肌肉痉挛易感性与人类运动神经元放电模式的肌肉特异性调节相关

《Experimental Physiology》：Muscle cramp susceptibility is associated with muscle-specific modulation of human motoneuron discharge patterns

　　

肌肉痉挛是一种疼痛的、不自主的收缩，被认为源于脊髓运动神经元兴奋性的改变，可能涉及持续性内向电流（PICs）。研究人员检查了痉挛易感性是否与PIC相关的运动神经元行为改变有关，以及电诱导痉挛是否会改变这些估计值。二十八名健康、活跃的成年人进行了三角跖屈肌收缩，在痉挛阈值频率测试前后进行，该测试旨在诱发内侧腓肠肌痉挛。根据痉挛测试结果，参与者被分为痉挛组或对照组。研究人员从三角收缩期间的高密度表面肌电图（HD-EMG）记录中分解出运动单位脉冲序列，估算了比目鱼肌和内侧腓肠肌中PICs对运动神经元放电的贡献。放电率迟滞（ΔF）、支撑高度、相关斜率以及自持放电持续时间表征了PIC相关的运动单位放电调节。研究人员使用H反射（H反射）和宽脉冲高频神经肌肉电刺激（WPHF）评估了脊髓反射兴奋性和中枢介导的神经肌肉反应。在基线时，痉挛组内侧腓肠肌的ΔF低于对照组，而其他PIC相关估计值、WPHF诱发的扭矩、持续EMG活动、热身效应和H反射振幅在组间没有差异。在痉挛诱导方案后，内侧腓肠肌的ΔF增加，两块肌肉的自持放电持续时间增加，而内侧腓肠肌的支撑高度保持不变，但比目鱼肌的支撑高度下降。痉挛组内侧腓肠肌的最大放电率下降，而对照组没有。这些发现表明，痉挛易感性与普遍的运动神经元过度兴奋无关，而是与运动神经元放电调节的细微、肌肉特异性改变有关。

肌肉痉挛是一种疼痛、不自主的肌肉收缩，严重影响生活质量，尤其在老年人群和慢性疾病（如肌萎缩侧索硬化症、糖尿病）患者中更为常见，但其病理生理机制尚不完全清楚。传统观点认为痉挛与脱水或电解质失衡有关，但近年证据表明，脊髓运动神经元兴奋性增高和抑制性控制减弱是关键因素，特别是持续性内向电流（PICs）在痉挛的产生和维持中可能发挥重要作用。PICs是运动神经元内在的电压依赖性钠和钙通道介导的去极化电流，能放大并延长突触输入，导致自持放电。然而，目前尚不清楚痉挛易感个体（即痉挛易感者）在基线状态下是否表现出运动神经元放电行为的改变，以及电诱导痉挛后这些变化是否与对照者不同。为此，研究人员开展了本研究，旨在探讨痉挛易感性是否与基线运动神经元兴奋性改变相关，以及电诱导痉挛是否差异性地调节痉挛易感者和对照者的PIC估计值。研究假设痉挛易感者基线时PIC相关运动神经元行为更强，且对痉挛诱导方案的响应更大。该论文发表在《Experimental Physiology》。

研究人员招募了28名健康活跃成年人（根据自我报告分为14名痉挛易感者和14名对照者，最终根据电诱导痉挛测试结果，10人出现痉挛，其中8名为自我报告易感者，2名为对照者，因此痉挛组10人，对照组18人）。研究采用横断面设计，包括一次熟悉化实验和一次正式实验。主要技术方法包括：使用高密度表面肌电图（HD-EMG）记录三角收缩（0%–20%–0%最大随意收缩MVC，上升和下降各10秒）期间的运动单位放电，并通过卷积盲源分离分解为运动单位脉冲序列；计算放电率迟滞（ΔF）、支撑高度、加速斜率、衰减斜率和自持放电持续时间（SSD）等PIC相关指标；采用宽脉冲高频神经肌肉电刺激（WPHF，脉冲宽度1 ms，频率100 Hz，强度诱发10% MVC扭矩）评估中枢介导的神经肌肉反应，包括额外扭矩、持续EMG活动和热身效应（通过振动腱联合刺激）；通过H反射（H_max/M_max比值）评估脊髓反射兴奋性；使用痉挛阈值频率测试（刺激频率从4 Hz递增，2 Hz步长，直至诱发痉挛或达到40 Hz）诱发内侧腓肠肌痉挛。所有测量在痉挛阈值频率测试前后进行，以评估急性变化。

**3.1 痉挛易感性**：痉挛阈值频率测试在10名参与者中诱发了内侧腓肠肌痉挛（平均频率22 Hz，范围12–30 Hz）。自我报告痉挛易感性与电诱导痉挛发生显著相关（Fisher精确检验，P=0.046），自我报告易感者出现痉挛的几率是对照者的8倍（比值比=8.0）。

**3.2 参与者特征**：痉挛组与对照组在年龄、体重、身高、性别分布、跖屈肌MVC扭矩和自愿激活程度上均无显著差异（所有P>0.05），表明两组基线神经肌肉输出能力相似。

**3.4 PIC对运动神经元放电和兴奋性的贡献**：在比目鱼肌中，ΔF和归一化ΔF在组间和时间点间均无显著差异（P>0.05）。在内侧腓肠肌中，ΔF在对照组显著高于痉挛组（组效应P<0.001），且两组均随时间增加（时间效应P=0.037）；归一化ΔF仅显示时间效应（P=0.006），组间无差异。支撑高度方面，比目鱼肌随时间降低（P<0.001），组间无差异；内侧腓肠肌无显著变化。自持放电持续时间（SSD）在比目鱼肌和内侧腓肠肌中均随时间增加（P=0.004和P=0.003），组间无差异。最大放电率在比目鱼肌中随时间增加（P=0.004），组间无差异；在内侧腓肠肌中，痉挛组在痉挛后显著降低（P=0.015），对照组无变化（组×时间交互作用P<0.05）。加速斜率和衰减斜率在两组间和时间点间均无差异。H_max/M_max比值在比目鱼肌和内侧腓肠肌中组间无差异。

**3.5 WPHF诱发的反应**：WPHF平均扭矩、额外扭矩、比目鱼肌和内侧腓肠肌的持续EMG活动以及热身效应在组间均无显著差异（所有P>0.05），表明痉挛易感者未表现出系统性反射性扭矩放大或持续EMG响应增强。

**讨论与结论**：讨论部分指出，大多数PIC相关运动单位指标和H反射测量在组间相似，仅内侧腓肠肌ΔF在痉挛组较低，表明痉挛易感性并非源于普遍性脊髓兴奋性升高或PIC增益增强，而是与肌肉特异性的放电调节细微差异有关。痉挛诱导方案引起了PIC相关行为的普遍性增强（如ΔF和SSD增加），但除内侧腓肠肌最大放电率外，这些变化在两组间无显著差异。对照组最大放电率增加，而痉挛组降低，提示痉挛易感者的运动神经元在强烈激活后可能表现出适应性约束。研究结论为：痉挛易感性与运动神经元普遍性过度兴奋无关，而与内侧腓肠肌等肌肉中运动单位放电动态和适应性的细微、肌肉特异性差异有关。未来研究需通过自愿诱导痉挛期间的HD-EMG记录直接探究运动单位放电率变异性和痉挛产生机制。