Энергетические оценки в стабилометрии

Автор: Кручинин П.А., Холмогорова Н.В.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 1 (95) т.26, 2022 года.

Бесплатный доступ

В настоящей работе обсуждается возможность оценки по результатам стабилометрических измерений части энергетических затрат на поддержание человеком вертикальной позы. Описано применение математической модели перевернутого маятника для вычисления составляющих механической работы отдельных групп мышц ног в виде интеграла от модуля мощности суммарных моментов, развиваемых антагонистами. Для сагиттали преимущественно оценивается механическая работа мышц голени, а для фронтали - мышц таза. Обсуждается возможность применения приближенных оценок этих показателей для медленных составляющих движения человека. Для анализа корреляционных связей различных показателей использованы результаты стабилометрических проб, в ходе которых обследуемые стояли с открытыми глазами в ортоградной позе. Причем в части проб им предъявлялись различные зрительные иллюзии, вызывавшие изменение позовых характеристик и соответственно стабилометрических показателей. Проанализированы корреляции между введенными показателями и показателями, традиционно используемыми в стабилометрии. Рассматривались размахи колебаний по фронтали и сагиттали, средняя скорость центра давления и её проекции на фронтальную и сагиттальную оси, а также показатель, называемый «индекс энергозатрат», и его составляющие для фронтального и сагиттального направлений. Выявлена корреляционная связь между введенным показателем механической работы и размахами стабилограммы. Показано, что изменение части энергии, соответствующее показателю, называемому «индекс энергозатрат», невелико и, по-видимому, не характеризует в должной степени изменение механической энергии.

Еще

Стабилометрия, центр давления, постурология, механическая работа, модель движения

Короткий адрес: https://sciup.org/146282481

IDR: 146282481   |   УДК: 531.391:612.76   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2022.1.05

Energy estimates from force plate data

In this paper, we discuss a possibility of evaluating a part of the energy cost for maintaining a vertical posture by a person. We use the stabilometric data (center of pressure (CoP) postural sway measurements) only. The application of an inverted pendulum model for calculating the components of the mechanical work of particular groups of leg muscles is described. We use integral of the modulus of the power of total torques developed by the antagonists. For the sagittal direction, the mechanical work of muscles of the ankle is make an estimate mainly, and for the frontal direction - of the pelvic muscles. The possibility of using approximate estimates of energy indicators for the slow components of human movement is discussed. To analyze the correlations of various indicators, the results of postural stability tests were used. During these tests the subjects stood with their eyes open in an upright posture. Moreover, in several tests, they were presented with various visual illusions. It was causing a change in postural characteristics and, accordingly, stabilometric parameters. The correlations between the introduced energetical indicators and indicators traditionally used in stabilometry are analyzed. The next indicators: CoP trajectory range of oscillations along the frontal and sagittal, the average CoP velocity and its projection on the frontal and sagittal axes, as well as an indicator called the "total energy density of statokinesiogram" and its components for the frontal and sagittal directions - were considered. A correlation between the used indicator of mechanical work and the stabilogram range was developed. It is shown that the change in a part of the energy corresponding to an indicator called the «total energy density of statokinesiogram" is small and, apparently, does not adequately characterize the change in mechanical energy.

Еще

Список литературы Энергетические оценки в стабилометрии

  • Бабанов Н.Д., Кубряк О.В., Меркурьев И.В., Орлов И.А. Особенности моторного контроля здоровых добровольцев в пассивном экзоскелете нижних конечностей // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2021. - Т. 107, № 9. - С. 1172-1188.
  • Бекеров Э.Д., Подоприхин М.А., Кручинин П.А. Сравнительный анализ алгоритмов оценки движения центра масс по результатам стабилометрических измерений // Биофизика. - 2021. - Т. 66, № 5. - С. 997-1004.
  • Белецкий В.В. Двуногая ходьба. - М.: Наука, 1984. - 288 с.
  • Говорун М.И., Шелков О.М., Усачев В.И. [и др.]. Отражают ли стабилометрические показатели энергозатраты человека на поддержание вертикального положения тела? // Материалы XVIII съезда оториноларингологов России, 26-28 апреля 2011. - СПб., 2011. - Т. 2. - С. 47-52.
  • Гроховский С.С., Кубряк О.В. Метод интегральной оценки эффективности регуляции позы человека // Медицинская техника. - 2018. - №2. -С. 49-52.
  • Гурфинкель B.C., Коц Я.М., Шик. М.Л. Регуляция позы человека. - М.: Наука, 1965 - 256 с.
  • Денискина Н.В., Левик Ю.С., Гурфинкель В.С. Сравнительная роль мышц голеностопного и бедренного суставов в регуляции позы человека во фронтальной плоскости при стоянии // Физиология человека. - 2001. - Т. 27, № 3. - С. 66-70.
  • Кручинин П.А. Механические модели в стабилометрии // Российский журнал биомеханики. -2014. -Т. 18, № 2. - С. 184-193.
  • Кручинин П.А., Троицкий К.А., Холмогорова Н.В. Оценка показателей работы мышц ног по данным фронтальных стабилограмм // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2018. - № 2. DOI 10.18698/2308-6033-2018-2-1728
  • Кубряк О.В., Гроховский С.С. Практическая стабилометрия. Статические двигательно-когнитивные тесты с биологической обратной связью по опорной реакции. - М.: Маска, 2012. - 88 с.
  • Кубряк О.В., Гроховский С.С. Способ стабилометрического исследования двигательной стратегии человека. Скорректированное описание изобретения к патенту RU 2456920, 24.03.2011. Коррекция опубликована: 29.08.2017, Бюл. № 25.
  • Новожилов И.В., Терехов А.В., Забелин А.В. [и др.]. Трехзвенная математическая модель для задачи стабилизации вертикальной позы человека // Математическое моделирование движений человека в норме и при некоторых видах патологии. - М.: Изд-во мех-мат ф-та МГУ, 2004. - C. 7-20.
  • Руководство пользователя «Стабилан-01-2»: программно-методическое обеспечение компонент стабилографического комплекса Stabmed2; ЗАО «ОКБ «РИТМ». - Таганрог, 2011. - 279 с.
  • Скворцов Д.В. Клинический анализ движений, стабилометрия. - М.: Антидор, 2000. - 189 с.
  • Слива С.С., Кондратьев И.В., Слива А.С. Отечественная компьютерная стабилография: состояние, проблемы и перспективы // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2008. - № 6. - C. 98-101.
  • Усачев В. И. Стабилометрические параметры; ЗАО «ОКБ «Ритм». - Таганрог, 2011. - 32 с.
  • Lafond D., Duarte М., Prince F. Comparison of three methods to estimate the center of mass during balance assessment // Journal of Biomechanics. - 2004. - Vol. 37. - P. 1421-1426.
  • Zatsiorsky V.M, Duarte M. Rambling and trembling in quiet standing // Motor Control. - 2000. - Vol. 4, no. 2. - P. 185-200. DOI: 10.1123/mcj.4.2.185
Еще