典型发育过程中运动神经元放电行为的性别差异

本研究旨在探讨在典型发育过程中，男女性别在运动神经元兴奋性和放电行为上的差异。已有研究表明，成年女性比男性具有更高的运动神经元兴奋性，表现为更快的放电频率和更强的自我持续放电能力（ΔF），这主要与钙和钠持续性内向电流（PIC）有关。然而，这种性别差异是否在青春期前就已存在，以及是否会随发育进程发生变化，尚未明确。本研究将参与者分为年轻发育组（7–17岁）和年长发育组（18–28岁），通过高密度表面肌电图（HDSEMG）记录胫骨前肌（TA）运动单位在三种收缩强度下的放电行为，系统比较性别间在运动神经元兴奋性、放电频率与变异性等方面的差异，并探讨其与性激素水平、神经环路成熟等因素的关联。

 
1.论文摘要

本研究通过高密度表面肌电图技术，分解了年轻（7–17岁）和年长（18–28岁）男女参与者在胫骨前肌进行三角等长收缩时的运动单位放电信号。结果显示，女性在两组中均表现出比男性更大的自我持续放电（ΔF），表明其运动神经元具有更高的内在兴奋性，且该差异在发育早期即已存在。年轻女性组的运动单位放电频率显著高于男性，但该差异在年长组中消失，男性反而表现出更高的起始放电频率和更低的放电变异性。此外，年长男性分解出的运动单位数量显著多于女性，可能与肌肉体积和结构差异有关。研究表明，运动神经元兴奋性的性别差异在发育早期即已确立，并不完全依赖于性激素水平，而肌肉大小相关的运动单位数量则随青春期后性别差异加大而显著分化。

2.研究方法
 
研究共招募36名健康参与者，分为年轻女性（12.1±2.8岁）、年轻男性（12.0±3.0岁）、年长女性（22.0±3.2岁）和年长男性（23.1±3.8岁）。参与者坐姿固定，使用定制等长肌力计进行胫骨前肌三角收缩任务，收缩强度分别为10%、20%和30%最大自愿收缩力。肌电信号采集使用意大利OT Bioelettronica公司的高密度表面肌电矩阵（型号：GR08MM1305），该矩阵包含64个电极，排列为5列×13行，电极间距8 mm，贴附于胫骨前肌肌腹。信号经Quattrocento放大器（OT Bioelettronica）放大、滤波（10–900 Hz）后，以2048 Hz采样率记录。扭矩信号通过应变传感器同步采集。运动单位分解采用盲源分离算法，仅保留轮廓值≥0.85的单位进行后续分析。通过复合运动单位分析技术计算ΔF，并提取起始、最大、结束放电频率及放电间隔变异系数等参数。统计方法采用t检验、Mann-Whitney检验和双因素方差分析。
 

 
3.实验结果
 
分解运动单位数量：年轻组男女间无显著差异，而年长男性分解出的运动单位数量比女性多约50%，尤其在10% MVC时，男性在低阈值区间（0–2% MVC）分解数量显著更高（图2、3）。
运动神经元兴奋性（ΔF）：女性在两年龄组中均表现出比男性更大的ΔF，尤其在20%和30% MVC时差异显著（图4）。该差异在控制运动单位招募阈值后依然存在。
 

 
放电频率：年轻女性起始与最大放电频率均高于男性，但年长组中该模式反转，男性起始频率更高（图5、6）。
 

 
放电变异性：年长女性的放电间隔变异系数显著高于男性，年轻组则无差异（图7）。
 

 
扭矩变异性：两组性别间在扭矩变异性上均无显著差异。

4.总结与展望

本研究首次揭示，女性在发育早期即已具备比男性更高的运动神经元内在兴奋性（表现为更大的ΔF），且该差异持续至成年，提示PIC相关机制可能在发育初期即受性别因素影响。尽管年轻女性放电频率更高，但随着发育成熟，其放电特性逐渐与男性趋同，甚至出现更高的放电变异性。运动单位数量的性别差异则可能在青春期后因肌肉体积、纤维结构等形态学因素加剧。

未来研究应进一步结合性激素水平监测、月经周期控制、肌肉结构影像学等手段，纵向追踪从儿童期到成年期的运动单位发育轨迹，并在更高收缩强度下探究性别差异的神经调控机制。

原文链接

https://doi.org/10.1152/jn.00505.2024

研究团队介绍

本研究由加拿大阿尔伯塔大学Monica A. Gorassini教授牵头，汇聚了一支跨学科、国际化的合作团队。核心成员包括第一作者Alexandra F. Yacyshyn及Ghazaleh Mohammadalinejad等多位研究人员，团队在运动神经控制与发育领域拥有深厚积累。合作者来自意大利布雷西亚大学、美国罗德岛大学等多所知名机构，涵盖医学、康复科学、神经科学及生物医学工程等多个专业。团队擅长运用高密度表面肌电图等先进技术，致力于揭示人类神经系统发育与功能的奥秘，本项关于运动神经元性别差异的研究正是其跨学科协作的典型成果。

关于瑞鸿安

意大利OT总代理

瑞鸿安(广东）科学设备有限公司总部坐落于中国广州，主要经营各类实验室仪器、分析仪器以及最新的运动健身、体能测试、体能训练、体能恢复、生物医学、运动心理学、运动生理学、运动训练学、康复医疗、人体工程学、机器人技术、脑机接口可用性测试等产品，并提供设计、安装、培训、科研等全方位服务，以及实验室的建设。公司现在主要代理和经销着OT Bioelettronica公司研发的各类高密度矩阵肌电、穿戴式无线肌电、无线表面肌电等采集分析系统。

为什么选择OT

OT Bioelettronica是生物电信号采集领域，特别是高密度肌电领域的全球领导者和标准制定者之一。研究者选择该系统的原因非常明确：

1.专业性与可靠性： 其设备是专门为科研和临床研究设计的，提供工业级的可靠性和信号保真度。

2.高通道数支持： 为HD-EMG研究提供了必要的技术基础。

3.完整的生态系统： 从电极、放大器到采集软件，提供了一个完整且经过优化的解决方案，确保了从数据采集到后期处理的流程顺畅。

4.学术认可度： 在全球顶尖的神经力学和生物力学实验室被广泛采用，其数据质量在学术界享有很高的声誉，在世界顶刊上发表了1000余篇专业论文，这增加了研究结果的可信度和可重复性。

产品推荐

本文中使用的肌电信号采集系统是由意大利OT公司研发的Quattrocento高密度肌电采集系统，该设备最大可达400通道的高密度矩阵式肌电记录系统。可以观察肌肉局部席位的电生理活动特性。在无创研究神经-肌肉电生理信号传导、疲劳负荷评价、肌电模式识别和肌纤维类判读方面具有无与伦比的优势。可广泛用于体育训练、运动选材、康复指导、仿生假肢设计、机器人等研究领域。

联系我们了解更多产品

电话: 15920901903
官网：https//www.ruihongan.cn