных MVE. После базового тестирования, как описано выше, 7 субъектов с SCI (1 субъект тестировался с двух сторон в отдельные дни) и 6 контрольных субъектов выполняли устойчивую MVE в течение ~ 30 секунд во время одновременной записи крутящего момента KE и четырехглавой мышцы и ЭМГ MH.Вербальное поощрение обеспечивалось на протяжении всего продолжительного сокращения, без визуальной обратной связи и без применения электростимуляции к сокращению.

Сбор и анализ данных

Данные были получены и проанализированы с использованием специального программного обеспечения LabView (National Instruments Austin, TX). Электромиографические сигналы сначала фильтровались с нулевым запаздыванием по фазе, полосовым фильтром Баттерворта 4-го порядка при частотах от 58 до 62 Гц, чтобы удалить любой шум 60 Гц. Затем сигналы ЭМГ выпрямлялись и сглаживались с использованием фильтра нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой 10 Гц для создания линейной огибающей для дальнейшего анализа.Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц с использованием фильтра Баттерворта 4-го порядка с нулевой фазовой задержкой. Пик крутящего момента определялся для каждого сжатия, а затем усреднялся период, соответствующий ± 50 мс, для представления максимального крутящего момента. Наибольший крутящий момент, проявленный во время трех базовых MVE, использовался для нормализации крутящих моментов KE субъекта во время повторяющихся сокращений. Активность ЭМГ во время повторных сокращений также была нормализована к средней активности ЭМГ, присутствующей от 0 до 100 мс перед пиковым крутящим моментом, обнаруженным во время исходных усилий.Суммарная ЭМГ-активность разгибателей рассчитывалась как среднее значение нормализованной (% увеличения) активности ВН, ВМ и РФ. Активность MH EMG анализировали для оценки изменений активности антагонистов во время повторных MVE. Произвольная активация количественно определялась как коэффициент центральной активации (CAR = T _{, произвольный} / T _{, электрический,} ), где T _{, произвольный,} относится к произвольному моменту, создаваемому за 100 мс до электростимуляции, а T _electric относится к пику электрически. вызвал крутящий момент KE. ¹⁷ CAR был определен во время исходного и 5-го, 10-го, 15-го и 20-го повторных MVE со значениями <1,00, которые, как полагают, позволяют оценить степень неудачи активации (см., Однако, работы Кендалла и др., Куистры и др., Герберта и Гандевии). ^18–20 ).

Изменения в скорости развития крутящего момента были рассчитаны как продолжительность между 20% и 80% MVE. ²¹ Из-за характера протокола утомления T _20–80 был рассчитан только для исходных усилий и первых трех повторных MVE (т.е. крутящий момент снизился <80% у контрольных субъектов).Аналогичные оценки скорости увеличения ЭМГ были сделаны для объединенной, сглаженной активности четырехглавой мышцы (ЭМГ _20–80 ) со 100% объединенной ЭМГ, установленной, как описано.

Данные в тексте представлены как среднее ± стандартное отклонение, а данные на рисунках представляют собой стандартные ошибки. Все статистические анализы были выполнены с использованием компьютерного программного обеспечения (Statview; SAS Institute, NC) с α = 0,05. Нормальность данных оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, при этом для данных, которые не были нормально распределены, использовались непараметрические тесты.Различия в базовых значениях крутящего момента KE и значений CAR между группами испытуемых анализировались с использованием тестов Манна-Уитни U . Сравнение крутящего момента и ЭМГ-ответов проводилось с использованием данных, нормализованных к пиковым исходным сокращениям, со специфическими сравнениями между исходными, с 1-го по 5-й, 10-й, 15-й и 20-й MVE с использованием параметрической статистики. Двусторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) использовался для оценки различий как в нормализованном (% от пикового исходного уровня), так и в абсолютном изменении (Н · м) крутящего момента и активности ЭМГ (изменение в%) между группами субъектов, полученными в течение первых 20 MVE. .Однофакторные повторные измерения ANOVA или тесты t с последующим апостериорным анализом Тьюки-Крамера использовали при необходимости для определения индивидуальных различий после получения значимых результатов. Повторяемость наблюдаемых данных оценивалась с использованием парных сравнений или повторных ANOVA, если необходимо. Корреляционный и регрессионный анализы между ключевыми переменными были определены с использованием моментов произведения Пирсона и пошаговой множественной линейной регрессии.

Результаты

Пиковый крутящий момент KE был определен как самый высокий из 3 исходных (т. Е. Исходных) MVE без значительных различий между 3 попытками у субъектов с травмой спинного мозга (χ ² = 1.69, P = 0,43). Значительные различия в максимальных крутящих моментах KE наблюдались между группами субъектов, при этом субъекты SCI (74 ± 54 Нм) генерировали значительно более низкие крутящие моменты, чем контрольные субъекты (226 ± 91 Нм; тест Манна-Уитни U ; P <0,001). Контрольные субъекты продемонстрировали значения CAR 0,97 ± 0,04 во время исходных MVE, что согласуется с предыдущими сообщениями о значениях CAR у молодых и пожилых субъектов. ²² Напротив, средний CAR для субъектов с травмой спинного мозга был равен 0.52 ± 0,27 (критерий Манна-Уитни U , P <0,0001).

Крутящий момент и ЭМГ-активность во время повторных MVE

Для повторных MVE наблюдались существенно разные паттерны волевой активации у репрезентативных контрольных () и SCI () субъектов. Немедленное и постепенное снижение крутящего момента KE и ЭМГ четырехглавой мышцы от пикового исходного уровня MVE наблюдалось у контрольного субъекта при повторных усилиях. Напротив, несмотря на существенно более низкие пиковые крутящие моменты KE, субъект с SCI показал заметное увеличение крутящего момента и ЭМГ четырехглавой мышцы по сравнению с исходным MVE при повторных сокращениях, особенно во время первых 5 усилий.Кроме того, только небольшое снижение крутящего момента KE наблюдалось на 20-м MVE у субъекта с SCI. Через 10 минут пиковый крутящий момент KE во время одного MVE приблизительно соответствовал исходному базовому или первому повторному MVE.

Изменения крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности

Примечание: Типичные примеры изменений крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности со стороны латеральной широкой мышцы бедра, медиальной широкой мышцы бедра, прямой мышцы бедра и медиального подколенного сухожилия во время исходных и повторных максимальных волевых усилий (МВЭ) в репрезентативный контроль (A) и субъект с повреждением спинного мозга (SCI, B), за которым следовала однократная MVE через 10 минут после повторных попыток.Коэффициенты центральной активации определяли во время исходных усилий, при каждом 5-м повторении MVE и через 10 минут после повторных попыток.

Представлены данные о популяции из 21 экспериментального испытания (14 субъектов), данные проанализированы после нормализации крутящих моментов KE и активности ЭМГ до наивысшего индивидуального исходного значения MVE. Статистический анализ крутящих моментов KE был выполнен с использованием как нормализованных значений (выраженных в процентах от базовой линии), так и абсолютных изменений крутящего момента от базовой линии, что дало аналогичные результаты.Значительные основные эффекты для нормализованного крутящего момента наблюдались для группы субъектов ( P <0,001) и повторных усилий ( P <.0001) со значительным взаимодействием ( P <0,0001;). Апостериорные повторные измерения ANOVA для повторных усилий выявил значительное снижение пикового крутящего момента у контрольных субъектов, при этом тесты Тьюки-Крамера выявили различия на 3-м (89 ± 6,1% от исходного уровня, или 13 ± 20 Нм снижение) через 20-е усилие (снижение до 65 ± 10% от исходного уровня, или снижение на 66 ± 27 Нм).Напротив, значительное увеличение крутящих моментов KE у субъектов SCI наблюдалось при 3-м и 4-м MVE по сравнению с исходным уровнем или 1-м усилием, с максимальным улучшением на 15 ± 15% (увеличение на 11 ± 11 Нм) на 3-м MVE. Кроме того, крутящие моменты KE у субъектов с травмой спинного мозга не уменьшились значительно после последнего (20-го) MVE (85 ± 26%; снижение на 10 ± 22 Нм). Значительные различия ( P <0,01) в крутящем моменте между группами и внутри группы SCI также наблюдались, когда менее пораженная конечность испытуемых с обеих сторон была исключена из анализа.

Крутящие моменты KE и ЭМГ-активность четырехглавой мышцы

Примечание: усредненные, нормализованные пиковые моменты разгибателей колена (KE) (A) и объединенная электромиографическая (ЭМГ) активность четырехглавой мышцы (B) во время 1-5, 10, 15 и 20-го повторных максимальных волевые усилия (MVE) при повреждении спинного мозга (SCI; черный) и контрольной (серый) субъектах. Звездочки (*) указывают на значительное увеличение крутящего момента или ЭМГ во время повторных по сравнению с исходным уровнем MVE при травме спинного мозга или уменьшение крутящего момента у контрольных субъектов. (C) Также показана значимая корреляция между пиковыми крутящими моментами KE и объединенной ЭМГ для первых 5 повторных MVE у субъектов SCI ( P <.001).

Изменения значений CAR во время повторных MVE указали на небольшое, но незначительное снижение по сравнению с исходными значениями у контрольных субъектов (диапазон 0,93–0,95). У субъектов с травмой спинного мозга значения CAR во время 5-го MVE (0,54 ± 0,27) были значительно выше, чем CAR для 15-го (0,48 ± 0,27) и 20-го усилия (0,47 ± 0,28), но не отличались по сравнению с исходными усилиями.

ЭМГ четырехглавой мышцы была записана во время 20/21 экспериментальных испытаний (технические трудности с записью ЭМГ за 1 сеанс).Мышечная активность обычно увеличивалась во время первых нескольких повторных MVE у субъектов SCI и оставалась повышенной при постоянных усилиях. демонстрирует изменения объединенной активности ЭМГ от ВН, ВМ и РФ во время повторных сокращений у субъектов с травмой спинного мозга, с данными, нормализованными до максимального исходного усилия. Суммарная ЭМГ увеличивалась до 26% при 3-м и 4-м повторных MVE и сохранялась (увеличение на 10 ± 26%) при 20-м усилии. Напротив, контрольные субъекты продемонстрировали меньшее, несущественное увеличение объединенной активности ЭМГ (увеличение на 8 ± 13% при 3-м усилии) с минимальным снижением во время повторных MVE (97 ± 20% от исходного уровня при 20-м усилии).Значимые основные эффекты при повторных усилиях ( P <0,01), но не в группе, наблюдались без значительного взаимодействия. Апостериорный анализ показал, что объединенная ЭМГ была значительно увеличена на 3-5-м MVE по сравнению с исходной ЭМГ у субъектов с ТСМ, хотя у контрольных субъектов не наблюдалось значительных изменений. Нормализованные объединенные ЭМГ-ответы субъектов SCI достоверно коррелировали с пиковыми крутящими моментами KE во время первых 5 повторных MVE ( r =.725; P <0,001; ).

Анализ активности отдельных четырехглавых мышц у субъектов с травмой спинного мозга выявил самые большие изменения в VL EMG (143 ± 81% от исходного уровня на 5-й MVE), которые несколько снизились при повторных попытках. Меньшие увеличения наблюдались в VM с максимальными значениями при 5-м усилии (увеличение на 19 ± 42% при 5-м MVE) и RF, которое первоначально увеличивалось (увеличение на 11 ± 37% при 3-м MVE), а затем снижалось. Не было значительных различий между группами мышц при повторных усилиях ( P >.10). Поэтапный анализ множественной линейной регрессии показал, что активность VL была наибольшим вкладом в ответ на увеличенный крутящий момент ( r = 0,595; P <0,001) с незначительным вкладом со стороны других мышц. Кроме того, активность MH существенно не изменилась во время повторных MVE (диапазон средних значений от 88 до 100% от исходного уровня; P > 0,05), что свидетельствует о незначительном изменении активности антагонистов во время повторных попыток.

Повышенная скорость нарастания крутящего момента и ЭМГ с повторяющимися MVE

Скорость нарастания крутящего момента KE () значительно увеличивалась при повторных MVE в SCI, но не в контрольной группе.Расчет T _20–80 был выполнен только для первых 3 повторных MVE, потому что некоторые контрольные субъекты не смогли создать 80% своего пикового базового момента к 4-му MVE. Все участники SCI смогли создать> 80% базовых значений крутящего момента для первых 5 усилий и смогли снизить крутящий момент KE ниже 20% от пикового базового значения между повторными попытками. Значения T _20–80 для контрольных субъектов составляли 257 ± 99 мс во время начальных MVE и не претерпели существенных изменений во время 2-го (257 ± 118 мс) или 3-го сокращения (313 ± 181 мс).Для субъектов с травмой спинного мозга значения T _20–80 были намного больше при первом MVE (895 ± 879 мс), но значительно снизились при втором (449 ± 693 мс) и третьем (535 ± 837 мс) сокращениях ( P < 0,001).

Репрезентативные данные

Примечание: (A) Один субъект с травмой спинного мозга (SCI), показывающий увеличивающуюся скорость увеличения крутящего момента (обозначенную более короткой продолжительностью T _20–80 ; серые полосы) во время первых трех повторных максимальных волевых усилий ( MVEs). (B) Средние изменения T _20–80 и EMG _20–80 у субъектов с SCI.Различия в T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го до 2-го повторных MVE значимо коррелировали ( r = 725; P <0,001). ЭМГ, электромиографические данные.

Чтобы определить, были ли изменения в скорости увеличения крутящего момента вызваны изменениями в активации мышц, EMG _20–80 был рассчитан на основе линейных огибающих для первых 3 MVE с использованием точек данных, первоначально идентифицированных T _20–80 значений (см. Раздел Методы).Такие данные были доступны только для 16 экспериментальных испытаний (14 субъектов), поскольку некоторые люди не смогли снизить суммарную активность ЭМГ ниже 20% от максимальных значений между последовательными попытками. демонстрирует изменения как T _20–80 , так и EMG _20–80 во время первых 3 MVE с аналогичными модуляциями скорости крутящего момента и увеличения EMG ( P <0,05 для повторных измерений ANOVA для EMG _{20– 80} ). Изменения T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го ко 2-му повторным MVE достоверно коррелировали ( r =.748; P <0,01).

Увеличение крутящего момента KE зависело от волевой активации

У субъектов с SCI увеличение крутящего момента KE во время повторных усилий зависело от волевой активации четырехглавой мышцы. Существенная отрицательная взаимосвязь наблюдалась между наивысшим процентным увеличением крутящего момента KE (наблюдаемым во время первых 5 повторных MVE) и значениями CAR, полученными на исходном уровне ( r = -,656; P <0,01;). Когда пиковое увеличение крутящих моментов KE выражается в абсолютных значениях (Нм), наблюдается умеренная криволинейная зависимость ( r =.616; P <0,05; ), где у пациентов с очень высоким или очень низким CAR наблюдался меньший рост при повторных MVE.

Корреляция между значениями CAR

Примечание: значимая отрицательная корреляция ( P <.001) между значениями коэффициента центральной активации (CAR), определенными во время базовых максимальных волевых усилий, и наибольшим относительным (процентным) увеличением крутящего момента в период с 1-го по 5-е. демонстрируется повторяющееся усилие (A) со значительной криволинейной зависимостью, когда абсолютное пиковое увеличение крутящего момента разгибателей колена (KE) отображается в зависимости от CAR (B).

Повторяемость увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE

Для оценки повторяемости наблюдаемого поведения 7 субъектов с SCI, выбранных по удобству из пула субъектов, вернулись в течение 5 дней (диапазон 2–5 дней) для повторного тестирования (среднее значение CAR = 0,60; диапазон 0,35–0,84). Во время повторной оценки идентичный экспериментальный протокол был выполнен на той же ноге с той же рукой момента. Парные сравнения не выявили существенной разницы в исходном крутящем моменте KE между днями (день 1: 74 ± 24 Нм против дня 2: 75 ± 40 Нм; P =.83), и двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал отсутствие значительных различий в относительной величине или динамике генерации крутящего момента KE между днями ( P = 0,86). Нормализованные пиковые крутящие моменты KE отличались <4% во время повторных попыток, что указывает на очень незначительное влияние практики и / или обучения на наблюдаемое явление.

Семь субъектов SCI выполнили второй протокол для определения внутрисессионной повторяемости увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE (среднее значение CAR = 0.57; диапазон 0,31–0,78). В отдельном сеансе испытуемые выполнили только 5 повторных MVE (например, 5 секунд включения, 5 секунд отдыха) не менее 3 раз с перерывами между усилиями> 5 минут. Нормированные крутящие моменты KE представлены в, при этом увеличение крутящих моментов KE постоянно наблюдается во всех попытках. Наблюдалось небольшое увеличение нормализованных крутящих моментов KE во время 2-х повторных попыток, хотя относительное увеличение было одинаковым в 3-х испытаниях ( P = 0,56).

Изменения в крутящих моментах KE

Примечание: (A) Повторяемость наблюдаемых изменений крутящих моментов в разгибателях коленного сустава (KE) была протестирована на 7 испытуемых с травмой спинного мозга в разные дни (<5 дней между сессиями) с использованием идентичной парадигмы тестирования. из 20 повторных максимальных волевых усилий.(B) Оценка повторяемости увеличения крутящего момента KE в течение первых 5 повторных усилий была проведена в тот же день. При повторном тестировании были небольшие, несущественные различия. MVE, максимальное добровольное усилие.

Повышенные крутящие моменты MVE во время прерывистых по сравнению с постоянными усилиями

Чтобы уменьшить опасения, что увеличение крутящих моментов KE и ЭМГ четырехглавой мышцы во время повторяющихся MVE происходит из-за недостаточного времени, позволяемого достичь пиковых крутящих моментов KE, были проведены дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, могут ли длительные MVE вызывать повышенный эфферентный выброс.В отдельные дни и после определения пиковых крутящих моментов KE во время исходных MVE 7 субъектов SCI (1 тестировался с двух сторон) выполняли однократную длительную MVE в течение ~ 30 секунд. Данные для одного объекта показаны в, где крутящий момент KE постепенно увеличивался в течение первых 15 секунд, а затем достиг плато. Примечательно, что наблюдается повышенная вариабельность сигналов крутящего момента, выявляющая клоническую двигательную активность на частоте ~ 7 Гц. ²³ Такие данные присутствовали во время как повторяющихся, прерывистых, так и продолжительных сокращений у субъектов с ТСМ, но не были очевидны у контрольных субъектов.Индивидуальные ЭМГ четырехглавой мышцы также увеличивались, причем наибольшее увеличение по сравнению с исходными уровнями наблюдалось в ВН, что согласуется с данными, собранными во время повторных MVE.

Изменения крутящего момента KE и активности ЭМГ

Примечание: (A) Данные отдельных испытуемых об изменениях крутящего момента разгибателей колена (KE) и электромиографической (ЭМГ) активности в течение длительного (~ 30 секунд) максимального волевого усилия (MVE). (B) Изменения пиковых крутящих моментов KE во время повторяющихся (черные кружки) по сравнению с постоянными (серые кружки) усилий при травме спинного мозга.Значительное увеличение крутящих моментов KE наблюдалось только при прерывистых MVE, при этом пиковые крутящие моменты KE постоянно превышали те, которые были достигнуты при длительных усилиях. ВЛ, латеральная широкая мышца бедра; VM, broadus medialis; RF, rectus femoris; MH, медиальное подколенное сухожилие.

отображает средние изменения крутящих моментов KE во время продолжительных (30 секунд) MVE по сравнению с повторяющимися, прерывистыми MVE для 7 субъектов, завершивших оба сеанса тестирования. Во время длительных MVE пиковые крутящие моменты определялись каждые 5 секунд в течение первых 25 секунд сокращения (т. Е. Пять 5-секундных эпох анализа данных).Как описано ранее, значительное увеличение пиковых крутящих моментов KE наблюдалось во время периодических MVE, выполненных во время этих 8 испытаний ( P <0,01), хотя у тех же испытуемых не наблюдалось значительного увеличения крутящих моментов KE при длительных усилиях ( P = 0,72). Только 1 субъект значительно увеличил свои крутящие моменты KE (т. Е.> 50%) во время длительных MVE, тогда как все остальные участники продемонстрировали пиковые крутящие моменты KE <12% по сравнению с исходными MVE. У каждого испытуемого максимальное увеличение крутящего момента в суставе во время первых 5 повторных сокращений MVE всегда было больше, чем пиковые крутящие моменты, возникающие во время длительных сокращений MVE (разница 17 ± 8.3%; P <0,01 при парных сравнениях). Напротив, 6 интактных субъектов, которые выполняли устойчивые сокращения MVE, продемонстрировали снижение пикового крутящего момента к последней 5-секундной эпохе (20–25-я секунда) со значительным снижением до 85 ± 19% от их исходной исходной выходной мощности крутящего момента ( P <.05), что соответствует ранее опубликованным отчетам. ²⁴ Не было разницы в снижении крутящего момента во время повторных и прерывистых MVE у контрольных субъектов ( P =.66).

Оценка объединенной активности ЭМГ показала очень небольшое изменение эфферентного влечения почти у всех субъектов (92 ± 21% от исходного уровня), за исключением одного субъекта, который продемонстрировал значительное увеличение крутящего момента КЭ (т. Е. Объединенная активность ЭМГ> 200%). исходных MVE). CAR этого субъекта составлял 0,32, что указывало на существенную слабость четырехглавой мышцы, вторичную по отношению к снижению произвольной активации. Однако другие субъекты с более низким CAR продемонстрировали уменьшение, а не увеличение крутящего момента EMG и KE во время устойчивых MVE.

Обсуждение

Главный вывод настоящего исследования заключался в том, что у субъектов с неполной двигательной ТСМ не наблюдалось значительного снижения максимального крутящего момента во время выполнения установленной экспериментальной парадигмы для оценки волевой утомляемости. Скорее, выполнение повторяющихся прерывистых MVE постоянно приводило к кратковременным улучшениям крутящего момента KE и EMG. Настоящие данные представляют собой существенное отклонение от большого объема литературы, указывающей на усиление мышечной усталости у пациентов с ТСМ, использующих парадигму NMES, по сравнению с неврологически здоровыми людьми. ¹³

Минимальное свидетельство утомляемости при повторных MVE

Множественные механизмы могут объяснять результаты снижения утомляемости у неповрежденной двигательной SCI по сравнению с интактными субъектами. Например, сниженная волевая активация (т.е. низкие значения CAR) может минимизировать периферическую сократительную недостаточность во время повторных MVE и снизить утомляемость. Этим также может объясняться отсроченная утомляемость (то есть увеличенное время выносливости), наблюдавшаяся ранее другими во время субмаксимальных волевых усилий у субъектов с неполной травмой спинного мозга. ⁹ Наши данные о снижении волевой активации у субъектов с травмой спинного мозга также могут минимизировать окклюзию кровотока с помощью повторных MVE и уменьшить наступление утомляемости, ²⁵ , хотя вклад этих механизмов в наши наблюдения неясен.

Связанным объяснением наблюдаемых различий между контрольными субъектами и субъектами SCI может быть изменение мотивации во время выполнения повторных MVE. В частности, как снижение мотивации, так и нарушение целостности надспинальных путей могут ограничивать волевую активацию в нашей популяции с травмой спинного мозга и, возможно, способствовать уменьшению свидетельств усталости.Мы не можем отдельно количественно оценить относительный вклад каждого фактора, хотя всем участникам SCI и контрольной группе было предоставлено аналогичное поощрение, и они категорически заявили, что они прилагали максимальные усилия, несмотря на заметные различия в их поведении. Стабильность базовых пиковых крутящих моментов у субъектов с травмой спинного мозга между днями тестирования и повторяемость наших наблюдений как внутри, так и между сессиями свидетельствуют о том, что наши наблюдения связаны с физиологическими, а не мотивационными различиями между группами испытуемых.

Наши данные также резко контрастируют с опубликованными сообщениями о повышенной утомляемости при полной травме спинного мозга и могут быть объяснены как минимум двумя конкретными механизмами. Повышенная ежедневная активность нижних конечностей у субъектов с двигательной неполноценной травмой спинного мозга, особенно амбулаторных, может компенсировать многие пагубные нервно-мышечные изменения, связанные с травмой спинного мозга и неиспользованием. Действительно, у субъектов с нарушенной активацией выбранных двигательных единиц компенсирующее повышенное волевое воздействие на мотонейроны, которые получают больший нисходящий синаптический сигнал, может увеличивать сопротивление усталости иннервируемых мышечных волокон при продолжении их использования.Кроме того, наличие спастического моторного поведения у всех испытуемых могло способствовать сохранению мышечных волокон типа I после травмы, ²⁶ , тем самым потенциально сводя к минимуму степень нервно-мышечной усталости и способствуя настоящим результатам (см., Однако, Harris et al. ²⁷ ). Хотя мы не оценивали нервно-мышечную утомляемость у контрольных субъектов по сравнению с SCI с использованием NMES, ⁷ недавний отчет показал небольшую разницу в мышечных свойствах между субъектами с неполным SCI и контрольными участниками, ²⁸ , хотя дальнейшее исследование этого вопроса является оправданным.

Еще одним вероятным объяснением различий между нынешними и предыдущими исследованиями травм спинного мозга у людей является методология, используемая для оценки утомляемости. В частности, NMES требуется в исследованиях, проводимых на субъектах с полной травмой спинного мозга, и задействует двигательные единицы пространственно-фиксированным и синхронным во времени образом, ²⁹ с некоторыми доказательствами предпочтительной активации более крупных, быстро утомляемых волокон (см., Однако, Binder -Macleod et al ³⁰ и Feiereisen et al ³¹ ).Таким образом, использование NMES устраняет гибкость нервной системы для изменения рекрутирования моторных единиц и стратегий кодирования скорости, которые позволяют поддерживать волевую силу во время утомляющих усилий. ³² Хотя вызванная NMES усталость может быть частично компенсирована изменением частоты стимуляции ³³ (см., Однако, Fuglevand and Keen ³⁴ ), доказательства большей мышечной усталости во время электрических сокращений по сравнению с произвольными сокращениями у интактных субъектов хорошо известны. ³² Действительно, поддержание повышения паттернов ЭМГ во время последнего повторного усилия предполагает, что центральные механизмы играют существенную роль в наблюдаемом сопротивлении утомлению. Что еще более важно, увеличение ЭМГ четырехглавой мышцы было значительно связано с увеличением крутящего момента KE, что представляет основной интерес в текущем исследовании.

Повышенная центральная активация во время «утомительных» усилий

Обнаружение увеличения крутящего момента KE было изначально неожиданным и, насколько нам известно, ранее не описывалось.Последние данные описывают улучшения в производстве произвольного вращающего момента (29 ± 8,2%) и скорости развития вращающего момента (T _20–80 ; 77 ± 103 мс) у субъектов с неполной травмой спинного мозга после 12 недель тренировок с отягощениями / плиометрической тренировки. ³³ В настоящем исследовании примерно половина этого увеличения крутящего момента KE была реализована во время повторяющихся MVE с резким увеличением скорости создания силы. В то время как потенциация мышц может частично способствовать полученным результатам, ³⁵ увеличивающаяся величина и скорость увеличения крутящего момента KE сильно коррелировали с увеличением активности четырехглавой мышцы, в первую очередь VL, мышечной активности, что указывает на центральное (то есть спинномозговое или надспинальное) происхождение наблюдаемого поведения. .Минимальные изменения в MH EMG дополнительно указывают на небольшой вклад снижения активации антагонистов в увеличение крутящих моментов KE. Наблюдение увеличенного крутящего момента также было постоянным в одни и те же дни или в разные дни, что свидетельствует о незначительном влиянии обучения или адаптации на тестирующую аппаратуру. Кроме того, пиковый крутящий момент KE, генерируемый во время повторяющихся MVE, не был результатом недостаточной продолжительности для достижения максимального эфферентного привода, поскольку устойчивые MVE последовательно приводили к меньшему увеличению выходного пикового крутящего момента.

Потенциальные факторы, способствующие увеличению эфферентного выброса, включают усиленные супраспинальные или сегментарные входы и / или модуляцию внутренней возбудимости мотонейронов. Например, хорошо известен феномен послетренировочного облегчения кортикомотонейрональной возбудимости: увеличение моторных вызванных потенциалов (МВП) наблюдается при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) после волевых сокращений различной продолжительности и интенсивности у интактных субъектов. ^36,37 Некоторые предположили супраспинальное происхождение поведения, поскольку прямая транскраниальная электрическая стимуляция (TES), как предполагается, активирует проксимальные сегменты аксонов пирамидных клеток, ³⁷ не вызывает увеличения постконтрактных MEP.Более свежие данные предполагают, что TES может активировать внутрикортикальные контуры, однако, ³⁸ и вклад изменений в нисходящее влечение неясен.

Синаптический вход от афферентных путей также может способствовать изменению мышечной силы во время повторных MVE, хотя большинство исследований было сосредоточено на проприоцептивных воздействиях, которые способствуют развитию утомляемости (например, нарушение возбуждающего влечения Ia ³⁹ или усиление в группе III– IV афферентное торможение ⁴⁰ ).С другой стороны, в нескольких исследованиях обсуждается вклад повышенного возбуждающего афферентного драйва во время повторных сокращений ⁴¹ , хотя недавние данные предполагают наличие спинномозгового локуса для увеличения эфферентного выброса в аналогичных условиях. ⁴² В частности, непрерывный или повторяющийся афферентный ввод, как это происходит при вибрации сухожилий ⁴³ или низкоинтенсивный импульс с большой шириной (1 мс) NMES, ⁴⁴ , может вызвать длительный повышенный моторный разряд, который действует дольше афферентного стимула.Такое поведение приписывают стойким внутренним (Ca ²⁺ и Na ⁺ ) токам (PIC) в мотонейронах позвоночника, ⁴⁵ , которые вызывают повышенную и / или устойчивую деполяризацию (то есть потенциалы плато). Кроме того, активация PIC зависит от времени и характеризуется уменьшением деполяризации, необходимой для активации этих токов (т. Е. Снижение порога PIC) с повторяющимися стимулами (т. Е. «Разогревом» или «возбуждением»), поскольку наблюдается при спастической двигательной активности при ТСМ человека. ^46,47 В самом деле, проявление спастической моторной активности при SCI также было связано с активностью PIC, ⁴⁵ , при которой устойчивый моторный выход (то есть спазмы) может происходить в отсутствие непрерывного синаптического входа. В нашем текущем исследовании моторный выход во время повторяющихся прерывистых или устойчивых MVE часто демонстрировал характеристики спастического моторного поведения (т. Е. Клонической активности;). Несколько исследований связали активность PIC с измененной волевой силой в SCI человека, хотя модели активации двигательных единиц, соответствующие активности PIC у контрольных субъектов ⁴⁸ , наблюдались у субъектов SCI во время волевых усилий. ⁴⁹ В то время как относительный вклад спинномозговых и супраспинальных изменений, лежащих в основе увеличения эфферентного влечения во время повторных MVE, неясен, настоящие данные и потенциальные объяснения обеспечивают основу для проверяемых гипотез для определения механизмов, лежащих в основе увеличенного крутящего момента и активности ЭМГ при многократных максимальных усилиях. ⁵⁰

Различия между устойчивыми и прерывистыми MVE

Чтобы определить, наблюдалось бы подобное увеличение эфферентного выхода, если бы субъектов SCI просто попросили поддерживать их MVE, мы обнаружили меньшее увеличение крутящего момента KE или ЭМГ четырехглавой мышцы, особенно по сравнению с повторные MVE.Предыдущие исследования с участием интактных субъектов связывали различия в утомляемости во время длительных и прерывистых сокращений с подавлением рефлекса с помощью афферентных разрядов III – IV групп, активируемых сниженным удалением метаболитов с закупоркой кровотока, ⁵¹ с потенциально большей утомляемостью в мышцах разгибателях по сравнению с мышцами-сгибателями. в верхних конечностях. ⁴⁰ Механизмы, лежащие в основе облегчения моментов KE, могут, следовательно, маскироваться во время устойчивых MVE за счет увеличения отрицательной обратной связи от афферентов групп III – IV.Однако механизм, посредством которого группа III – IV обратная связь подавляет пулы мотонейронов разгибателей и сгибателей в нижних конечностях, особенно у субъектов с травмой спинного мозга, не совсем понятен и требует дальнейшего изучения.

Ограничения

Ограничения текущего исследования необходимо устранить. В частности, испытуемые из контрольной группы и SCI не получали визуальной обратной связи во время выполнения MVE. Этого избегали намеренно, чтобы свести к минимуму любые ожидания испытуемых во время максимальных «утомляющих» усилий.Неясно, повлияло ли предоставление визуальной обратной связи крутящих моментов KE на наши результаты у субъектов SCI, и требуется исследование.

Во-вторых, увеличение крутящего момента KE, наблюдаемое у пациентов, было связано с оценкой волевой активации (CAR), которая оценивалась с использованием высокоинтенсивной NMES, применяемой во время исходных или повторных усилий. Точность CAR для определения произвольной активации с использованием различных параметров стимуляции подвергалась сомнению, ^16,19 с другими данными, предполагающими, что современные электрофизиологические методы могут привести к переоценке произвольной активации. ¹⁸ В настоящем исследовании, однако, определение CAR было выполнено только для того, чтобы обеспечить приближение произвольной активации и ее вклада в первичные результаты. Использование различных методов для оценки произвольной активации может представлять интерес при неполной SCI, хотя, вероятно, не изменит общий вывод о том, что увеличение силы с повторяющимися MVE зависит от способности произвольно генерировать крутящие моменты KE.

Наконец, отсутствие определения конкретных механизмов, лежащих в основе основных результатов (например, увеличенного крутящего момента и снижения утомляемости), является ограничением в данной статье и является предметом будущей работы. ⁵⁰ В частности, центральные механизмы, лежащие в основе увеличения произвольного момента при неполной травме спинного мозга, являются неопределенными, поскольку изменения в рекрутировании и / или скорости разряда двигательных единиц могут объяснять повышенную активность ЭМГ при повторных максимальных усилиях и не могут быть точно оценены из поверхностные записи. ⁵² Такие записи могут также предоставить дополнительную информацию о потенциальном вкладе PIC в настоящую работу, как это было выполнено ранее. ⁴²

Клиническая значимость

Связь между нынешними наблюдениями увеличения волевой двигательной активности и генерации спастической двигательной активности при хронической травме спинного мозга представляет собой интересную дихотомию в ведении пациентов с травмой спинного мозга.Говоря более конкретно, спастическая двигательная активность традиционно рассматривалась как негативное последствие неврологического повреждения и подавляется фармакологическим вмешательством. Однако возможный механизм, лежащий в основе наблюдаемого явления, в частности, PIC-активность, связан с проявлением спастических двигательных моделей поведения при травме спинного мозга у человека. Кроме того, многие люди с травмой спинного мозга продемонстрировали волевую активность, указывающую на спастичность / спазмы во время повторных или продолжительных МВЭ (т. Е.). Это открытие можно интерпретировать как повышенную синхронизацию двигательных единиц во время сокращений средней и высокой интенсивности, что может объяснить повышенную активность ЭМГ и изменчивость силы. ⁵³ С другой стороны, такое поведение согласуется с гипотезой о том, что субъекты использовали свою непроизвольную рефлекторную активность (например, «спастичность») для увеличения крутящих моментов KE. Как у интактных субъектов, так и у субъектов с травмой спинного мозга, рефлекторная активация во время статического ⁵⁴ и динамического ⁵⁵ поведения имеет решающее значение для генерации и поддержания волевой моторной отдачи. Действительно, специалисты по реабилитационной медицине давно признали, что субъекты с травмой спинного мозга часто используют свое спастическое поведение для выполнения функциональных задач ⁵⁶ (см. Комментарий Дитца ⁵⁷ ).Кроме того, почти все испытуемые смогли минимизировать свои крутящие моменты и ЭМГ между повторными MVE до менее 20% от пикового исходного уровня сокращений. Объединенные данные показывают, что усиленная эфферентная активность в значительной степени контролировалась посредством произвольного инициирования и прекращения, независимо от рефлекторного и внутреннего мотонейронального вклада. Несмотря на отсутствие идентифицированных механизмов, текущие данные представляют собой «резерв» эфферентного привода, используемого в неполном SCI во время повторяющихся MVE для увеличения пиковых крутящих моментов.Можно ли использовать этот резерв с помощью конкретных вмешательств для повышения силы — это область будущих исследований.

Начальное увеличение крутящего момента и снижение утомляемости

Abstract

Предпосылки

Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у людей с травмой спинного мозга (SCI) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции. В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы

Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполноценной двигательной системой SCI и у 10 интактных субъектов. Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Результаты

Пиковые крутящие моменты KE снизились до 64% ​​от исходных значений MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток.Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава. Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы

Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Ключевые слова: Усталость, спастичность, верхний двигательный нейрон

Повреждение спинного мозга человека (SCI) связано с потерей волевого двигательного контроля и проявлением спастического двигательного поведения, которое приводит к изменениям в нервно-мышечной целостности.Предыдущие данные продемонстрировали значительную атрофию мышц, преобразование типа волокон ¹ , ² снижение окислительной способности, ³ и изменения трансмембранного ионного обмена ⁴ и кровотока в мышцах ⁵ в мышцах ниже уровня поражения (т. Е. поражения верхних мотонейронов). Эти изменения часто приводят к значительному нервно-мышечному утомлению, определяемому как снижение максимальной способности генерировать силу при повторяющихся или продолжительных сокращениях. ⁶ Оценка утомляемости хронически парализованных мышц обычно выполняется с помощью поверхностной нервно-мышечной электростимуляции (NMES), которая позволяет обойти поврежденные позвоночные пути в отсутствие волевого контроля.Предыдущие исследования с использованием этого метода продемонстрировали большую утомляемость парализованной мышцы по сравнению с здоровыми субъектами, ⁷ с быстро снижающимся сопротивлением утомлению в течение года после первоначальной травмы спинного мозга. ⁸

Несмотря на многочисленные доказательства снижения сопротивления усталости при полной ТСМ у человека во время НМЭС, было проведено на удивление мало исследований для количественной оценки механизмов измененного производства силы и утомляемости во время произвольных, повторяющихся сокращений у людей с частичным сохранением нисходящих путей после ТСМ. ^9,10 Принимая во внимание растущую распространенность неполноценного моторного спинного мозга, ¹¹ способность многократно генерировать крутящий момент в течение длительного времени, как это происходит во время различных задач (например, передвижения), имеет решающее значение для функциональной независимости.

Целью настоящего исследования было изучить изменения пикового крутящего момента и электромиографической (ЭМГ) активности у лиц с двигательной неполной ТСМ во время повторяющихся сокращений максимальным волевым усилием (MVE) разгибателей колена (KE).С этой целью мы использовали экспериментальную парадигму для выявления волевого утомления, когда испытуемые выполняли повторяющиеся, прерывистые, изометрические МКО. ¹² В соответствии с обширными опубликованными данными от людей с полной травмой спинного мозга, ^13,14 основное ожидание заключалось в том, что субъекты с неполной травмой спинного мозга будут демонстрировать большую утомляемость по сравнению с неврологически интактными людьми.

В предварительном тестировании контрольные субъекты существенно снизили свои пиковые крутящие моменты при повторных MVE, в то время как противоположное поведение наблюдалось у субъектов с неполным SCI.В частности, субъекты с неполной ТСМ продемонстрировали увеличение величины и скорости нарастания крутящего момента KE во время повторяющихся, прерывистых MVE, особенно во время первых нескольких попыток. После 20 повторных MVE значительного снижения пиковых крутящих моментов не наблюдалось, и некоторые испытуемые смогли создать более высокие крутящие моменты KE на 20-м MVE по сравнению с 1-м MVE. Такие данные контрастируют с обширной литературой, предполагающей более высокую утомляемость при травме спинного мозга у человека. ² В настоящем исследовании мы охарактеризовали изменения в величине и скорости нарастания крутящего момента KE и ЭМГ-активности четырехглавой мышцы во время повторных MVE.Мы также демонстрируем повторяемость наблюдаемого поведения как в рамках экспериментальных сессий, так и между ними, а также различия между устойчивыми и прерывистыми MVE. В целом, представленные данные свидетельствуют о последовательном усилении волевой силы при многократных максимальных усилиях, с небольшими доказательствами волевого утомления у людей с неполной травмой спинного мозга.

Методы

Субъекты

Субъекты с ТСМ были набраны из амбулаторных клиник Реабилитационного института Чикаго (RIC).Эксперименты проведены на 14 человек (12 мужчин) с хроническими (> 1 года) неполными двигательными поражениями выше неврологического уровня Т10 (см.). Все субъекты с травмой спинного мозга были классифицированы как C или D по шкале обесценения Американской ассоциации по травмам позвоночника (ASIA) и продемонстрировали остаточную волевую силу KE по крайней мере в одной конечности. Критерии исключения включали наличие в анамнезе множественных поражений ЦНС, травм периферических нервов нижних конечностей или ортопедических травм, которые могут ограничивать сокращение КЕ с максимальным усилием, что определяется путем изучения медицинских записей.Рефлекторные ответы на сухожилие у разгибателей колена у всех субъектов с травмой спинного мозга были признаны гипервозбудимыми или находящимися в пределах нормы во время клинического обследования. Ни один из субъектов не принимал лекарства против спастичности во время исследования, и у всех был предыдущий опыт использования тестирующего устройства во время однократных, но не повторяющихся сокращений MVE разгибателей KE. Все субъекты также были осведомлены о протоколе исследования по оценке волевого утомления, но не знали о предварительных данных или гипотезе. Еще 10 человек (8 мужчин) того же возраста и без неврологических или ортопедических травм также участвовали в исследовании.Все процедуры были одобрены институциональным наблюдательным советом Северо-Западного университета.

Таблица 1

Номер субъекта	Возраст (лет)	Продолжительность пост-ТСМ (месяцев)	Неврологический уровень	Классификация ASIA	LEMS
1	48	282	C5	D	39
2	39	46	C5	C	15
3	43	58	C4	D	39
4	37	38	C4	D	50
5	30	48	T6	D	42
6	30	105	C6	D	44
7	59	44	T8	D	49
8	52	50	T8	D	50
9	44	88	C6	C	29
10	36	115	C5	D	31
11	49	74	C5	D	36
12	44	133	C5	D	47
13	32	80	C5	C	27
14	58	396	T7	C	21

Экспериментальный план

Эксперименты длились приблизительно 1 к 1.5 часов. Испытуемые сидели в кресле с регулируемой высотой испытательного аппарата (Система 3; Biodex Medical Systems, Ширли, Нью-Йорк), бедра были удобно согнуты под углом от 80 до 90 °, а колени располагались под углом 90 °. Дистальный стержень прикрепляли к динамометру, который был соединен с тензодатчиком с 6 степенями свободы (ATI, Apex, NC), используемым для расчета крутящих моментов в суставах. Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами при 200 Гц и собраны при 1000 Гц. Поверхностная ЭМГ регистрировалась с использованием активных биполярных электродов (Delsys, Бостон, Массачусетс), накладываемых на кожу над латеральной широкой мышцей бедра (VL), медиальной широкой мышцей бедра (VM), прямой мышцей бедра (RF) и медиальным подколенным сухожилием (MH).Сигналы усиливались (× 1000), фильтровались с частотой от 20 до 450 Гц и дискретизировались с частотой 1000 Гц одновременно с данными крутящего момента.

Экспериментальный протокол

Данные по крутящему моменту и ЭМГ были собраны у всех субъектов с ТСМ на более пораженной конечности, как было определено во время клинической оценки с использованием моторной оценки одной конечности нижней конечности (LEMS), ¹⁵ и позже подтвержденных различиями в центральной активации соотношения (CAR) между конечностями. У 7 субъектов различия в силе нижних конечностей между конечностями были обнаружены во время клинических испытаний, и данные были собраны для обеих конечностей в отдельные дни, в результате чего получено 21 экспериментальное испытание.Все испытуемые начинали каждый сеанс с выполнения 3-х базовых MVE, каждое продолжительностью от 3 до 8 секунд с интервалом> 1 минуты между попытками. Испытуемые были проинструктированы как можно сильнее и быстрее разгибать колено с сильной словесной поддержкой. Никакой визуальной обратной связи не было предоставлено субъектам во время исходных или повторных MVE. Во время каждого из исходных MVE супрамаксимальная последовательность электростимуляции ¹⁶ (10 импульсов, длительность 600 мкс, 100 Гц, 135 В; S48 Grass, West Warwick, RI) была доставлена ​​в четырехглавую мышцу через себя 3 ″ × 5 ″. -адгезивные стимулирующие электроды (ConMed Corp, Ютика, Нью-Йорк), размещенные над дистальной VM и проксимальной VL.Стимуляция запускалась экспериментаторами вручную, когда крутящий момент KE достигал пика и визуально казалось, что он достигает плато. Электрический крутящий момент использовался для оценки произвольной активации KE.

После базовых сокращений субъекты выполнили 20 последовательных МКО, направленных на выявление утомляемости четырехглавой мышцы. Каждый MVE поддерживался в течение 5 секунд с 5-секундным периодом восстановления между попытками, ¹² с словесным поощрением, предоставляемым во время каждой MVE. Электростимуляция накладывалась на 5, 10, 15 и 20-ю MVE.Испытуемые отдыхали в течение 10 минут после 20 максимальных усилий, за которыми следовала однократная MVE.

Повторяемость наблюдаемых явлений как между сеансами, так и в рамках одного сеанса была проверена на подгруппе субъектов с использованием 2 отдельных протоколов, выполняемых в отдельные дни. Чтобы оценить согласованность между сеансами, 7 человек, которые выполнили первоначальный эксперимент, вернулись в лабораторию в течение 5 дней и были повторно протестированы с использованием идентичного протокола (20 повторных MVE) с той же конечностью.В отдельной серии экспериментов, проведенных в другой день, мы протестировали внутрисессионную повторяемость увеличения крутящего момента во время первых 5 повторных MVE. После исходных усилий 7 субъектов выполнили 3 испытания по 5 повторных MVE (5 секунд MVE / 5 секунд отдыха) с интервалом> 5 минут между испытаниями.

В отдельной серии экспериментов мы определили, приведет ли устойчивый MVE к аналогичному увеличению крутящего момента KE, наблюдаемому во время повторных MVE. После базового тестирования, как описано выше, 7 субъектов с SCI (1 субъект тестировался с двух сторон в отдельные дни) и 6 контрольных субъектов выполняли устойчивую MVE в течение ~ 30 секунд во время одновременной записи крутящего момента KE и четырехглавой мышцы и ЭМГ MH.Вербальное поощрение обеспечивалось на протяжении всего продолжительного сокращения, без визуальной обратной связи и без применения электростимуляции к сокращению.

Сбор и анализ данных

Данные были получены и проанализированы с использованием специального программного обеспечения LabView (National Instruments Austin, TX). Электромиографические сигналы сначала фильтровались с нулевым запаздыванием по фазе, полосовым фильтром Баттерворта 4-го порядка при частотах от 58 до 62 Гц, чтобы удалить любой шум 60 Гц. Затем сигналы ЭМГ выпрямлялись и сглаживались с использованием фильтра нижних частот Баттерворта 4-го порядка с частотой 10 Гц для создания линейной огибающей для дальнейшего анализа.Сигналы крутящего момента были отфильтрованы нижними частотами с частотой 10 Гц с использованием фильтра Баттерворта 4-го порядка с нулевой фазовой задержкой. Пик крутящего момента определялся для каждого сжатия, а затем усреднялся период, соответствующий ± 50 мс, для представления максимального крутящего момента. Наибольший крутящий момент, проявленный во время трех базовых MVE, использовался для нормализации крутящих моментов KE субъекта во время повторяющихся сокращений. Активность ЭМГ во время повторных сокращений также была нормализована к средней активности ЭМГ, присутствующей от 0 до 100 мс перед пиковым крутящим моментом, обнаруженным во время исходных усилий.Суммарная ЭМГ-активность разгибателей рассчитывалась как среднее значение нормализованной (% увеличения) активности ВН, ВМ и РФ. Активность MH EMG анализировали для оценки изменений активности антагонистов во время повторных MVE. Произвольная активация количественно определялась как коэффициент центральной активации (CAR = T _{, произвольный} / T _{, электрический,} ), где T _{, произвольный,} относится к произвольному моменту, создаваемому за 100 мс до электростимуляции, а T _electric относится к пику электрически. вызвал крутящий момент KE. ¹⁷ CAR был определен во время исходного и 5-го, 10-го, 15-го и 20-го повторных MVE со значениями <1,00, которые, как полагают, позволяют оценить степень неудачи активации (см., Однако, работы Кендалла и др., Куистры и др., Герберта и Гандевии). ^18–20 ).

Изменения в скорости развития крутящего момента были рассчитаны как продолжительность между 20% и 80% MVE. ²¹ Из-за характера протокола утомления T _20–80 был рассчитан только для исходных усилий и первых трех повторных MVE (т.е. крутящий момент снизился <80% у контрольных субъектов).Аналогичные оценки скорости увеличения ЭМГ были сделаны для объединенной, сглаженной активности четырехглавой мышцы (ЭМГ _20–80 ) со 100% объединенной ЭМГ, установленной, как описано.

Данные в тексте представлены как среднее ± стандартное отклонение, а данные на рисунках представляют собой стандартные ошибки. Все статистические анализы были выполнены с использованием компьютерного программного обеспечения (Statview; SAS Institute, NC) с α = 0,05. Нормальность данных оценивалась с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, при этом для данных, которые не были нормально распределены, использовались непараметрические тесты.Различия в базовых значениях крутящего момента KE и значений CAR между группами испытуемых анализировались с использованием тестов Манна-Уитни U . Сравнение крутящего момента и ЭМГ-ответов проводилось с использованием данных, нормализованных к пиковым исходным сокращениям, со специфическими сравнениями между исходными, с 1-го по 5-й, 10-й, 15-й и 20-й MVE с использованием параметрической статистики. Двусторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) использовался для оценки различий как в нормализованном (% от пикового исходного уровня), так и в абсолютном изменении (Н · м) крутящего момента и активности ЭМГ (изменение в%) между группами субъектов, полученными в течение первых 20 MVE. .Однофакторные повторные измерения ANOVA или тесты t с последующим апостериорным анализом Тьюки-Крамера использовали при необходимости для определения индивидуальных различий после получения значимых результатов. Повторяемость наблюдаемых данных оценивалась с использованием парных сравнений или повторных ANOVA, если необходимо. Корреляционный и регрессионный анализы между ключевыми переменными были определены с использованием моментов произведения Пирсона и пошаговой множественной линейной регрессии.

Результаты

Пиковый крутящий момент KE был определен как самый высокий из 3 исходных (т. Е. Исходных) MVE без значительных различий между 3 попытками у субъектов с травмой спинного мозга (χ ² = 1.69, P = 0,43). Значительные различия в максимальных крутящих моментах KE наблюдались между группами субъектов, при этом субъекты SCI (74 ± 54 Нм) генерировали значительно более низкие крутящие моменты, чем контрольные субъекты (226 ± 91 Нм; тест Манна-Уитни U ; P <0,001). Контрольные субъекты продемонстрировали значения CAR 0,97 ± 0,04 во время исходных MVE, что согласуется с предыдущими сообщениями о значениях CAR у молодых и пожилых субъектов. ²² Напротив, средний CAR для субъектов с травмой спинного мозга был равен 0.52 ± 0,27 (критерий Манна-Уитни U , P <0,0001).

Крутящий момент и ЭМГ-активность во время повторных MVE

Для повторных MVE наблюдались существенно разные паттерны волевой активации у репрезентативных контрольных () и SCI () субъектов. Немедленное и постепенное снижение крутящего момента KE и ЭМГ четырехглавой мышцы от пикового исходного уровня MVE наблюдалось у контрольного субъекта при повторных усилиях. Напротив, несмотря на существенно более низкие пиковые крутящие моменты KE, субъект с SCI показал заметное увеличение крутящего момента и ЭМГ четырехглавой мышцы по сравнению с исходным MVE при повторных сокращениях, особенно во время первых 5 усилий.Кроме того, только небольшое снижение крутящего момента KE наблюдалось на 20-м MVE у субъекта с SCI. Через 10 минут пиковый крутящий момент KE во время одного MVE приблизительно соответствовал исходному базовому или первому повторному MVE.

Изменения крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности

Примечание: Типичные примеры изменений крутящего момента разгибателей коленного сустава и электромиографической активности со стороны латеральной широкой мышцы бедра, медиальной широкой мышцы бедра, прямой мышцы бедра и медиального подколенного сухожилия во время исходных и повторных максимальных волевых усилий (МВЭ) в репрезентативный контроль (A) и субъект с повреждением спинного мозга (SCI, B), за которым следовала однократная MVE через 10 минут после повторных попыток.Коэффициенты центральной активации определяли во время исходных усилий, при каждом 5-м повторении MVE и через 10 минут после повторных попыток.

Представлены данные о популяции из 21 экспериментального испытания (14 субъектов), данные проанализированы после нормализации крутящих моментов KE и активности ЭМГ до наивысшего индивидуального исходного значения MVE. Статистический анализ крутящих моментов KE был выполнен с использованием как нормализованных значений (выраженных в процентах от базовой линии), так и абсолютных изменений крутящего момента от базовой линии, что дало аналогичные результаты.Значительные основные эффекты для нормализованного крутящего момента наблюдались для группы субъектов ( P <0,001) и повторных усилий ( P <.0001) со значительным взаимодействием ( P <0,0001;). Апостериорные повторные измерения ANOVA для повторных усилий выявил значительное снижение пикового крутящего момента у контрольных субъектов, при этом тесты Тьюки-Крамера выявили различия на 3-м (89 ± 6,1% от исходного уровня, или 13 ± 20 Нм снижение) через 20-е усилие (снижение до 65 ± 10% от исходного уровня, или снижение на 66 ± 27 Нм).Напротив, значительное увеличение крутящих моментов KE у субъектов SCI наблюдалось при 3-м и 4-м MVE по сравнению с исходным уровнем или 1-м усилием, с максимальным улучшением на 15 ± 15% (увеличение на 11 ± 11 Нм) на 3-м MVE. Кроме того, крутящие моменты KE у субъектов с травмой спинного мозга не уменьшились значительно после последнего (20-го) MVE (85 ± 26%; снижение на 10 ± 22 Нм). Значительные различия ( P <0,01) в крутящем моменте между группами и внутри группы SCI также наблюдались, когда менее пораженная конечность испытуемых с обеих сторон была исключена из анализа.

Крутящие моменты KE и ЭМГ-активность четырехглавой мышцы

Примечание: усредненные, нормализованные пиковые моменты разгибателей колена (KE) (A) и объединенная электромиографическая (ЭМГ) активность четырехглавой мышцы (B) во время 1-5, 10, 15 и 20-го повторных максимальных волевые усилия (MVE) при повреждении спинного мозга (SCI; черный) и контрольной (серый) субъектах. Звездочки (*) указывают на значительное увеличение крутящего момента или ЭМГ во время повторных по сравнению с исходным уровнем MVE при травме спинного мозга или уменьшение крутящего момента у контрольных субъектов. (C) Также показана значимая корреляция между пиковыми крутящими моментами KE и объединенной ЭМГ для первых 5 повторных MVE у субъектов SCI ( P <.001).

Изменения значений CAR во время повторных MVE указали на небольшое, но незначительное снижение по сравнению с исходными значениями у контрольных субъектов (диапазон 0,93–0,95). У субъектов с травмой спинного мозга значения CAR во время 5-го MVE (0,54 ± 0,27) были значительно выше, чем CAR для 15-го (0,48 ± 0,27) и 20-го усилия (0,47 ± 0,28), но не отличались по сравнению с исходными усилиями.

ЭМГ четырехглавой мышцы была записана во время 20/21 экспериментальных испытаний (технические трудности с записью ЭМГ за 1 сеанс).Мышечная активность обычно увеличивалась во время первых нескольких повторных MVE у субъектов SCI и оставалась повышенной при постоянных усилиях. демонстрирует изменения объединенной активности ЭМГ от ВН, ВМ и РФ во время повторных сокращений у субъектов с травмой спинного мозга, с данными, нормализованными до максимального исходного усилия. Суммарная ЭМГ увеличивалась до 26% при 3-м и 4-м повторных MVE и сохранялась (увеличение на 10 ± 26%) при 20-м усилии. Напротив, контрольные субъекты продемонстрировали меньшее, несущественное увеличение объединенной активности ЭМГ (увеличение на 8 ± 13% при 3-м усилии) с минимальным снижением во время повторных MVE (97 ± 20% от исходного уровня при 20-м усилии).Значимые основные эффекты при повторных усилиях ( P <0,01), но не в группе, наблюдались без значительного взаимодействия. Апостериорный анализ показал, что объединенная ЭМГ была значительно увеличена на 3-5-м MVE по сравнению с исходной ЭМГ у субъектов с ТСМ, хотя у контрольных субъектов не наблюдалось значительных изменений. Нормализованные объединенные ЭМГ-ответы субъектов SCI достоверно коррелировали с пиковыми крутящими моментами KE во время первых 5 повторных MVE ( r =.725; P <0,001; ).

Анализ активности отдельных четырехглавых мышц у субъектов с травмой спинного мозга выявил самые большие изменения в VL EMG (143 ± 81% от исходного уровня на 5-й MVE), которые несколько снизились при повторных попытках. Меньшие увеличения наблюдались в VM с максимальными значениями при 5-м усилии (увеличение на 19 ± 42% при 5-м MVE) и RF, которое первоначально увеличивалось (увеличение на 11 ± 37% при 3-м MVE), а затем снижалось. Не было значительных различий между группами мышц при повторных усилиях ( P >.10). Поэтапный анализ множественной линейной регрессии показал, что активность VL была наибольшим вкладом в ответ на увеличенный крутящий момент ( r = 0,595; P <0,001) с незначительным вкладом со стороны других мышц. Кроме того, активность MH существенно не изменилась во время повторных MVE (диапазон средних значений от 88 до 100% от исходного уровня; P > 0,05), что свидетельствует о незначительном изменении активности антагонистов во время повторных попыток.

Повышенная скорость нарастания крутящего момента и ЭМГ с повторяющимися MVE

Скорость нарастания крутящего момента KE () значительно увеличивалась при повторных MVE в SCI, но не в контрольной группе.Расчет T _20–80 был выполнен только для первых 3 повторных MVE, потому что некоторые контрольные субъекты не смогли создать 80% своего пикового базового момента к 4-му MVE. Все участники SCI смогли создать> 80% базовых значений крутящего момента для первых 5 усилий и смогли снизить крутящий момент KE ниже 20% от пикового базового значения между повторными попытками. Значения T _20–80 для контрольных субъектов составляли 257 ± 99 мс во время начальных MVE и не претерпели существенных изменений во время 2-го (257 ± 118 мс) или 3-го сокращения (313 ± 181 мс).Для субъектов с травмой спинного мозга значения T _20–80 были намного больше при первом MVE (895 ± 879 мс), но значительно снизились при втором (449 ± 693 мс) и третьем (535 ± 837 мс) сокращениях ( P < 0,001).

Репрезентативные данные

Примечание: (A) Один субъект с травмой спинного мозга (SCI), показывающий увеличивающуюся скорость увеличения крутящего момента (обозначенную более короткой продолжительностью T _20–80 ; серые полосы) во время первых трех повторных максимальных волевых усилий ( MVEs). (B) Средние изменения T _20–80 и EMG _20–80 у субъектов с SCI.Различия в T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го до 2-го повторных MVE значимо коррелировали ( r = 725; P <0,001). ЭМГ, электромиографические данные.

Чтобы определить, были ли изменения в скорости увеличения крутящего момента вызваны изменениями в активации мышц, EMG _20–80 был рассчитан на основе линейных огибающих для первых 3 MVE с использованием точек данных, первоначально идентифицированных T _20–80 значений (см. Раздел Методы).Такие данные были доступны только для 16 экспериментальных испытаний (14 субъектов), поскольку некоторые люди не смогли снизить суммарную активность ЭМГ ниже 20% от максимальных значений между последовательными попытками. демонстрирует изменения как T _20–80 , так и EMG _20–80 во время первых 3 MVE с аналогичными модуляциями скорости крутящего момента и увеличения EMG ( P <0,05 для повторных измерений ANOVA для EMG _{20– 80} ). Изменения T _20–80 и EMG _20–80 от 1-го ко 2-му повторным MVE достоверно коррелировали ( r =.748; P <0,01).

Увеличение крутящего момента KE зависело от волевой активации

У субъектов с SCI увеличение крутящего момента KE во время повторных усилий зависело от волевой активации четырехглавой мышцы. Существенная отрицательная взаимосвязь наблюдалась между наивысшим процентным увеличением крутящего момента KE (наблюдаемым во время первых 5 повторных MVE) и значениями CAR, полученными на исходном уровне ( r = -,656; P <0,01;). Когда пиковое увеличение крутящих моментов KE выражается в абсолютных значениях (Нм), наблюдается умеренная криволинейная зависимость ( r =.616; P <0,05; ), где у пациентов с очень высоким или очень низким CAR наблюдался меньший рост при повторных MVE.

Корреляция между значениями CAR

Примечание: значимая отрицательная корреляция ( P <.001) между значениями коэффициента центральной активации (CAR), определенными во время базовых максимальных волевых усилий, и наибольшим относительным (процентным) увеличением крутящего момента в период с 1-го по 5-е. демонстрируется повторяющееся усилие (A) со значительной криволинейной зависимостью, когда абсолютное пиковое увеличение крутящего момента разгибателей колена (KE) отображается в зависимости от CAR (B).

Повторяемость увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE

Для оценки повторяемости наблюдаемого поведения 7 субъектов с SCI, выбранных по удобству из пула субъектов, вернулись в течение 5 дней (диапазон 2–5 дней) для повторного тестирования (среднее значение CAR = 0,60; диапазон 0,35–0,84). Во время повторной оценки идентичный экспериментальный протокол был выполнен на той же ноге с той же рукой момента. Парные сравнения не выявили существенной разницы в исходном крутящем моменте KE между днями (день 1: 74 ± 24 Нм против дня 2: 75 ± 40 Нм; P =.83), и двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями показал отсутствие значительных различий в относительной величине или динамике генерации крутящего момента KE между днями ( P = 0,86). Нормализованные пиковые крутящие моменты KE отличались <4% во время повторных попыток, что указывает на очень незначительное влияние практики и / или обучения на наблюдаемое явление.

Семь субъектов SCI выполнили второй протокол для определения внутрисессионной повторяемости увеличенных крутящих моментов KE во время повторных MVE (среднее значение CAR = 0.57; диапазон 0,31–0,78). В отдельном сеансе испытуемые выполнили только 5 повторных MVE (например, 5 секунд включения, 5 секунд отдыха) не менее 3 раз с перерывами между усилиями> 5 минут. Нормированные крутящие моменты KE представлены в, при этом увеличение крутящих моментов KE постоянно наблюдается во всех попытках. Наблюдалось небольшое увеличение нормализованных крутящих моментов KE во время 2-х повторных попыток, хотя относительное увеличение было одинаковым в 3-х испытаниях ( P = 0,56).

Изменения в крутящих моментах KE

Примечание: (A) Повторяемость наблюдаемых изменений крутящих моментов в разгибателях коленного сустава (KE) была протестирована на 7 испытуемых с травмой спинного мозга в разные дни (<5 дней между сессиями) с использованием идентичной парадигмы тестирования. из 20 повторных максимальных волевых усилий.(B) Оценка повторяемости увеличения крутящего момента KE в течение первых 5 повторных усилий была проведена в тот же день. При повторном тестировании были небольшие, несущественные различия. MVE, максимальное добровольное усилие.

Повышенные крутящие моменты MVE во время прерывистых по сравнению с постоянными усилиями

Чтобы уменьшить опасения, что увеличение крутящих моментов KE и ЭМГ четырехглавой мышцы во время повторяющихся MVE происходит из-за недостаточного времени, позволяемого достичь пиковых крутящих моментов KE, были проведены дополнительные эксперименты, чтобы выяснить, могут ли длительные MVE вызывать повышенный эфферентный выброс.В отдельные дни и после определения пиковых крутящих моментов KE во время исходных MVE 7 субъектов SCI (1 тестировался с двух сторон) выполняли однократную длительную MVE в течение ~ 30 секунд. Данные для одного объекта показаны в, где крутящий момент KE постепенно увеличивался в течение первых 15 секунд, а затем достиг плато. Примечательно, что наблюдается повышенная вариабельность сигналов крутящего момента, выявляющая клоническую двигательную активность на частоте ~ 7 Гц. ²³ Такие данные присутствовали во время как повторяющихся, прерывистых, так и продолжительных сокращений у субъектов с ТСМ, но не были очевидны у контрольных субъектов.Индивидуальные ЭМГ четырехглавой мышцы также увеличивались, причем наибольшее увеличение по сравнению с исходными уровнями наблюдалось в ВН, что согласуется с данными, собранными во время повторных MVE.

Изменения крутящего момента KE и активности ЭМГ

Примечание: (A) Данные отдельных испытуемых об изменениях крутящего момента разгибателей колена (KE) и электромиографической (ЭМГ) активности в течение длительного (~ 30 секунд) максимального волевого усилия (MVE). (B) Изменения пиковых крутящих моментов KE во время повторяющихся (черные кружки) по сравнению с постоянными (серые кружки) усилий при травме спинного мозга.Значительное увеличение крутящих моментов KE наблюдалось только при прерывистых MVE, при этом пиковые крутящие моменты KE постоянно превышали те, которые были достигнуты при длительных усилиях. ВЛ, латеральная широкая мышца бедра; VM, broadus medialis; RF, rectus femoris; MH, медиальное подколенное сухожилие.

отображает средние изменения крутящих моментов KE во время продолжительных (30 секунд) MVE по сравнению с повторяющимися, прерывистыми MVE для 7 субъектов, завершивших оба сеанса тестирования. Во время длительных MVE пиковые крутящие моменты определялись каждые 5 секунд в течение первых 25 секунд сокращения (т. Е. Пять 5-секундных эпох анализа данных).Как описано ранее, значительное увеличение пиковых крутящих моментов KE наблюдалось во время периодических MVE, выполненных во время этих 8 испытаний ( P <0,01), хотя у тех же испытуемых не наблюдалось значительного увеличения крутящих моментов KE при длительных усилиях ( P = 0,72). Только 1 субъект значительно увеличил свои крутящие моменты KE (т. Е.> 50%) во время длительных MVE, тогда как все остальные участники продемонстрировали пиковые крутящие моменты KE <12% по сравнению с исходными MVE. У каждого испытуемого максимальное увеличение крутящего момента в суставе во время первых 5 повторных сокращений MVE всегда было больше, чем пиковые крутящие моменты, возникающие во время длительных сокращений MVE (разница 17 ± 8.3%; P <0,01 при парных сравнениях). Напротив, 6 интактных субъектов, которые выполняли устойчивые сокращения MVE, продемонстрировали снижение пикового крутящего момента к последней 5-секундной эпохе (20–25-я секунда) со значительным снижением до 85 ± 19% от их исходной исходной выходной мощности крутящего момента ( P <.05), что соответствует ранее опубликованным отчетам. ²⁴ Не было разницы в снижении крутящего момента во время повторных и прерывистых MVE у контрольных субъектов ( P =.66).

Оценка объединенной активности ЭМГ показала очень небольшое изменение эфферентного влечения почти у всех субъектов (92 ± 21% от исходного уровня), за исключением одного субъекта, который продемонстрировал значительное увеличение крутящего момента КЭ (т. Е. Объединенная активность ЭМГ> 200%). исходных MVE). CAR этого субъекта составлял 0,32, что указывало на существенную слабость четырехглавой мышцы, вторичную по отношению к снижению произвольной активации. Однако другие субъекты с более низким CAR продемонстрировали уменьшение, а не увеличение крутящего момента EMG и KE во время устойчивых MVE.

Обсуждение

Главный вывод настоящего исследования заключался в том, что у субъектов с неполной двигательной ТСМ не наблюдалось значительного снижения максимального крутящего момента во время выполнения установленной экспериментальной парадигмы для оценки волевой утомляемости. Скорее, выполнение повторяющихся прерывистых MVE постоянно приводило к кратковременным улучшениям крутящего момента KE и EMG. Настоящие данные представляют собой существенное отклонение от большого объема литературы, указывающей на усиление мышечной усталости у пациентов с ТСМ, использующих парадигму NMES, по сравнению с неврологически здоровыми людьми. ¹³

Минимальное свидетельство утомляемости при повторных MVE

Множественные механизмы могут объяснять результаты снижения утомляемости у неповрежденной двигательной SCI по сравнению с интактными субъектами. Например, сниженная волевая активация (т.е. низкие значения CAR) может минимизировать периферическую сократительную недостаточность во время повторных MVE и снизить утомляемость. Этим также может объясняться отсроченная утомляемость (то есть увеличенное время выносливости), наблюдавшаяся ранее другими во время субмаксимальных волевых усилий у субъектов с неполной травмой спинного мозга. ⁹ Наши данные о снижении волевой активации у субъектов с травмой спинного мозга также могут минимизировать окклюзию кровотока с помощью повторных MVE и уменьшить наступление утомляемости, ²⁵ , хотя вклад этих механизмов в наши наблюдения неясен.

Связанным объяснением наблюдаемых различий между контрольными субъектами и субъектами SCI может быть изменение мотивации во время выполнения повторных MVE. В частности, как снижение мотивации, так и нарушение целостности надспинальных путей могут ограничивать волевую активацию в нашей популяции с травмой спинного мозга и, возможно, способствовать уменьшению свидетельств усталости.Мы не можем отдельно количественно оценить относительный вклад каждого фактора, хотя всем участникам SCI и контрольной группе было предоставлено аналогичное поощрение, и они категорически заявили, что они прилагали максимальные усилия, несмотря на заметные различия в их поведении. Стабильность базовых пиковых крутящих моментов у субъектов с травмой спинного мозга между днями тестирования и повторяемость наших наблюдений как внутри, так и между сессиями свидетельствуют о том, что наши наблюдения связаны с физиологическими, а не мотивационными различиями между группами испытуемых.

Наши данные также резко контрастируют с опубликованными сообщениями о повышенной утомляемости при полной травме спинного мозга и могут быть объяснены как минимум двумя конкретными механизмами. Повышенная ежедневная активность нижних конечностей у субъектов с двигательной неполноценной травмой спинного мозга, особенно амбулаторных, может компенсировать многие пагубные нервно-мышечные изменения, связанные с травмой спинного мозга и неиспользованием. Действительно, у субъектов с нарушенной активацией выбранных двигательных единиц компенсирующее повышенное волевое воздействие на мотонейроны, которые получают больший нисходящий синаптический сигнал, может увеличивать сопротивление усталости иннервируемых мышечных волокон при продолжении их использования.Кроме того, наличие спастического моторного поведения у всех испытуемых могло способствовать сохранению мышечных волокон типа I после травмы, ²⁶ , тем самым потенциально сводя к минимуму степень нервно-мышечной усталости и способствуя настоящим результатам (см., Однако, Harris et al. ²⁷ ). Хотя мы не оценивали нервно-мышечную утомляемость у контрольных субъектов по сравнению с SCI с использованием NMES, ⁷ недавний отчет показал небольшую разницу в мышечных свойствах между субъектами с неполным SCI и контрольными участниками, ²⁸ , хотя дальнейшее исследование этого вопроса является оправданным.

Еще одним вероятным объяснением различий между нынешними и предыдущими исследованиями травм спинного мозга у людей является методология, используемая для оценки утомляемости. В частности, NMES требуется в исследованиях, проводимых на субъектах с полной травмой спинного мозга, и задействует двигательные единицы пространственно-фиксированным и синхронным во времени образом, ²⁹ с некоторыми доказательствами предпочтительной активации более крупных, быстро утомляемых волокон (см., Однако, Binder -Macleod et al ³⁰ и Feiereisen et al ³¹ ).Таким образом, использование NMES устраняет гибкость нервной системы для изменения рекрутирования моторных единиц и стратегий кодирования скорости, которые позволяют поддерживать волевую силу во время утомляющих усилий. ³² Хотя вызванная NMES усталость может быть частично компенсирована изменением частоты стимуляции ³³ (см., Однако, Fuglevand and Keen ³⁴ ), доказательства большей мышечной усталости во время электрических сокращений по сравнению с произвольными сокращениями у интактных субъектов хорошо известны. ³² Действительно, поддержание повышения паттернов ЭМГ во время последнего повторного усилия предполагает, что центральные механизмы играют существенную роль в наблюдаемом сопротивлении утомлению. Что еще более важно, увеличение ЭМГ четырехглавой мышцы было значительно связано с увеличением крутящего момента KE, что представляет основной интерес в текущем исследовании.

Повышенная центральная активация во время «утомительных» усилий

Обнаружение увеличения крутящего момента KE было изначально неожиданным и, насколько нам известно, ранее не описывалось.Последние данные описывают улучшения в производстве произвольного вращающего момента (29 ± 8,2%) и скорости развития вращающего момента (T _20–80 ; 77 ± 103 мс) у субъектов с неполной травмой спинного мозга после 12 недель тренировок с отягощениями / плиометрической тренировки. ³³ В настоящем исследовании примерно половина этого увеличения крутящего момента KE была реализована во время повторяющихся MVE с резким увеличением скорости создания силы. В то время как потенциация мышц может частично способствовать полученным результатам, ³⁵ увеличивающаяся величина и скорость увеличения крутящего момента KE сильно коррелировали с увеличением активности четырехглавой мышцы, в первую очередь VL, мышечной активности, что указывает на центральное (то есть спинномозговое или надспинальное) происхождение наблюдаемого поведения. .Минимальные изменения в MH EMG дополнительно указывают на небольшой вклад снижения активации антагонистов в увеличение крутящих моментов KE. Наблюдение увеличенного крутящего момента также было постоянным в одни и те же дни или в разные дни, что свидетельствует о незначительном влиянии обучения или адаптации на тестирующую аппаратуру. Кроме того, пиковый крутящий момент KE, генерируемый во время повторяющихся MVE, не был результатом недостаточной продолжительности для достижения максимального эфферентного привода, поскольку устойчивые MVE последовательно приводили к меньшему увеличению выходного пикового крутящего момента.

Потенциальные факторы, способствующие увеличению эфферентного выброса, включают усиленные супраспинальные или сегментарные входы и / или модуляцию внутренней возбудимости мотонейронов. Например, хорошо известен феномен послетренировочного облегчения кортикомотонейрональной возбудимости: увеличение моторных вызванных потенциалов (МВП) наблюдается при транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) после волевых сокращений различной продолжительности и интенсивности у интактных субъектов. ^36,37 Некоторые предположили супраспинальное происхождение поведения, поскольку прямая транскраниальная электрическая стимуляция (TES), как предполагается, активирует проксимальные сегменты аксонов пирамидных клеток, ³⁷ не вызывает увеличения постконтрактных MEP.Более свежие данные предполагают, что TES может активировать внутрикортикальные контуры, однако, ³⁸ и вклад изменений в нисходящее влечение неясен.

Синаптический вход от афферентных путей также может способствовать изменению мышечной силы во время повторных MVE, хотя большинство исследований было сосредоточено на проприоцептивных воздействиях, которые способствуют развитию утомляемости (например, нарушение возбуждающего влечения Ia ³⁹ или усиление в группе III– IV афферентное торможение ⁴⁰ ).С другой стороны, в нескольких исследованиях обсуждается вклад повышенного возбуждающего афферентного драйва во время повторных сокращений ⁴¹ , хотя недавние данные предполагают наличие спинномозгового локуса для увеличения эфферентного выброса в аналогичных условиях. ⁴² В частности, непрерывный или повторяющийся афферентный ввод, как это происходит при вибрации сухожилий ⁴³ или низкоинтенсивный импульс с большой шириной (1 мс) NMES, ⁴⁴ , может вызвать длительный повышенный моторный разряд, который действует дольше афферентного стимула.Такое поведение приписывают стойким внутренним (Ca ²⁺ и Na ⁺ ) токам (PIC) в мотонейронах позвоночника, ⁴⁵ , которые вызывают повышенную и / или устойчивую деполяризацию (то есть потенциалы плато). Кроме того, активация PIC зависит от времени и характеризуется уменьшением деполяризации, необходимой для активации этих токов (т. Е. Снижение порога PIC) с повторяющимися стимулами (т. Е. «Разогревом» или «возбуждением»), поскольку наблюдается при спастической двигательной активности при ТСМ человека. ^46,47 В самом деле, проявление спастической моторной активности при SCI также было связано с активностью PIC, ⁴⁵ , при которой устойчивый моторный выход (то есть спазмы) может происходить в отсутствие непрерывного синаптического входа. В нашем текущем исследовании моторный выход во время повторяющихся прерывистых или устойчивых MVE часто демонстрировал характеристики спастического моторного поведения (т. Е. Клонической активности;). Несколько исследований связали активность PIC с измененной волевой силой в SCI человека, хотя модели активации двигательных единиц, соответствующие активности PIC у контрольных субъектов ⁴⁸ , наблюдались у субъектов SCI во время волевых усилий. ⁴⁹ В то время как относительный вклад спинномозговых и супраспинальных изменений, лежащих в основе увеличения эфферентного влечения во время повторных MVE, неясен, настоящие данные и потенциальные объяснения обеспечивают основу для проверяемых гипотез для определения механизмов, лежащих в основе увеличенного крутящего момента и активности ЭМГ при многократных максимальных усилиях. ⁵⁰

Различия между устойчивыми и прерывистыми MVE

Чтобы определить, наблюдалось бы подобное увеличение эфферентного выхода, если бы субъектов SCI просто попросили поддерживать их MVE, мы обнаружили меньшее увеличение крутящего момента KE или ЭМГ четырехглавой мышцы, особенно по сравнению с повторные MVE.Предыдущие исследования с участием интактных субъектов связывали различия в утомляемости во время длительных и прерывистых сокращений с подавлением рефлекса с помощью афферентных разрядов III – IV групп, активируемых сниженным удалением метаболитов с закупоркой кровотока, ⁵¹ с потенциально большей утомляемостью в мышцах разгибателях по сравнению с мышцами-сгибателями. в верхних конечностях. ⁴⁰ Механизмы, лежащие в основе облегчения моментов KE, могут, следовательно, маскироваться во время устойчивых MVE за счет увеличения отрицательной обратной связи от афферентов групп III – IV.Однако механизм, посредством которого группа III – IV обратная связь подавляет пулы мотонейронов разгибателей и сгибателей в нижних конечностях, особенно у субъектов с травмой спинного мозга, не совсем понятен и требует дальнейшего изучения.

Ограничения

Ограничения текущего исследования необходимо устранить. В частности, испытуемые из контрольной группы и SCI не получали визуальной обратной связи во время выполнения MVE. Этого избегали намеренно, чтобы свести к минимуму любые ожидания испытуемых во время максимальных «утомляющих» усилий.Неясно, повлияло ли предоставление визуальной обратной связи крутящих моментов KE на наши результаты у субъектов SCI, и требуется исследование.

Во-вторых, увеличение крутящего момента KE, наблюдаемое у пациентов, было связано с оценкой волевой активации (CAR), которая оценивалась с использованием высокоинтенсивной NMES, применяемой во время исходных или повторных усилий. Точность CAR для определения произвольной активации с использованием различных параметров стимуляции подвергалась сомнению, ^16,19 с другими данными, предполагающими, что современные электрофизиологические методы могут привести к переоценке произвольной активации. ¹⁸ В настоящем исследовании, однако, определение CAR было выполнено только для того, чтобы обеспечить приближение произвольной активации и ее вклада в первичные результаты. Использование различных методов для оценки произвольной активации может представлять интерес при неполной SCI, хотя, вероятно, не изменит общий вывод о том, что увеличение силы с повторяющимися MVE зависит от способности произвольно генерировать крутящие моменты KE.

Наконец, отсутствие определения конкретных механизмов, лежащих в основе основных результатов (например, увеличенного крутящего момента и снижения утомляемости), является ограничением в данной статье и является предметом будущей работы. ⁵⁰ В частности, центральные механизмы, лежащие в основе увеличения произвольного момента при неполной травме спинного мозга, являются неопределенными, поскольку изменения в рекрутировании и / или скорости разряда двигательных единиц могут объяснять повышенную активность ЭМГ при повторных максимальных усилиях и не могут быть точно оценены из поверхностные записи. ⁵² Такие записи могут также предоставить дополнительную информацию о потенциальном вкладе PIC в настоящую работу, как это было выполнено ранее. ⁴²

Клиническая значимость

Связь между нынешними наблюдениями увеличения волевой двигательной активности и генерации спастической двигательной активности при хронической травме спинного мозга представляет собой интересную дихотомию в ведении пациентов с травмой спинного мозга.Говоря более конкретно, спастическая двигательная активность традиционно рассматривалась как негативное последствие неврологического повреждения и подавляется фармакологическим вмешательством. Однако возможный механизм, лежащий в основе наблюдаемого явления, в частности, PIC-активность, связан с проявлением спастических двигательных моделей поведения при травме спинного мозга у человека. Кроме того, многие люди с травмой спинного мозга продемонстрировали волевую активность, указывающую на спастичность / спазмы во время повторных или продолжительных МВЭ (т. Е.). Это открытие можно интерпретировать как повышенную синхронизацию двигательных единиц во время сокращений средней и высокой интенсивности, что может объяснить повышенную активность ЭМГ и изменчивость силы. ⁵³ С другой стороны, такое поведение согласуется с гипотезой о том, что субъекты использовали свою непроизвольную рефлекторную активность (например, «спастичность») для увеличения крутящих моментов KE. Как у интактных субъектов, так и у субъектов с травмой спинного мозга, рефлекторная активация во время статического ⁵⁴ и динамического ⁵⁵ поведения имеет решающее значение для генерации и поддержания волевой моторной отдачи. Действительно, специалисты по реабилитационной медицине давно признали, что субъекты с травмой спинного мозга часто используют свое спастическое поведение для выполнения функциональных задач ⁵⁶ (см. Комментарий Дитца ⁵⁷ ).Кроме того, почти все испытуемые смогли минимизировать свои крутящие моменты и ЭМГ между повторными MVE до менее 20% от пикового исходного уровня сокращений. Объединенные данные показывают, что усиленная эфферентная активность в значительной степени контролировалась посредством произвольного инициирования и прекращения, независимо от рефлекторного и внутреннего мотонейронального вклада. Несмотря на отсутствие идентифицированных механизмов, текущие данные представляют собой «резерв» эфферентного привода, используемого в неполном SCI во время повторяющихся MVE для увеличения пиковых крутящих моментов.Можно ли использовать этот резерв с помощью конкретных вмешательств для повышения силы — это область будущих исследований.

Повторяющиеся сокращения максимального волевого усилия при травме спинного мозга человека: начальный момент увеличивается и снижается утомляемость

Фон: Существенные данные указывают на большую мышечную усталость у людей с травмой спинного мозга (SCI) по сравнению со здоровыми контрольными субъектами при тестировании с использованием протоколов электростимуляции.В нескольких исследованиях изучалась степень волевого утомления при неполно двигательной ТСМ.

Методы: Повторные изометрические сокращения разгибателей колена с максимальным волевым усилием (MVE) были выполнены у 14 субъектов с неполной двигательной SCI и у 10 интактных субъектов. Субъекты выполнили 20 повторных прерывистых MVE (5 секунд сокращения / 5 секунд отдыха) с записанными моментами KE и электромиографической (ЭМГ) активностью бедра.

Полученные результаты: Пиковый крутящий момент KE снизился до 64% ​​от исходного значения MVE при повторных попытках у контрольных субъектов. И наоборот, пациенты с травмой спинного мозга увеличили пиковый крутящий момент во время первых 5 сокращений на 15%, с небольшими признаками усталости после 20 повторных попыток. Увеличение пиковых крутящих моментов KE и скорости увеличения крутящего момента во время первых 5 сокращений было связано в первую очередь с увеличением ЭМГ-активности четырехглавой мышцы, но не со снижением совместной активации сгибателей коленного сустава.Наблюдаемое начальное увеличение максимального крутящего момента зависело от волевой активации субъекта и было постоянным в один и тот же или разные дни, что указывает на небольшой вклад обучения или адаптации в условия тестирования. Устойчивые MVE не вызвали существенного увеличения пиковых крутящих моментов KE по сравнению с повторяющимися прерывистыми усилиями.

Выводы: Эти данные выявили заметное отклонение от ожидаемых результатов повышенной утомляемости у субъектов с травмой спинного мозга и могут быть результатом сложных взаимодействий между механизмами, лежащими в основе спастической двигательной активности, и изменениями внутренних свойств мотонейронов.

Воля и функция сознания

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ ОНЛАЙН-СТИПЕНДИИ ОКСФОРДА (oxford.universitypressscholarship.com). (c) Авторские права Oxford University Press, 2021. Все права защищены. Отдельный пользователь может распечатать одну главу монографии в формате PDF в OSO для личного использования. дата: 03 ноября 2021 г.

Глава

(стр.109) Глава 10 Воля и функция сознания

Источник:

Сознательная воля и ответственность

Автор (ы):

Ташина Л.Graves

Brian Maniscalco

Hakwan Lau

Издатель:

Oxford University Press

DOI: 10.1093 / acprof: oso / 9780195381641.003.0011

Многие волевые действия, кажется, требуют сознательных усилий. Мы сознательно инициируем спонтанные двигательные движения. Отменяем запланированные действия по желанию. Мы сознательно избегаем определенных действий. Мы намеренно меняем наши планы действий, чтобы преследовать разные цели. Иногда, говорят теоретики, это функции сознания, как будто эволюция наделила нас даром сознания только для того, чтобы совершать эти действия.Предположительно, без сознания мы могли бы выполнять только гораздо более простые действия, которые не сложнее приукрашенных рефлексов. В этой главе рассматриваются имеющиеся доказательства, чтобы увидеть, подтверждаются ли эти интуитивные утверждения эмпирически. В нем обсуждается, что логически необходимо для эксперимента, чтобы продемонстрировать истинную функцию сознания.

Ключевые слова: сознание, воля, когнитивный контроль, вето, действия

Для получения доступа к полному тексту книг в рамках службы для получения стипендии

Oxford Online требуется подписка или покупка.Однако публичные пользователи могут свободно искать на сайте и просматривать аннотации и ключевые слова для каждой книги и главы.

Пожалуйста, подпишитесь или войдите для доступа к полному тексту.

Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этой книге, обратитесь к своему библиотекарю.

Для устранения неполадок, пожалуйста, посетите наш FAQs , и если вы не можете найти там ответ, пожалуйста связаться с нами .

.