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Gait acts as a gate for reflexes from the foot

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During human gait, electrical stimulation of the foot elicits facilitatory P2 (medium latency) responses in TA (tibialis anterior) at the onset of the swing phase, while the same stimuli cause suppressive responses at the end of swing phase, along with facilitatory responses in antagonists. This phenomenon is called phase-dependent reflex reversal. The suppressive responses can be evoked from a variety of skin sites in the leg and from stimulation of some muscles such as rectus femoris (RF). This paper reviews the data on reflex reversal and adds new data on this topic, using a split-belt paradigm. So far, the reflex reversal in TA could only be studied for the onset and end phases of the step cycle, simply because suppression can only be demonstrated when there is background activity. Normally there are only 2 TA bursts in the step cycle, whereas TA is normally silent during most of the stance phase. To know what happens in the stance phase, one needs to have a means to evoke some background activity during the stance phase. For this purpose, new experiments were carried out in which subjects were asked to walk on a treadmill with a split-belt. When the subject was walking with unequal leg speeds, the walking pattern was adapted to a gait pattern resembling limping. The TA then remained active throughout most of the stance phase of the slow-moving leg, which was used as the primary support. This activity was a result of coactivation of agonistic and antagonistic leg muscles in the supporting leg, and represented one of the ways to stabilize the body. Electrical stimulation was given to a cutaneous nerve (sural) at the ankle at twice the perception threshold. Nine of the 12 subjects showed increased TA activity during stance phase while walking on split-belts, and 5 of them showed pronounced suppressions during the first part of stance when stimuli were given on the slow side. It was concluded that a TA suppressive pathway remains open throughout most of the stance phase in the majority of subjects. The suggestion was made that the TA suppression increases loading of the ankle plantar flexors during the loading phase of stance.Key words: human gait, cutaneous reflexes, sural nerve, tibialis anterior, split belt, reflex reversal.

Pendant la marche de l'être humain, la stimulation électrique du pied déclenche des réponses facilitatrices P2 (latence moyenne) dans tibialis anterior (TA) au début de la phase du balancement, tandis que le même stimulus provoque des réponses suppressives à la fin du balancement, ainsi que des réponses facilitatrices dans les antagonistes. Ce phénomène est appelé inversion du réflexe dépendant de la phase. Les réponses suppressives peuvent être suscitées en divers endroits de l'épiderme de la jambe et par la stimulation de certains muscles, comme rectus femoris (RF). Cet article examine les données relatives à l'inversion du réflexe et en apporte de nouvelles sur ce sujet, à l'aide d'un tapis à 2 courroies. Jusqu'à maintenant, l'inversion du réflexe dans TA ne pouvait être étudiée que pour le début de la phase et la fin du balancement, simplement parce que la suppression ne peut être montrée que lorsqu'il y a une activité de fond. Normalement, il n'y a que 2 sursauts de TA pendant le cycle de la marche, et TA est normalement silencieux pendant la plus grande partie de la phase d'appui. Pour savoir ce qui se passe pendant la phase d'appui, il faut disposer d'un moyen de susciter une certaine activité de fond pendant cette phase. À cette fin, de nouvelles expériences ont été effectuées, dans lesquelles les sujets ont été priés de marcher sur un tapis roulant à 2 courroies. Lorsque le sujet marchait et que la vitesse d'une jambe n'était pas égale à celle de l'autre, sa démarche ressemblait à de la boiterie. TA restait actif pendant la plus grande partie de la phase d'appui de la jambe qui avancait plus lentement que l'autre et servait de support primaire. Cette activité était le résultat de la coactivation de muscles agonistes et antagonistes de la jambe qui servait d'appui, une façon de stabiliser le corps. Une stimulation électrique a été donnée à la cheville à un nerf cutané (sural), à 2 fois le seuil de perception. Chez 9 des 12 sujets, l'activité de TA a augmenté durant la phase d'appui, pendant laquelle ils marchaient sur des courroies séparées; chez 5 de ceux-ci les suppressions ont été prononcées pendant la première partie de l'appui lorsque le stimulus était donné du côté lent. Nous avons conclu qu'une voie suppressive TA subsiste pendant la plus grande partie de la phase d'appui chez la majorité des sujets. Nous proposons l'explication suivante : la suppression TA accroît la charge des muscles flexeurs plantaires de la cheville pendant la phase de chargement de l'appui.Mots clés : posture humaine, réflexes cutanés, nerf sural, tibialis anterior, double courroie, inversion du réflexe.[Traduit par la Rédaction]
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Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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