筋肉の種類を考慮したストレッチ反射活性化のモデリング

ストレッチ反射は痙縮に重要な役割を果たしていますが、これまでのところ、ストレッチ反射は十分に調査されていません。以前のストレッチ反射活性化モデルにはいくつかの制限があります。これにより、いくつかのストレッチ反射症例の結果を予測することができず、反射活性化の筋肉の長さとストレッチ速度の不均一な分布を考慮しません。この研究の目的は、1）スロートゥウィッチファイバーと高速ツイッチ繊維の新しい筋肉の長さのしきい値と重み係数を使用した修正されたストレッチ反射活性化モデルを開発すること、および2）下肢と上肢の振り子実験を使用してモデルを検証することでした。新しい筋肉の長さのしきい値は、最適な筋肉繊維の長さを使用して定義されました。最適な繊維の長さに基づいて、新しいしきい値は、以前のモデルで可能だったよりも短い筋肉の長さでのストレッチ反射活性化の予測を可能にします。筋肉のタイプの重み付け因子は、筋肉の長さとストレッチ速度の間の不平等な寄与を実現しました。振り子試験を使用して膝蓋腱および上腕二頭筋の腕反射を誘導することにより、提案された反射活性化モデルの妥当性を証明しました。提案されたモデルで採用されている未知のパラメーターは、提案されたモデルと実験で得られた動きの違いを最小限に抑えることにより得られました。提案されたモデルは、より短い筋肉の長さで伸縮反射活性化を予測できます。さらに、提案されているモデルは、筋肉の長さとストレッチ速度の間の不平等な貢献に関連する非断性別特性を反映しています。その結果、この研究では、膝蓋腱と上腕二頭筋の徐反射現象がより正確に予測されることが示されました。

Although the stretch reflex plays an important role in spasticity, so far the stretch reflex has not been sufficiently investigated. Previous stretch reflex activation models have some limitations, whereby they are not able to predict outcomes of some stretch reflex cases and do not consider uneven distribution of muscle length and stretch velocity on reflex activation. The purpose of this study was: 1) to develop a modified stretch reflex activation model employing a new muscle length threshold and weighting factors for slow-twitch fiber and fast-twitch fiber, and 2) to validate the model using pendulum experiments of the lower and upper limbs. The new muscle length threshold was defined using the optimal muscle fiber length. Based on the optimal fiber length, the new threshold allows for prediction of the stretch reflex activation at muscle lengths shorter than have been possible with previous models. The muscle type weighting factors realized unequal contributions between the muscle length and stretch velocity. We proved the validity of the proposed reflex activation model by using pendulum tests to induce patellar tendon and biceps brachii reflexes. Unknown parameters employed in the proposed model were obtained by minimizing differences in motion obtained with the proposed model and experiments. The proposed model can predict stretch reflex activation at shorter muscle lengths. In addition, the proposed model reflected nonhomogeneous characteristics related to the unequal contributions between muscle length and stretch velocity. As a result, patellar tendon and biceps brachii reflex phenomena were shown to be predicted more accurately in this study.