СПОСОБ СТАБИЛОМЕТРИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МЫШЕЧНОЙ КООРДИНАЦИИ ПРИ РЕГУЛЯЦИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТОЙКИ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2015 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к области спортивной и медицинской диагностики и позволяет выяснить функциональное состояние мышечной системы. Необходимость оценки контроля регулирования вертикального баланса тела у человека возникает в лечебной физической культуре, спорте, спортивной медицине, так как он отражает важные характеристики свойств нервно-мышечного аппарата. Здоровый человек, находящийся в функциональном оптимальном состоянии, проявляет высокий уровень межмышечной и внутримышечной координации и тем самым способен эффективно решать двигательную задачу по восстановлению вертикального положения тела. Но в результате острого или хронического заболевания, усталости, физического напряжения или перенапряжения функциональное состояние человека значительно ухудшается и его способность быстро устранять опрокидывающий момент вертикального баланса тела мышечными напряжениями нарушается.

В связи с изложенным весьма важной проблемой является выбор технического решения определения показателей состояния внутримышечной и межмышечной координации при регулировании вертикального баланса тела, которые позволят более адекватно определять функциональное состояние мышечной системы человека.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных способов аналогичного назначения.

Имеются технические решения, которые достигают свои результаты с использованием стабилометрического обследования. Известен способ (RU 2175851 C2, опубликовано 20.11.2001), при котором для оценки функции равновесия проводят векторный анализ статокинезиограммы. Полученное облако значений векторов разделяется концентрическими кругами равной площади на несколько зон. Производится подсчет количества вершин векторов, попавших в каждую зону, и относительной частоты вершин векторов в зоне. Затем строят график накопительной зависимости относительной частоты вершин векторов в зоне от порядкового номера зоны. Эта зависимость носит экспоненциальный характер и может быть аппроксимирована по экспоненциальному закону, при этом коэффициент, который определяет крутизну зависимости, принимают за показатель, характеризующий качество функции равновесия, и который позволяет получить «разностороннюю информацию о характере движения тела человека при поддержании им статического равновесия». Недостатком указанного способа является неопределенность показателя качества функции равновесия, который остается обобщенным и не отражает вклад мышечной системы человека на поддержание вертикального положения тела.

Известен способ (RU 2456920 C1, опубликовано 27.07.2012), при котором для оценки двигательной стратегии человека проводят подсчет суммы приращений кинетических энергий тела обследуемого, вычисленных при каждом элементарном перемещении Общего Центра Давления (ОЦД), с частотой дискретизации, обеспечивающей требуемую точность измерений. Полученная сумма предлагается как новый показатель, характеризующий энергоемкость усилий обследуемого на поддержание заданной позы или какое-либо ее изменение. По степени затраченных усилий можно судить о двигательной стратегии человека и эффективности поддержания заданной позы или целенаправленного ее изменения. Данный показатель учитывает энергию механической работы, которая связана с перемещением ОЦД в плоскости опоры. Данный способ является наиболее близким прототипом заявленного способа, но у него имеются недостатки. В частности, «показатель, характеризующий энергоемкость усилий обследуемого на поддержание заданной позы или какое-либо ее изменение» не разграничивает внутримышечную и межмышечную координацию при регулировании вертикального баланса тела и не дает количественную меру данных явлений. Кроме того, при увеличении или уменьшении длительности стабилометрического теста или пробы возникает невозможность сопоставления «энергозатрат обследуемых».

Известно техническое решение (патент РФ №2380035, опубликовано 27.01.2010), в котором сделана попытка учесть амплитудные характеристики общего центра давления стоп при стабилометрическом обследовании пациента и получения интегрального коэффициента - индекса динамической стабилизации, определяемой по оригинальной формуле, учитывающей амплитудные всплески изменения линейной и угловой скорости центра давления. Но и этот способ не разграничивает внутримышечную и межмышечную координацию при регулировании вертикального баланса тела и не дает количественную меру данных явлений, хотя и является достаточно близким к предлагаемому техническому решению адекватного определения функционального состояния мышечной системы человека.

Выявленные недостатки данных способов ограничивают их использование для диагностики мышечной координации при стабилометрическом исследовании.

В качестве основы способа нами выбрано измерение скорости ОЦД и спектральный анализ его девиаций в вертикальной плоскости стабилометрической платформы.

Определение средней скорости ОЦД позволяет нам подсчитать Показатель Функции Равновесия (ПФР, усл.ед.) по Л.А. Лучихину, 1987 год. Он предложил метод расчета интегрированной оценки показателя функциональной стабильности - показатель функции равновесия для экспресс-диагностики функционального состояния системы равновесия, который рассчитывается как отношение показателя индекса устойчивости (ИУ) к индексу динамического компонента (ДК): ИУ/ДК*100 (усл.ед.) (Постурографическая экспресс-диагностика функционального состояния системы равновесия в вестибулологии / Л.А. Лучихин, А.В. Скворцов, Н.А. Кононова, А.В. Востоков // Вестник оториноларингологии. - 2006. - №1. - С. 13-17). Величина ИУ напрямую зависит от средней скорости, с которой происходит перемещение проекции ОЦД тела испытуемого на горизонтальную поверхность платформы. Значение ИУ тем выше, чем меньше скорость, и рассчитывается как отношение эмпирически подобранной и недостижимой минимальной величины скорости ОЦД - 4 мм/с к средней скорости ОЦД исследуемого, умноженное на 100%. А величина динамического компонента определяется как разность от уменьшаемого 100-го показателя и вычитаемого значения индекса устойчивости.

Спектральный анализ девиаций ОЦД помимо частотных и амплитудных характеристик первого, второго и третьего максимумов позволяет рассчитать кросс-амплитудно-частотные характеристики (кросс-АЧХ). Данный метод вычислительного анализа довольно успешно применяется в анализе электроэнцефалограммы человека (Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных. Учебное пособие. Изд. 4-е, М.: ФОРУМ - ИНФРА-М, 2006, 512 с.).

Технической задачей настоящего изобретения является создание такого технического решения, которое позволило бы, с одной стороны, учитывать в наибольшей степени мышечные усилия человека при восстановлении вертикального положения и тем самым повысить значимость спектральных характеристик центра давления при стабилометрическом обследовании, а с другой стороны, обеспечить количественную меру внутримышечной и межмышечной координации при регулировании вертикального баланса тела. Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности признаков, достаточных для достижения указанного выше результата.

Согласно изобретению способ стабилометрического исследования мышечной координации при регуляции вертикальной стойки человека включает в себя:

1. Расчет среднего значения кросс-амплитудно-частотных характеристик первого, второго и третьего максимумов по вертикальной составляющей спектрального анализа девиаций общего центра давления - среднего кросс-АЧХ_{3 max vertical}, измеряемого

в (кг*Гц)^1/2:

где XfZ1 - частота 1-го максимума спектра по вертикальной составляющей (Гц);

XaZ1 - амплитуда 1-го максимума спектра по вертикальной составляющей (кг);

XfZ2 - частота 2-го максимума спектра по вертикальной составляющей (Гц);

XaZ2 - амплитуда 2-го максимума спектра по вертикальной составляющей (кг);

XaZ3 - частота 3-го максимума спектра по вертикальной составляющей (Гц);

XaZ3 - амплитуда 3-го максимума спектра по вертикальной составляющей (кг).

Чем меньше человек прикладывает усилий по вертикальной составляющей для возврата тела в противоположном направлении при восстановлении вертикального положения, тем меньшее значение амплитудно-частотных характеристик по вертикальной составляющей, тем выше уровень координации согласованных внутримышечных процессов напряжений и релаксаций. Данный показатель может выступать количественной мерой внутримышечной координации.

2. Расчет показателя мышечной синергии, который выражается через отношение ПФР (усл.ед.) к среднему значению кросс-АЧХ_{3 max vertical}, измеряемого в (кг*Гц)^1/2. Чем больше показатель функции равновесия - ПФР, который отражает колебания ОЦД на горизонтальной плоскости стабилометрической платформы во фронтальной и сагиттальной плоскостях, и чем меньше оказывает человек силовых усилий на опору по вертикальной составляющей, тем выше согласованность процессов напряжений и релаксаций в мышечной системе при поддержании вертикального положения тела. Данный показатель может выступать количественной мерой межмышечной координации.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающих получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Заявленный способ является новым, так как характеризуется новой совокупностью признаков, отсутствующих во всех известных нам способах оценки функции равновесия. Указанное выше позволяет признать заявленный способ решения соответствующим критерию «изобретательский уровень».

Собственные исследования подтверждают отличия мышечной координации при регуляции вертикальной стойки у здоровых молодых людей, у спортсменов различной квалификации (Гимазов P.M. Стабилометрические показатели характеризующие состояние центральных и периферических структур нервно-мышечного аппарата организма у спортсменов // “Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта” 10 (92) - 2012. С. 43-48 URL: (дата обращения: 11.11.2012). DOI: 10.5930/issn.1994-4683.2012.10.92.p.43-48) и находящихся в разных функциональных состояниях.

Пример. Здоровая спортсменка 1 взрослого разряда 1992 года рождения, но находящаяся в разных функциональных состояниях - утомлении и состоянии «спортивной формы», наиболее благоприятном для достижения спортивных результатов, показала следующие характеристики стабилометрического исследования в пробе Ромберга в Европейской стойке с закрытыми глазами длительностью 51 сек, представленные в табл. 1.

Как видно из примера, в первом случае скорость ОЦД чуть выше нормы для пробы с закрытыми глазами (Скворцов Д.В. Стабилометрическое исследование. М.: Маска, 2010. 176 с.). Заявленный способ позволяет выявить различия в мышечной регуляции вертикальной стойки. Так в первом обследовании показатель внутримышечной координации равен 1,05, а во втором в 3,5 раза лучше - 0,29. Показатель межмышечной координации увеличился в 4,4 раза во втором случае до значения 169,68 усл.ед., что подтверждает наличие у спортсменки оптимального состояния процессов мышечной координации для двигательных проявлений.

Заявленный способ стабилометрического исследования мышечной координации при регуляции вертикальной стойки человека позволяет описать динамику изменения показателей мышечной координации в течение суток, проанализировать характер реакции мышечной системы человека на воздействия лекарств, целенаправленных физических нагрузок и реабилитационных мероприятий, позволяет предотвратить проявления чрезмерного утомления, переутомления и перетренированности у спортсменов на самых ранних стадиях своего развития.

Изобретение относится к спортивной медицине, лечебной физической культуре, физической реабилитации, в частности позволяет выяснить особенности координации мышечных напряжений человека при регулировании вертикального положения. Проводят стабилометрическое исследование путем сочетанного исследования внутримышечной и межмышечной координации. При этом в качестве показателя внутримышечной координации регуляции вертикальной стойки человека определяют уровень согласованных внутримышечных процессов напряжений и релаксаций, за который принимают среднее значение кросс-амплитудно-частотных характеристик (кросс-АЧХ_{3 max vertical}) 1-го, 2-го, 3-го максимумов амплитудно-частотных характеристик по вертикальной составляющей спектрального анализа девиаций общего центра давления, (кг*Гц)^1/2. В качестве показателя межмышечной координации регуляции вертикальной стойки человека определяют уровень мышечной синергии, выраженный через отношение показателя функции равновесия (ПФР), усл.ед., к упомянутому показателю внутримышечной координации регуляции вертикальной стойки человека, (кг*Гц)^1/2. Способ позволяет получить количественную меру внутримышечной и межмышечной координации при регулировании вертикального баланса тела. 1 табл., 1 пр.

Способ стабилометрического исследования мышечной координации при регуляции вертикальной стойки человека, отличающийся путем сочетанного исследования внутримышечной и межмышечной координации, в котором в качестве показателя внутримышечной координации регуляции вертикальной стойки человека определяют уровень согласованных внутримышечных процессов напряжений и релаксаций, за который принимают среднее значение кросс-амплитудно-частотных характеристик (кросс-АЧХ) 1-го, 2-го, 3-го максимумов амплитудно-частотных характеристик по вертикальной составляющей спектрального анализа девиаций общего центра давления, (кг*Гц)^1/2; в качестве показателя межмышечной координации регуляции вертикальной стойки человека определяют уровень мышечной синергии, выраженный через отношение показателя функции равновесия (ПФР), усл.ед., к упомянутому показателю внутримышечной координации регуляции вертикальной стойки человека, (кг*Гц)^1/2.