影响肌肉收缩效率的生物谐振机制研究

谐振是自然界所有物体必然存在的现象，申请者在前期研究中,对正常人和痉挛患者创新性地进行生物谐振研究，发现人体运动存在固有节律的生物谐振现象，肌肉收缩效率可能取决于神经肌肉的生物谐振状态，适宜谐振刺激可能增强肌肉收缩效率与运动生理能力；运动控制障碍患者可能存在异常的肌肉谐振特征，谐振刺激可能纠正异常肌肉的病理收缩、改善肌肉的运动控制，因此，本课题进一步探索人体神经肌肉组织的生物谐振机制，以正常与异常下肢肌肉运动为模型，采用电生理技术观察静态与动态下神经-肌肉活动微观的神经元兴奋节律与肌细胞活动固有谐振规律，利用外部最佳的振动刺激寻求与肌肉收缩的生物谐振状态，通过神经-肌肉电生理技术与步态分析方法判断谐振干预对运动训练以及运动控制的作用。开创一种理想的谐振刺激方法、设定理想刺激形式、振幅与频率对于正常肌肉组织或异常肌肉活动产生正性影响，将对提高运动能力与改善运动控制障碍产生重要的影响。

谐振是自然界所有物体必然存在的现象。我们在前期研究中发现人体运动存在固有节律的生物谐振现象，而人体的各项运动都是在神经系统的支配下由相关肌肉或肌群完成。据此推论神经系统的生理活动与肌肉的收缩活动存在固有频率，一定频率的振动刺激能够最大限度的激活神经肌肉系统。本课题研究第一部分我们对正常人体下肢施加不同频率的振动刺激，使用表面肌电均方根（RMS）和F波作为研究指标，发现引起小腿肌肉放电量增加的峰值频率主要集中在30～50Hz，而在30Hz时F波的波幅最高，60Hz时F波的波幅受到抑制。因此，我们认为30Hz为脊髓运动神经元的谐振频率，该频率能够最大限度的激活神经肌肉系统；高频率刺激对神经肌肉系统的活动有抑制作用。本课题研究的第二部分，我们以脑卒中和脊髓损伤患者为主要研究对象，探究了谐振刺激对软瘫期和痉挛期患者脊髓运动神经元的影响。发现谐振刺激能够兴奋软瘫期患者处于抑制状态的脊髓运动神经元，而高频的谐振刺激能够抑制痉挛期过渡活跃的脊髓运动神经元。上运动神经元综合征患者运动丧失固有节律特征，其原因之一是脊髓运动神经元兴奋性发生改变。若能够通过外在振动调控脊髓运动神经元的兴奋性，就可以有效的改善患者的运动能力。本课题研究的第三部分，我们对脑卒中偏瘫患者施加谐振刺激，观察振动前后患者步行能力改善情况，结果发现患者3米起立行走时间和10米最大步行速度有显著提高，证明了谐振能够改善脑卒中患者动能力。综上本课题的研究结论为，正常人体神经肌肉系统生理活动存在谐振频率，这种现象是人体运动谐振特征的生理基础；上运动神经元综合征患者由于其神经肌肉系统丧失了固有频率，导致运动丧失谐振规律，谐振刺激能够调控这部分患者的神经活动，促进运动功能的提高。