Upload
troy-lester
View
36
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Coordination of Movement. Aims. Insight in coordination of movement joints muscles motor units Redundancy (“abundancy”) joints muscles motor units. Muscle architecture. Active and passive muscle force varies as a function of muscle length. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
28-10-2007 BW5
Coordination of Movement
28-10-2007 BW5
Aims
• Insight in coordination of movement– joints– muscles – motor units
• Redundancy (“abundancy”)– joints– muscles– motor units
28-10-2007 BW5
Muscle architecture
28-10-2007 BW5
Active and passive muscle force varies as a function of muscle length
28-10-2007 BW5
The motor unit consists of the motoneuron, its axon and all the muscle
fibers it innervates
28-10-2007 BW5
A single motoneuron innervates many muscle fibers
• PN16040.JPG
28-10-2007 BW5
Quantitative relationships between motor neurons and muscle
• Each muscle fiber innervated by a single motor neuron
• Each motor neuron innervates 10 to 500 muscle fibers
• All muscle fibers in a given motor unit contract together- not independently
28-10-2007 BW5
Increasing activation frequency elevates force of contraction
28-10-2007 BW5
Three types of motor units: Type S; Type FR; Type FF
S=Slow, FR = Fatigue Resistant, FF = Fast Fatiguable
28-10-2007 BW5
Motor unit physiology• Twitch and tetanic contraction• Slow and fast twitch motor units: Type S and Type F• Weak and strong motor units• Fatigue resistant (Type FR, Type S) and fatigable
motor units (Type FF)• Type S are weak and slow but fatigue resistant• Type FF are strong and fast but fatigable• Type FR are of intermediate strength, fast and fatigue
resistant
28-10-2007 BW5
Tetanic tension is an inverse function of contraction time
28-10-2007 BW5
Motor unit activatie
28-10-2007 BW5
Types of motor units
• recruitment threshold low-high
• Twitch amplitude: small-large
• Twitch duration: long - short
• no/yes fatigable• red/white muscle
fibers
28-10-2007 BW5
Recruitment order occurs in order of contraction strength: the Size Principle
28-10-2007 BW5
Recruitment of Motor Neurons in the Cat Medial Gastocnemius Muscle Under Different
Behavioral Conditions
28-10-2007 BW5
Summary
• Each muscle contains different types of motor units, that differ in– recruitment threshold– fatigable– twitch duration and amplitude
28-10-2007 BW5
Coordination of movement
Redundancy (“abundancy”)
• joints
• muscles
• motor units
28-10-2007 BW5
Redundantie van spieren
•Over elk gewricht werken meerdere spieren
•spieren werken over meerdere gewrichten of dragen bij aan meerdere bewegings vrijheidsgraden.
28-10-2007 BW5
Motor unit activatie
28-10-2007 BW5
Recruitment van motor units
28-10-2007 BW5
Recruitment van motor units in biceps
28-10-2007 BW5
Recruitment in biceps
28-10-2007 BW5
Meerdere groepen motor unit gedrag in
Biceps
Biceps draagt bij aan flexie en supinatie en bezit aparte motor unit populaties, die bij die taken actief zijn.
28-10-2007 BW5
Motor units met verschillend gedrag liggen in verschillende
delen van de Biceps
FS
28-10-2007 BW5
Innervatie biceps
28-10-2007 BW5
Conclusions
• Motor units in 1 spier can reveal a different recruitment pattern due to a different activation.
• The different activation of motor units in a muscle reflect a neuronal component, not differences in mechanical effects.
• Motor units with the same recruitment behaviour are localized in the same muscle part : compartimentalisation.
• Within each group of motor units there are motor units with a low and high recruitment threshold.
• Not muscles, but groups of motor units are the basic elements of motor activation patterns.
28-10-2007 BW5
Motor units in m. brachialis
Minder activatie bij supinatie, omdat biceps meer doet bij supinatie !
28-10-2007 BW5
Motor Unit gedrag in Triceps
Hoewel triceps een pure extensor spier is, is triceps actief bij supinatie en pronatie om te compenseren voor activiteit van biceps en pronator teres.
28-10-2007 BW5
Conclusies
• Motor units in 1 spier can reveal a different recruitment pattern due to a different activation.
• The different activation of motor units in a muscle reflect a neuronal component, not differences in mechanical effects.
• Motor units with the same recruitment behaviour are localized in the same muscle part : compartimentalisation.
• Within each group of motor units there are motor units with a low and high recruitment threshold.
• Not muscles, but groups of motor units are the basic elements of motor activation patterns.
• The activation of a muscle cannot be understood from the anatomy of that single muscle. The anatomy of the complete motor system acting across a joint should be considered.
28-10-2007 BW5
Motor-unit gedrag bij reflexen
Reflexen zijn gecoordineerde responsies. Van groot belang bij
• lopen in mul zand
• lopen op ongelijk terrein
• bewegen van objecten met onbekend gewicht.
• “sherry-glass reflex”
Reflex componenten
• short-latency reflex of mono-synaptische reflex.
• Long-loop reflex
• Triggered reactions
28-10-2007 BW5
Reflexen Motor Cortex
Reflex latency:
•mono-synaptisch: 25 ms (armspieren), 45 ms (beenspieren)
•long-loop: 55 ms (armspieren), 90 ms (beenspieren).
28-10-2007 BW5
Reflex activiteit (triceps)Mono-synaptisch
Long-Loop reflex
28-10-2007 BW5
Motor-unit activiteit bij reflexen in triceps
28-10-2007 BW5
Conclusies tav reflexen:
• De monosynaptische reflex treedt alleen op bij spierverlengingen
• De “long-latency reflex” treedt ook op bij spieren, die niet in lengte veranderen, maar waarvan de activatie nodig is om een compensatiekracht in de juiste richting te kunnen genereren.
• Mono-synaptische reflex compenseert voor wegvallen van kracht tgv breken van “actine-myosine” filamenten.
• Long-loop reflex zorgt voor gecoordineerde reactie.
28-10-2007 BW5
Samenvatting motor-unit gedrag
• Verschillende typen motor units in een spier– lage/hoge drempel.
– verschillende groepen motor units met verschillende activatie.
• Een goed inzicht in de activatie van een spier kan alleen worden verkregen door meten van motor-unit activiteit. Oppervlakte EMG is niet voldoende.
• Inzicht in de rol van motor units bij coordinatie vergt kennis over de anatomie van alle spieren die over een gewricht werken.
28-10-2007 BW5
Coordinatie van bewegingen
Redundantie (“abundancy”)
• gewrichten
• spieren
• motor units
28-10-2007 BW5
Spieractiviteit voor kracht in verschillende richtingen
28-10-2007 BW5
Relatie recruitment drempel-EMG
Opp.EMGMotor unit gedrag
28-10-2007 BW5
Recruitment-EMG
Motor Unit gedrag Opp. EMG
28-10-2007 BW5
Relatie recruitment-EMG voor arm spieren
28-10-2007 BW5
Activatie brachialis bij bewegingen tegen een kracht
28-10-2007 BW5
Activatie brachialis bij bewegingen en krachten in verschillende richtingen
28-10-2007 BW5
Activatie biceps bij bewegingen en krachten in verschillende richtingen
28-10-2007 BW5
Activatie triceps bij bewegingen en krachten in verschillende richtingen
28-10-2007 BW5
Mono- en bi-articulaire spieren.
• Mono-articulaire spieren hebben een voorkeursrichting, die niet afhangt van de externe kracht en bewegingsrichting.
• Bi-articulaire spieren hebben geen voorkeursrichting. De activiteit hangt alleen af van externe kracht.
28-10-2007 BW5
Verkortingssnelheid is relevant !
Brachialis
(mono-articulair)
Biceps
(bi-articulair)
28-10-2007 BW5
Samenvatting
• Mono-articulaire spieren zijn vooral actief in bewegingsrichtingen waarbij de spier maximaal verkort.
• Bi-articulaire spieren hebben geen duidelijke voorkeursrichting.
28-10-2007 BW5
Arbeid, geleverd door de arm
r2
r1
T1
T2
F
3
28-10-2007 BW5
Voorbeelden van negatieve arbeid
28-10-2007 BW5
Voorbeelden van negatieve arbeid
28-10-2007 BW5
Voorbeelden van negatieve arbeid
28-10-2007 BW5
Man-made voertuig
28-10-2007 BW5
28-10-2007 BW5
Muscle force depends on velocity of lengthening and contraction