Experiência: O Reflexo e Reacção Patellar

Contexto

Reflexos não requerem reflexão. São automáticos, rápidos, e de enorme importância para a capacidade de um humano responder com sucesso ao seu ambiente. Apesar do magnífico poder de processamento de informação dos milhares de milhões de neurónios no nosso cérebro, precisamos de muitas coisas para serem feitas automaticamente. Sem reflexos, o nosso cérebro ficaria sobrecarregado com a preocupação de actualizar constantemente a posição dos nossos corpos instáveis para nos manter de pé. Sem os reflexos, a nossa capacidade de pensar de forma complexa (buracos negros, neurociência, o que fazer este fim-de-semana, como é que faço um martelo de reflexo instrumentado?) seria limitada. Sem reflexos, as suas reacções a estímulos dolorosos exigiriam reflexão, e… não leve a peito… mas pense muito lentamente… Não se sinta mal, todos os humanos são pensadores lentos, e precisamos de mais rapidez para responder a estímulos dolorosos perigosos. Portanto, deixamos a nossa medula espinal fazer esse trabalho rápido por nós.

Um exemplo de um reflexo é o reflexo de estiramento patelar. A nossa espinal-medula associa-se com sensores nos nossos músculos, chamados fusos musculares, para nos mantermos a par de onde os nossos corpos estão no espaço e de como os nossos músculos estão esticados ou contraídos. A forma como estes sensores interagem com a nossa espinal-medula é através de uma via de reflexo. Esticar o músculo activa o fuso muscular no fim do neurónio sensorial (incorporado no seu músculo) e inicia o reflexo. O reflexo é evitar o alongamento excessivo do músculo e compensa com uma contracção.

Como se pode ver, existe apenas uma ligação (uma sinapse) necessária para que a informação do neurónio sensorial chegue ao neurónio motor e cause uma contracção muscular. Devido a esta sinapse única, isto pode acontecer muito rapidamente. Numa pessoa jovem e saudável, são necessários 15-30 milissegundos para que o estímulo de alongamento produza uma contracção muscular, em comparação, são necessários 5-10 vezes esse tempo para piscar o olho em resposta a um estímulo, ou 150-300 milissegundos. Isto é super útil para corrigir o comprimento do seu músculo em resposta a mudanças rápidas, tais como um deslize ou uma trip. Estas situações requerem correcções muito rápidas para evitar quedas e lesões. Se tivesse de flectir conscientemente a perna em resposta ao alongamento da perna (uma reacção) seria muito mais lento do que os 15-30 segundos de reflexo.

Agora vamos tentar medir este reflexo! E talvez também vamos medir uma reacção!

Antes de começar, certifique-se de que tem o Gravador de Espigões do Quintal instalado no seu computador/smartphone/tablet. O programa Gravador de Espigões de Quintal permite-lhe visualizar e guardar os dados no seu computador ao fazer experiências. Também construímos um simples folheto de laboratório para o ajudar a tabular os seus dados.

Updated Firmware

Se comprou o seu Muscle SpikerBox Pro antes de Fev 2019, terá de seguir as instruções de actualização do firmware

Video

Materiais de impressão

Se procura um PDF para imprimir e rabiscar, ou um documento do Google para editar, consulte este repositório de recursos de impressão aqui!

Experiment

Para esta experiência, vamos olhar para o sinal electromiográfico no músculo rectus femoris, um dos músculos do grupo quadriceps femoris. Emitimos um reflexo usando uma torneira para o tendão patelar. Este é o mesmo teste que é feito quando se vai ao consultório médico (os médicos usam-no como um teste rápido para determinar a saúde da via espinal – os problemas podem ser sintomáticos de doenças neuromusculares).

1. Configure o seu Muscle SpikerBox Pro usando um smartphone ou computador com a aplicação Spike Recorder.

Li>Conecte o cabo USB do Muscle SpikerBox Pro ao computador. Abra o Spike Recorder, e ligue o seu Muscle SpikerBox Pro. Um ícone USB deve aparecer no ecrã principal do SpikeRecorder. Clique sobre ele para ligar ao seu Muscle SpikerBox Pro. (Nota: Se estiver a utilizar um tablet, smartphone, e/ou uma SpikerBox Regular Muscle, pode ligar-se ao seu tablet/smartphone/computador com o cabo verde de áudio do smartphone.

2. Deixe o sujeito sentar-se numa superfície robusta o suficiente para permitir que as suas pernas inferiores e pés balancem livremente.
3. Deixe o sujeito contrair o músculo quadríceps (extensor do joelho) para que possa colocar dois de cada lado do joelho, como se mostra abaixo. Um eléctrodo no Vastus Medialis, outro no Vastus Lateralis. Coloque um eléctrodo adesivo terra na parte de trás da mão.
   
4. Clip os fios vermelhos do seu cabo muscular laranja dos eléctrodos no músculo da coxa, e o fio preto no chão na palma da mão.
5. Obter um sinal muscular de boa qualidade é realmente importante para esta experiência. Teste para ver se obtém um bom sinal EMG com uma contracção bastante pequena, pedindo ao sujeito que endireite o joelho contra a resistência. Sinal fraco? Ajuste o zoom vertical no SpikeRecorder. Se isso ainda não ajudar, ajuste a colocação do eléctrodo.
6. Talém, se ainda não estiver a receber um sinal muito claro, sinta-se à vontade para experimentar o local onde coloca o eléctrodo de terra. Também pode entrar nas definições do SpikeRecorder e definir o limiar do sinal de 70 a 1500, e marcar a caixa com “60hz” para filtrar mais ruído.
7. Localize a parte do tendão patelar imediatamente abaixo da rótula e acima onde se insere no osso da canela. O melhor local para a tocar é logo abaixo da rótula. Se gostar desta pessoa, evite bater na rótula porque…ouch! Use um toque rápido e firme no tendão para provocar um pontapé involuntário para fora. Experimente pequenas alterações de localização e força de toque. Encontre o ponto doce.


8. Se tiver uma boa colocação do eléctrodo e aplicar uma torneira inteligente ao tendão patelar, deverá ver algo como isto (Nota, será pequeno! Poderá ter de fazer zoom):

9. Faça uma gravação e faça zoom sobre um dos sinais reflexos. Pode ver que o sinal EMG se parece muito com outros EMG que viu:

10. Congratulações! Pode agora registar a resposta muscular ao Reflexo Patellar. Mas como podemos medir a diferença de tempo entre quando o martelo bate e o músculo flexiona?

Medir o tempo Reflexo

1. Sim! Podemos medir o tempo de reflexo com o Martelo Reflexo de Quintal – um kit de expansão para o Muscle SpikerBox Pro.
   
2. Plug o Martelo Reflexo no Muscle SpikerBox Pro. Se já estiver ligado ao SpikeRecorder, deverá ver um segundo canal aparecer na gravação! Dê um abanão ao martelo… e depois bata-o suavemente contra um obstáculo ou inimigo próximo. Observe no SpikeRecorder como o acelerómetro no Martelo Reflexor cria grandes abanadelas e picos!
   

Agora, tenha o seu sujeito sentado bem alto para que as suas pernas estejam balançando. Também, e isto é importante, tenha o seu sujeito a fechar os olhos ou a desviar o olhar para que não possam antecipar o martelo.>li>Begin a experimentar! Dependendo de como prefere descrevê-lo, dê ao seu sujeito algumas pancadas fortes, ou golpes suaves, abaixo da sua rótula. Uma vez encontrado o ponto doce, deverá ser capaz de evocar o reflexo do pontapé de perna!


3. Zoom in com controlos tácteis ou com a roda do rato. Pode medir o tempo de reflexo medindo a diferença entre o pico quando o martelo golpeia e os músculos flexionam em resposta! A batida do martelo é quando o acelerómetro no martelo reflexo experimenta o maior grau de (de)aceleração, por isso acenda a gravação EMG até à marca “vertical” mais antiga na leitura do acelerómetro – ver foto antes. Pode utilizar o link de folheto acima para ter um formulário que lhe permita tabular facilmente os dados.
   

Compare Against Reaction time

Se tiver o Temporizador de Reacção e realizar a experiência How Fast Can Your Body React?”, compare os seus resultados e veja como os tempos de Reflexão e de Reacção se acumulam uns contra os outros. Não tem o Temporizador de Reacção? Bem, também pode registar um simples teste de tempo de reacção com esta configuração!

1. Podemos medir e comparar a diferença de tempo entre “circuitos cerebrais” (reacção) e “circuitos da medula espinal” (reflexo) com esta configuração!
2. Use o segundo canal do Muscle SpikerBox Pro para gravar a partir da sua outra perna com a mesma colocação do eléctrodo.
3. Diga ao sujeito da pesquisa para voltar a fechar os olhos. Diga-lhes para darem um pontapé na outra perna quando sentirem o martelo bater na mesma perna de que tinha gravado anteriormente.
4. Compare o reflexo de uma perna com a reacção da outra! Deve notar que a reacção é dramaticamente mais lenta do que o reflexo. Porque pensa que isso acontece? (Pensamos que sabe a resposta!)
   

Sugestões de resolução de problemas

Existe uma grande variabilidade entre os sujeitos no modo como o sinal EMG pode ser visto. Como último recurso, poderá ser necessário experimentar a demonstração com um voluntário diferente. Se ainda tiver problemas, poderá ser necessário deslocar a colocação dos eléctrodos. A gravação estritamente a partir do vasto medialis ou lateralis também pode funcionar bem. Ver abaixo:

Medialis

Lateralis