СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МЫШЕЧНО-СУХОЖИЛЬНЫХ СТРУКТУР ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА СПОРТСМЕНА Российский патент 1999 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к области спортивной медицины и может быть использовано для определения функционального состояния нижних конечностей спортсменов.

Известен способ определения функционального состояния мышц, основанный на измерении их упругости, соотнесенной к частоте осцилляций биоэлектрической активности (см. авт. св. СССР 1242111, кл. A 61 B 5/00, 1986 г.). Однако, возможности использования данного способа для определения уровня подготовленности спортсмена ограничены.

Известно также использование динамографических характеристик, зарегистрированных при взаимодействии человека с динамометрической платформой, для проведения диагностики и восстановительно-тренировочного процесса функций опорно-двигательного аппарата (см. авт. св. СССР 497012, кл. A 61 H 1/00, 1975 г.). К недостатку данного решения можно отнести то, что регистрируемые характеристики не позволяют в полном объеме определить функциональное состояние мышечно-сухожильных структур голеностопного сустава.

Наиболее близким к изобретению является способ определения функционального состояния мышечно-сухожильных структур (МСС) голеностопного сустава спортсмена, в котором по измерению собственных затухающих колебаний биосистемы оценивают "упруговязкие" характеристики элементов биосистемы, в которых эти колебания возникают (см. Аруин А.С., Зациорский В.М., Райцин Л.М. Биомеханические свойства мышц нижних конечностей, "Теория и практика физической культуры, 1977 г. , N 9, с.8). При этом "упруговязкие" характеристики МСС (эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости "К" и эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования "Р" определяют из анализа кривой силы реакции опоры, возникающей при приземлении спортсмена на носки выпрямленных напряженных ног на динамометрическую платформу, что позволяет достаточно объективно оценить уровень функциональной подготовленности спортсмена, но не дает полного представления о свойствах МСС, поскольку при этом не учитывается степень накопления энергии упругой деформации и ее рассеивания в процессе функционирования биосистемы. Кроме того, вышеуказанные характеристики плохо коррелируются и мало пригодны для межиндивидуального сопоставления и прогнозирования.

Изобретение направлено на повышение точности определения функционального состояния МСС голеностопного сустава спортсмена за счет введения интегральной биомеханической характеристики, наиболее полно и адекватно отражающей индивидуальные возможности биосистемы.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе определения функционального состояния мышечно-сухожильных структур голеностопного сустава спортсмена, включающем измерение силы реакции опоры, возникающей при приземлении спортсмена на динамометрическую платформу, и определение эквивалентных биомеханических коэффициентов жесткости и демпфирования биосистемы путем анализа зафиксированной кривой, согласно изобретению дополнительно измеряют рост и массу спортсмена, а степень функционального состояния оценивают по параметру приведенной биомеханической добротности, который рассчитывают по формуле:

где
Q_пр - приведенная биомеханическая добротность биосистемы, м/кг;
Q - биомеханическая добротность биосистемы;

H - рост спортсмена, м;
M - масса спортсмена, кг;
P - эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования биосистемы, H•c/м;
K - эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости биосистемы, H/м
Использование предложенного в изобретении параметра, названного приведенной биомеханической добротностью, наиболее полно и адекватно отражает функциональное состояние МСС голеностопного сустава, поскольку учитывает индивидуальную способность опорно-двигательного аппарата спортсмена рекуперировать энергию упругой деформации мышечно-сухожильных структур голеностопного сустава.

На чертеже представлена осциллограмма вертикальной составляющей силы реакции опоры.

Заявленный способ определения функционального состояния МСС голеностопного сустава осуществляется следующим образом.

Спортсмен, имеющий рост H и массу M, выполняет босиком спрыгивания на динамометрическую платформу, преобразующую силу давления на опору в электрический сигнал, с определенной высоты, приземляясь на носки выпрямленных ног и стремясь сохранить позу приземления. Углы в коленном и голеностопном суставах контролируются с помощью гониометра (при изменении угла в коленном суставе результат не засчитывается). Сигнал с динамометрической платформы регистрируется в виде кривой затухающих колебаний вертикальной составляющей силы реакций опоры (см. чертеж) и обрабатывается. Из анализа зафиксированной кривой по характерным точкам (параметрам) затухающих колебаний вычисляют значения эквивалентных биомеханических коэффициентов жесткости (К) и демпфирования (Р) по следующим известным формулам:
(1)
(2)
где
P - эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования, H•с/м;
M - масса спортсмена, кг;
N_св - период собственных колебаний биосистемы, с;
A₀ - амплитуда первого максимума кривой затухания, H;
A₁ - амплитуда второго максимума кривой затухания, H;
K - эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости, H/м;
По полученным в (1) и (2) значениям рассчитывают величину биомеханической добротности (Q) и приведенной биомеханической добротности (Q_пр) биосистемы:
(3)
(4)
где
Q - биомеханическая добротность биосистемы;
Q_пр - приведенная биомеханическая добротность биосистемы, м/кг;
К - эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости биосистемы, H/m;
P - эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования биосистемы, H•c/м;
H - высота спортсмена, м;
М - масса спортсмена, кг;
Безразмерный параметр биомеханической добротности (Q) как интегральную характеристику биосистемы целесообразно использовать для индивидуальной оценки функционального состояния МСС голеностопного сустава спортсмена, а параметр приведенной биомеханической добротности (Q_пр) позволяет достаточно объективно проводить межиндивидуальные сопоставления в группе спортсменов.

При практическом применении заявленного способа определения функционального состояния МСС голеностопного сустава с использованием динамометрической платформы регистрируемый сигнал поступает на ЭВМ (персональный компьютер), где обрабатывается по специально разработанной программе.

В табл. 1 приведены данные тестовых испытаний спортсмена - бегуна А, 20 лет, имеющего массу М = 86 кг и рост H = 1,82 м, спрыгивающего на динамометрическую платформу с различной высоты h.

Из приведенной табл.1 следует, что максимальная степень рекуперации МСС голеностопного сустава, чему соответствует максимальное значение Q, реализуется данным спортсменом на высоте спрыгивания h=0,21 м. Поэтому для совершенствования указанной способности спортсмен при тренировке должен спрыгивать с высоты h=0,21 м, чему соответствует для бегуна скорость постановки стопы на опору при перемещении со скоростью 4,5 - 5,0 м/с.

В табл.2 приведены сопоставительные данные тестовых испытаний спортсмена В, имеющего массу 93 кг и рост 1,86 м и спортсмена П, имеющего массу 72 кг и рост 1,74 м, спрыгивающих на динамометрическую платформу с высоты h=0,24 м.

По объективным показателям Q_пр у спортсмена П. выше, чем у спортсмена В, что и подтвердили тестовые испытания скоростных возможностей спортсменов при беге на 30 м (средняя скорость бега у спортсмена П. выше, чем у спортсмена В. на 0,15 м/с).

Таким образом, параметр приведенной биомеханической добротности Q_пр при межиндивидуальной оценке функционального состояния и возможностей в группе спортсменов позволяет более точно определить степень подготовленности спортсмена и производить отбор к соревнованиям, чем по биомеханической добротности Q или эквивалентным биомеханическим коэффициентам жесткости К и демпфирования P биосистемы.

Способ может быть использован в спортивной медицине. Измеряют вертикальную составляющую силы реакции опоры, возникающей при приземлении спортсмена на динамометрическую платформу для оценки параметра приведений биомеханической добротности биосистемы, который рассчитывают по следующей формуле:

где Q_пр - приведенная биомеханическая добротность биосистемы, м/кгк;
Q - биомеханическая добротность биосистемы;
;
H - рост спортсмена, м;
М - масса спортсмена, кг ;
К - эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости биосистемы, Н/м;
Р - эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования биосистемы, Н•с /м. Способ повышает точность и адекватность определения. 2 табл., 1 ил.

Способ определения функционального состояния мышечно-сухожильных структур голеностопного сустава спортсмена, включающий измерение силы реакции опоры, возникающей при приземлении спортсмена на динамометрическую платформу, и определение эквивалентных биомеханических коэффициентов жесткости и демпфирования биосистемы путем анализа зафиксированной кривой, отличающийся тем, что дополнительно измеряют рост и массу спортсмена, а степень функционального состояния оценивают по параметру проведенной биомеханической добротности, который рассчитывают по формуле:

где Q_пр - приведенная биомеханическая добротность биосистемы, м/кг;
Q - биомеханическая добротность биосистемы, Q =
Н - роста спортсмена, м;
М - масса спортсмена, кг;
Р - эквивалентный биомеханический коэффициент демпфирования биосистемы, Н•с/м;
K - эквивалентный биомеханический коэффициент жесткости биосистемы, Н/м.