DOI: https://doi.org/10.1038/s41514-025-00239-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40490469
تاريخ النشر: 2025-06-09
المؤلف: Mario Nuñez-Lisboa وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار التمارين الرياضية على التحكم العصبي العضلي والمشي لدى البالغين الشباب وكبار السن، مع التركيز على الفروق بين الأفراد الأكثر نشاطًا والأقل نشاطًا. شملت العينة 15 بالغًا شابًا و14 بالغًا مسنًا مصنفين على أنهم أكثر نشاطًا، إلى جانب 14 بالغًا شابًا و14 بالغًا مسنًا مصنفين على أنهم أقل نشاطًا. تم قياس العزوم القصوى الطوعية الإيزومترية لتمديد الركبة والكاحل، وتم تقييم الخصائص الميكانيكية للعضلات باستخدام Myoton. شمل تحليل المشي قوى رد الفعل الأرضي، والتقاط الحركة، والتخطيط الكهربائي للعضلات.
كشفت النتائج أن كبار السن الأقل نشاطًا أظهروا أطوال خطوات أقصر، وزيادة في التكاليف الميكانيكية، وقوى تصادم أكبر عند نقطة تماس الكعب. كانت هذه العيوب في المشي مرتبطة بتغيرات في التحكم العصبي العضلي، والتي تتميز بتفعيل أوسع لمجموعات العضلات القطنية والعجزية، وتغيرات في توقيت التفعيل، وانخفاض في صلابة العضلات والأوتار. تؤكد النتائج على أهمية النشاط البدني في الحفاظ على التحكم العصبي العضلي، والخصائص الميكانيكية للعضلات، وكفاءة المشي، مما يساعد في التخفيف من التدهور المرتبط بالشيخوخة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليلات التحكم في الوضعية والمشي باستخدام جهاز مشي مزود بأجهزة استشعار القوة لقياس المكونات الثلاثة لقوة رد الفعل الأرضي (GRF): العمودية ($F_v$)، الأمامية والخلفية ($F_f$)، والجانبية ($F_l$). تم جمع البيانات بتردد 1000 هرتز، بينما تم تسجيل النشاط الكهربائي للعضلات (EMG) من 12 عضلة على الجانب الأيمن من الجسم بتردد 2048 هرتز باستخدام نظام لاسلكي. تم وضع أقطاب EMG بعناية وفقًا لإرشادات SENIAM، لضمان المحاذاة الدقيقة مع ألياف العضلات. تم التقاط البيانات الحركية باستخدام نظام Qualisys مع عدة كاميرات، وأجرى المشاركون اختبار توازن ثابت على جهاز المشي لقياس تذبذبات مركز الضغط (CoP) بناءً على بيانات GRF.
بعد تقييم التوازن، تم تقييم الخصائص البيوميكانيكية لعضلة الساق الداخلية (GM) وعضلة الفخذ المستقيمة (RF) باستخدام جهاز MyotonPRO، الذي قياس الصلابة الديناميكية والتخميد من خلال النبضات الميكانيكية. ثم سار المشاركون على جهاز المشي بسرعة 1.11 م/ث، مع إجراء تجارب تعارف مسبقًا. تم إجراء قياسات العزم الطوعي الأقصى الإيزومتري (IMVT) لتمديد الركبة والكاحل باستخدام مقياس إجهاد، حيث بذل المشاركون أقصى جهد لمدة 6 ثوانٍ عبر ثلاث تجارب. تم تصميم إعداد قياسات العزم للحفاظ على الوضعية الصحيحة وتجنب الحركات التعويضية، مما يضمن موثوقية البيانات المجمعة.
النتائج
تشير النتائج إلى وجود اختلافات ملحوظة في خصائص الموضوعات بين المجموعات النشطة بدنيًا والأقل نشاطًا. على وجه التحديد، وُجد أن الأفراد الأكثر نشاطًا كانوا أصغر سنًا (F(1,55) = 2144.0، p < 0.001) وأظهروا مؤشر كتلة جسم (BMI) أقل (F(1,55) = 4.0، p = 0.049) مقارنة بنظرائهم الأقل نشاطًا. بالإضافة إلى ذلك، كان كبار السن عمومًا أقصر من البالغين الشباب (F(1,55) = 8.6، p = 0.004). على الرغم من هذه الاختلافات، لم تُلاحظ أي اختلافات كبيرة في الوزن بين المجموعات (p > 0.743)، ولم يؤثر العمر بشكل كبير على التصنيف بناءً على تقدير MET-min/الأسبوع (F(1,55) = 0.9، p = 0.334). علاوة على ذلك، لم تكن التفاعلات بين العمر ومستوى النشاط ذات دلالة أيضًا (F(1,55) = 0.4، p = 0.511)، مما يشير إلى أن تأثيرات العمر على تصنيف النشاط البدني كانت ضئيلة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في هذه الدراسة الضوء على التأثير الكبير للعمر ومستوى النشاط البدني على الخصائص العضلية، والتوازن الثابت، وميكانيكا المشي، وأنماط تفعيل العضلات لدى كبار السن. تشير النتائج الرئيسية إلى أن كبار السن يظهرون انخفاضًا في العزم الأقصى الإيزومتري في تمارين تمديد الركبة والكاحل، مع انخفاض ملحوظ في صلابة العضلات وزيادة في تخميد الأنسجة مع تقدم العمر. بينما لم يؤثر النشاط البدني بشكل كبير على عزم تمديد الركبة، أظهر الأفراد النشطون عزمًا أكبر في ثني القدم وصلابة عضلية، مما يشير إلى أن مستويات النشاط الأعلى يمكن أن تخفف من بعض التدهورات المرتبطة بالعمر في وظيفة العضلات.
فيما يتعلق بميكانيكا المشي، أظهر كبار السن أطوال خطوات أقصر وزيادة في إزاحة مركز الضغط الأمامي والخلفي، مع تعرض الأفراد الأقل نشاطًا لتكاليف أيضية أعلى أثناء المشي. كما وجدت الدراسة أن كبار السن لديهم استراتيجيات حركية متغيرة، مثل انخفاض في انثناء الكاحل عند تماس القدم وزيادة في انثناء الجذع، والتي قد تكون تكيفات للحفاظ على الاستقرار وتقليل خطر السقوط. علاوة على ذلك، كشفت التحليلات الكهربائية للعضلات عن زيادة في تفعيل العضلات لدى كبار السن، خاصة في عضلات تمديد وثني الركبة، مع تغييرات في توقيت ومدة أنماط تفعيل العضلات. تؤكد هذه النتائج على أهمية النشاط البدني في الحفاظ على الوظيفة العصبية العضلية وميكانيكا المشي في الفئات العمرية المتقدمة، مما يشير إلى أن الحفاظ على النشاط البدني أو زيادته يمكن أن يساعد في تقليل خطر السقوط وتعزيز الحركة العامة لدى كبار السن.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41514-025-00239-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40490469
Publication Date: 2025-06-09
Author(s): Mario Nuñez-Lisboa et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study examines the effects of exercise on neuromuscular control and gait in young and older adults, focusing on the differences between more active and less active individuals. The sample included 15 young and 14 older adults classified as more active, alongside 14 young and 14 older adults categorized as less active. Isometric maximal voluntary torques for knee and ankle extensors were measured, and muscle mechanical properties were evaluated using Myoton. Gait analysis incorporated ground reaction forces, motion capture, and electromyography.
The results revealed that less active older adults exhibited shorter step lengths, increased mechanical costs, and greater collision forces at heel strike. These gait impairments were associated with altered neuromuscular control, characterized by broader activation of lumbar and sacral motor pools, variations in activation timing, and decreased muscle-tendon stiffness. The findings underscore the importance of physical activity in preserving neuromuscular control, muscle mechanical properties, and gait efficiency, thereby mitigating the decline associated with aging.
Methods
In this study, postural control and gait analyses were conducted using an instrumented treadmill equipped with force transducers to measure the three components of ground reaction force (GRF): vertical ($F_v$), fore-aft ($F_f$), and lateral ($F_l$). Data were collected at a frequency of 1000 Hz, while electromyographic (EMG) activity from 12 muscles on the right side of the body was recorded at 2048 Hz using a wireless system. The EMG electrodes were carefully placed following SENIAM guidelines, ensuring accurate alignment with muscle fibers. Kinematic data were captured using a Qualisys system with multiple cameras, and participants performed a static balance test on the treadmill to measure the center of pressure (CoP) oscillations based on GRF data.
Following the balance assessment, the biomechanical properties of the gastrocnemius medialis (GM) and rectus femoris (RF) were evaluated using a MyotonPRO device, which measured dynamic stiffness and damping through mechanical impulses. Participants then walked on the treadmill at a speed of 1.11 m/s, with familiarization trials conducted beforehand. Isometric Maximal Voluntary Torque (IMVT) measurements for knee and ankle extensors were performed using a strain gauge, with participants exerting maximum effort for 6 seconds across three trials. The setup for torque measurements was designed to maintain proper positioning and avoid compensatory movements, ensuring the reliability of the collected data.
Results
The results indicate notable differences in subject characteristics between physically active and less active groups. Specifically, more active individuals were found to be younger (F(1,55) = 2144.0, p < 0.001) and exhibited a lower Body Mass Index (BMI) (F(1,55) = 4.0, p = 0.049) compared to their less active counterparts. Additionally, older adults were generally shorter than younger adults (F(1,55) = 8.6, p = 0.004). Despite these differences, no significant variations in weight were observed between the groups (p > 0.743), and age did not significantly impact the classification based on estimated MET-min/week (F(1,55) = 0.9, p = 0.334). Furthermore, the interaction between age and activity level was also not significant (F(1,55) = 0.4, p = 0.511), suggesting that the effects of age on physical activity classification were minimal.
Discussion
The discussion section of this study highlights the significant impact of age and physical activity level on muscular properties, static balance, gait mechanics, and muscle activation patterns in older adults. Key findings indicate that older adults exhibit reduced maximal isometric torque in knee and ankle extensors, with a notable decrease in muscle stiffness and an increase in tissue dampening as age progresses. While physical activity did not significantly affect knee extensor torque, active individuals demonstrated greater plantar flexor torque and muscle stiffness, suggesting that higher activity levels can mitigate some age-related declines in muscle function.
In terms of gait mechanics, older adults displayed shorter step lengths and greater anteroposterior center of pressure displacement, with less active individuals experiencing a higher metabolic cost of walking. The study also found that older adults had altered kinematic strategies, such as decreased ankle dorsiflexion at foot contact and increased trunk flexion, which may be adaptations to maintain stability and reduce fall risk. Furthermore, electromyographic analysis revealed greater muscle activation in older adults, particularly in knee extensors and flexors, with changes in timing and duration of muscle activation patterns. These findings underscore the importance of physical activity in preserving neuromuscular function and gait mechanics in aging populations, suggesting that maintaining or increasing physical activity could help reduce the risk of falls and enhance overall mobility in older adults.