СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СОПРЯЖЕННОСТИ И СИММЕТРИЧНОСТИ МЫШЕЧНЫХ ГРУПП Российский патент 2020 года по МПК A61B5/00 

Изобретение относится к медицине, а именно к биомеханике двигательной деятельности человека, позволяющее количественно определить уровень согласованности симметричных мышечных групп не только в покое, но и при статической и динамической работе, которое может использоваться в:

- оценке эффективности техники выполнения физических упражнений и прогнозе спортивной результативности (при проведении биомеханического контроля)

- оценке уровня дисфункции ведущих мышечных групп ( например при параличах, парезах и т.д.)

- программном обеспечении систем биоуправления по параметрам огибающей электромиограммы с целью лечения патологий или вывода на более высокий уровень владения техникой выполнения движения.

В настоящее время объективные способы оценки двигательной «симметрии - асимметрии» являются очень сложными и дорогостоящими, основанными на подсчетах различных характеристик. Например, поперечное сечение мышц верхних и нижних конечностей человека можно рассчитать посредством применения методов: радиоизотопного [5] или томографии. Имеются методы косвенной оценки этого показателя на основе антропологических измерений и математических моделей [4].

Так же известен наиболее приближенный к предложенному способу: оценка уровня сопряженности мышечных групп [1,2,3], отражающее межмышечное взаимодействия:

М= (а-А) × (б-Б),

где М – величина взаимодействий физиологических систем организма. Область нормальных значений от 17 до 35;

а, б – количество изменений соответственно в огибающей электромиограммы агониста (ОЭМГ АГ), электромиограммы антагониста(ОЭМГ АНТ);

Заглавные буквы – количество одновременных изменений соответственно:

А – в ОЭМГ АГ, Б – в ОЭМГ АНТ.

Но данные подходы не являются биомеханическими способами оценки «симметрия-асимметрия», а отражают уровень взаимодействия физиологических систем, либо антропометрические отличия в изучаемых мышцах.

В перечисленных методах отсутствует четкая взаимосвязь обоснованной количественной оценки физиологических процессов с показателем «симметрия-асимметрия». Поэтому известные методы, как правило, требуют упрощения, доработки или обоснования.

В литературе отсутствуют сведения о количественной оценке и цифровой интерпретации электромиохронограммы (изменения электрической активности мышц при выполнении определенных движений) в взаимосвязи с уровнем согласованности работы мышечных групп и о состоянии этой согласованности с симметричными мышечными группами.

Цель изобретения: Количественно оценить уровень согласованности работы симметричных и сопряженных мышечных групп на основе одновременной полиграфической записи электромиограммы или огибающей электромиограммы (ОЭМГ), исследуемых мышц, при выполнении определенного двигательного действия (бег, ходьба, стрельба, преодоление препятствий, подъем и перенос грузов и т.д. )

Способ характеризуется следующими приемами:

Для записи электромиограммы (огибающей электромиограммы) мышц используется минимум 4-х канальный электромиограф (или более кол-во каналов). Накладываются поверхностные ( накожные) электроды на симметричные мышечные группы. После чего полученные записи разделяются на отрезки и в каждом отрезке определяется число волн ОЭМГ.

Пример оценки рассмотрен на анализе огибающей электромиограммы (ОЭМГ) двуглавой и трехглавой мышц плеча правой руки(см. рис.1).

При интерпретации данных электромиограммы обязательно сначалo учитывается состояние нервно-мышечной системы в покое. Для этого делают электромиограмму покоя.

Для оценки коэффициента асимметрии мышц (КА1) испытуемый выполняет упражнения (осуществляет динамическую или статическую работу), либо находится в покое:

где KA 1.1 – коэффициент асимметрии агонистов;

КА 1.2 – коэффициент асимметрии антагонистов;

А – количество изменений в ОЭМГ справа (агонист);

В – количество изменений в ОЭМГ слева (агонист);

C – количество изменений в ОЭМГ справа (антагонист);

D – количество изменений в ОЭМГ слева (антагонист),

- коэффициентов асимметричности и сопряженности мышечных групп:

Где КА 2.1 - коэффициент асимметрии с учетом межмышечных взаимодействий агониста-антагониста;

KA 2.2 – коэффициент асимметрии с учетом межмышечных взаимодействий агониста-антагониста и количеством одновременных изменений во временных отрезках на протяжении установленного измерения;

А – количество изменений в ОЭМГ справа (агонист);

В – количество изменений в ОЭМГ слева (агонист);

C – количество изменений в ОЭМГ справа (антагонист);

D – количество изменений в ОЭМГ слева (антагонист);

E – количество одновременных изменений соответственно в ОЭМГ агониста и антагониста справа;

F – количество одновременных изменений соответственно в ОЭМГ агониста и антагониста слева,

Для оценки KA3 – коэффициент асимметрии характеризующего состояние среднестатистических значений всех полученных КА1 и КА2:

Для обнаружения мышцы, которая в определенный временной отрезок измерения влияет больше всего на асимметричность, рассчитывается определяющий фактор:

где А - количество изменений в ОЭМГ справа, агонист;

Ар - количество изменений в ОЭМГ справа, агонист в предшествующем временном отрезке;

В - количество изменений в ОЭМГ слева, агонист;

Bp - количество изменений в ОЭМГ слева, агонист, в предшествующем временном отрезке;

С - количество изменений в ОЭМГ справа, антагонист;

Ср - количество изменений в ОЭМГ справа, антагонист, в предшествующем временном отрезке;

D - количество изменений в ОЭМГ слева, антагонист;

Dp - количество изменений в ОЭМГ слева, антагонист, в предшествующем временном отрезке,

причем наибольшая величина из полученных факторов одного из 4-х каналов DF и есть фактор-мышца, определяющая асимметричность или симметричность за установленный временной отрезок,

причем при КА=1 наибольшее значение DF у той мышцы, которая обеспечивает в наибольшей степени, симметричность в движениях,

при КА>1 или КА<1 наибольшее значение DF у той мышцы, которая обеспечивает в наибольшей степени, асимметричность в движениях,

при DF1=DF2 - симметричность агонистов,

DF3=DF4 - симметричность антагонистов.

ПРИМЕР АНАЛИЗА ДАННЫХ ОГИБАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОМИОХРОНОГРАММЫ ДВУГЛАВОЙ И ТРЕХГЛАВОЙ МЫШЦ ПЛЕЧА ОБЕИХ РУК

При выполнение симметричных упражнений на двуглавые и трехглавые мышцы плеча у испытуемого N были обнаружены индивидуальные особенности(см. Таблица 1).

Таблица 1

Цифровая интерпретация электромиохронограммы симметричных упражнений на двуглавые и трехглавые мышцы плеча

№ измерения Время (с.) КА1.1
агонист КА1.2
Антого
нист КА2.1 (КА2.2) КА3.1
(КА3.2) DF
(№ канала) агонист антагонист 1 2 3 4 1
2
3
4
5
6 10
20
30
40
50
60 1,00
1,00
1,33
1,33
1,00
1,20 1,00
1,00
1,22
1,21
1,00
1,15 1,00
1,00
1,27
1,27
1,00
1,12 (1,16) 1,00
1,00
1,25
1,25
1,00
1,15
(1,15) -
2,000
2,03
2,000
2,054
2,020 -
2,000
2,002
2,000
2,002
2,002 -
2,027
2,02
2,001
2,036
2,036 -
2,027 2,002
2,002
2,000
2,000

С 1 по 10с. все коэффициенты равны 1,0, что свидетельствует о полной симметричности.

С 10 по 20с. все коэффициенты равны 1,0 = – симметричность агонистов,= –симметричность антагонистов

С 20 по 30с. КА3.1=1,25, т.к. все КА>1,0 - это свидетельствует о преобладании правосторонней активности. Фактором, определяющим асимметричность, является двуглавая мышца правой руки(=2,03).

С 30 по 40 с. КА имеет такое же значение (КА3.1=1,25), но фактором определяющим асимметричность является трехглавая мышца левой руки (=2,002) и т.д.

Таким образом, расчет коэффициентов асимметрии сопряженных мышц, на основе анализа биоритмологической структуры их ОЭМГ, является тонким инструментом, позволяющим количественно определить уровень согласованности работы мышц, а также способность к регуляции этого взаимоотношения в условиях ОЭМГ БОС-тренинга. Данный подход позволяет изучить структуру движения и точно установить, какая мышца (или группа мышц) определяет асимметричность при выполнении выбранного двигательного действия, что имеет не только фундаментальное, но и практическое значение.

Литература:

1. Гондарева Л.Н. Диагностическое и прогностическое значение оценки функционального взаимоотношения мышечных групп у борцов греко-римского стиля /Л. Н. Гондарева, Д. В. Горбачев// Динамика научных исследований: мат. VIII Международной.научно-практич. конф. Польша, 2012. – С. 78-80

2. Горбачев Д.В. Исследование возможности оптимизации функционального состояния борцов методом БОС-тренинга по параметрам огибающей электромиограммы: автореф. дис.. канд. биол. наук. Ульяновск, 2011.

3. Горбачев Д. В. Использование биомеханической оценки эффективности различных процедур биоуправления при подготовке спортсменов/ Д. В. Горбачев// Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Физическая культура и спорт в системе образования России: инновации и перспективы развития», 9-10 ноября 2017г. Санкт-Петербург С. 316-319

4. Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека.- М.: ФиС, 1981.- 143 с.

5. Самсонова А.В., Катранов А.Г., Степанов В.С. Устройство для оценки поперечного сечения мышц //Удост. на рац. предл. № 167/03 от 28.02.2001.

Изобретение относится к медицине, а именно к биомеханике двигательной деятельности человека. Предложен способ оценки уровня функциональной сопряженности и симметричности мышечных групп. Способ характеризуется следующими приемами: при выполнении любого двигательного действия осуществляются полиграфические записи огибающей электромиограммы с правой и с левой стороны. Затем запись разделяется на 10-секундные отрезки и в каждом отрезке определяется число волн ОЭМГ. После этого определяются число случаев изменения количества волн в каждом последующем отрезке в отличие от предыдущего и число одновременных изменений в каналах записи ОЭМГ агониста и антагониста. Подсчеты производятся одновременно с правой и с левой сторон. На основании подсчетов изменений рассчитываются: коэффициенты асимметрии мышц; коэффициенты асимметрии с учетом межмышечных взаимодействий агониста-антагониста; среднестатистические значения всех полученных коэффициентов. Для обнаружения мышцы, которая в определенный 10-секундный отрезок измерения влияет больше всего на асимметричность, рассчитывается определяющий фактор. Изобретение обеспечивает количественную оценку уровня согласованности работы симметричных и сопряженных мышечных групп на основе одновременной полиграфической записи электромиограммы или огибающей электромиограммы (ОЭМГ) исследуемых мышц, при выполнении определенного двигательного действия. 1 ил., 1 табл.

Способ оценки уровня функциональной сопряженности и симметричности мышечных групп заключается в анализе биоритмологической структуры огибающих электромиограммы (ОЭМГ), полученных от одновременных графических записей симметричных мышечных групп, отличающийся тем, что осуществляется анализ ОЭМГ любого двигательного действия с расчетом

-коэффициентов асимметрии:

где KA 1.1 – коэффициент асимметрии агонистов;

КА 1.2 – коэффициент асимметрии антагонистов;

А – количество изменений в ОЭМГ справа (агонист);

В – количество изменений в ОЭМГ слева (агонист);

C – количество изменений в ОЭМГ справа (антагонист);

D – количество изменений в ОЭМГ слева (антагонист),

- коэффициентов асимметричности и сопряженности мышечных групп:

где КА 2.1 - коэффициент асимметрии с учетом межмышечных взаимодействий агониста-антагониста;

KA 2.2 – коэффициент асимметрии с учетом межмышечных взаимодействий агониста-антагониста и количеством одновременных изменений во временных отрезках на протяжении установленного измерения;

А – количество изменений в ОЭМГ справа (агонист);

В – количество изменений в ОЭМГ слева (агонист);

C – количество изменений в ОЭМГ справа (антагонист);

D – количество изменений в ОЭМГ слева (антагонист);

E – количество одновременных изменений соответственно в ОЭМГ агониста и антагониста справа;

F – количество одновременных изменений соответственно в ОЭМГ агониста и антагониста слева,

- среднестатистических значений всех полученных коэффициентов асимметрий, определяющего фактора симметрии-асимметрии каждой мышцы в отдельности:

где А - количество изменений в ОЭМГ справа, агонист;

Ар - количество изменений в ОЭМГ справа, агонист в предшествующем временном отрезке;

В - количество изменений в ОЭМГ слева, агонист;

Bp - количество изменений в ОЭМГ слева, агонист, в предшествующем временном отрезке;

С - количество изменений в ОЭМГ справа, антагонист;

Ср - количество изменений в ОЭМГ справа, антагонист, в предшествующем временном отрезке;

D - количество изменений в ОЭМГ слева, антагонист;

Dp - количество изменений в ОЭМГ слева, антагонист, в предшествующем временном отрезке,

причем наибольшая величина из полученных факторов одного из 4-х каналов DF и есть фактор-мышца, определяющая асимметричность или симметричность за установленный временной отрезок,

причем при КА=1 наибольшее значение DF у той мышцы, которая обеспечивает в наибольшей степени симметричность в движениях,

при КА>1 или КА<1 наибольшее значение DF у той мышцы, которая обеспечивает в наибольшей степени асимметричность в движениях,

при DF1=DF2 - симметричность агонистов,

DF3=DF4 - симметричность антагонистов.