等尺性筋肉収縮下の変位スペクトル：超音波応答と筋肉収縮のスペクトルドップラー研究と理論モデル

目的：この作業の目的は、異なる外部負荷の下で等尺性筋肉組織収縮を伴う顕微鏡変位を検出し、そのスペクトル特性を調査し、得られた実験データを説明できる物理モデルを開発することでした。 方法：スペクトルドップラー筋骨格超音波法を使用して、局所等尺性骨格筋組織の収縮のスペクトル特性を研究しました。この方法では、段階的変動（ドップラー）アルゴリズムを使用して、特定のサンプル体積内の組織変位をリアルタイムで推定し、記録された変位のスペクトル特性が決定されます。核等尺性筋肉収縮の観察は、屈筋筋肉筋骨筋筋筋の筋肉で行われました。リラックス状態での筋肉収縮の観察中に6人の健康なボランティアから得られたデータは、さまざまな静的負荷（2、5、および10 kg）で処理されました。 結果：異なる負荷での記録された変位の主な違いは、変位の変動値にありましたが、スペクトル特性はほぼ一定でした。スペクトル最大値の数と値の違いも観察されました。これらの結果は、アクチンフィラメントとミオシンフィラメントの間のクロスブリッジの機械化学的特性がドップラー応答のスペクトル特性に影響を与える主な要因であると仮定して、開発された物理モデルによって説明されます。ドップラー応答の開発されたモデルとサルメア運動の提案された動的モデルの両方が、巨視的なドップラー測定と、細胞内レベルでのサルメアの生体力学的プロセスと挙動との間のリンクを確立します。 結論：これらのパイロット実験の結果は、筋肉収縮の下で発生する生体力学的プロセスのより詳細なスペクトル研究のためのこのスペクトルドップラー法の適合性を示しています。異なる負荷の下でのスペクトル特性の安定性は、神経筋障害を診断するための信頼できる有効な診断ツールとしてこの方法の価値を証明しています。

OBJECTIVES: The purposes of this work were to detect the microscopic displacements accompanying isometric muscle tissue contraction under different external loads, to explore their spectral characteristics, and to develop physical models capable of explaining the experimental data obtained. METHODS: By means of a spectral Doppler musculoskeletal ultrasound method, spectral characteristics of local isometric skeletal muscle tissue contraction were studied. In this method, the phased fluctuation (Doppler) algorithm is used to estimate tissue displacements within the given sample volume in real time, and the spectral characteristics of recorded displacements are determined. Observation of local isometric muscle contraction was conducted in the brachioradial muscle of the flexor digitorum profundus. Data obtained from 6 healthy volunteers during observation of muscle contraction in a relaxed state and under different static loads (2, 5, and 10 kg) were processed. RESULTS: The main difference in recorded displacements under different loads was in the displacement fluctuation values, whereas spectral characteristics were almost constant. Differences in the numbers and values of spectral maxima were also observed. These results are explained by a developed physical model assuming that the mechanochemical characteristics of crossbridges between actin and myosin filaments are the main factors influencing the spectral peculiarities of the Doppler response. Both the developed model of the Doppler response and the proposed dynamic model of sarcomere movement establish a link between macroscopic Doppler measurements and the biomechanical processes and behavior of sarcomeres at a subcellular level. CONCLUSIONS: The results of these pilot experiments demonstrate the suitability of this spectral Doppler method for a more detailed spectral study of biomechanical processes that occur under muscle contraction. The stability of the spectral characteristics under different loads also testifies to the value of this method as a reliable and valid diagnostic tool for diagnosing neuromuscular disorders.