УДК 616.71-001.5-089.84:616.833:661.74:616-007.26
ПРОИЗВОЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕМ МЫШЦ УДЛИНЕННОЙ И ИНТАКТНОЙ КОНЕЧНОСТЕЙ В РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНАХ СИЛОВЫХ НАГРУЗОК © 2012 г. А. П. Шеин, Г. А. Криворучко
ФГУРоссийский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. акад. Г.А. Илизарова
Минздравсоцразвития России, г. Курган Поступила в редакцию 08.04.2010 г.
Представлены данные, подтверждающие гипотезу о существовании области изометрических нагрузок, в пределах которой испытуемые организуют произвольное управление мышечным напряжением с максимальной точностью и минимальными удельными энерготратами, оцениваемыми косвенно, по соотношению площади (интеграла) суммарной электромиограммы (ЭМГ) к импульсу момента силы. Проанализированы также асимметрии интегральных показателей качества зрительно-моторного слежения с использованием изометрических органов управления у 23 больных 15—35 лет (6 — мужского и 17 — женского пола) в различные сроки после хирургического устранения различий в длине нижних конечностей. У здоровых испытуемых (26 здоровых субъектов мужского пола в возрасте 19—39 лет) и ортопедических больных (интактная конечность) отмечена слабо выраженная область минимизации интегральных оценок дискретного зрительно-моторного слежения, проявляющаяся в пределах 25—35% максимальной силы тестируемой группы мышц (тыльные сгибатели стопы). У больных на стороне удлинения зона "оптимальных" нагрузок выражена более отчетливо, при этом прослеживается тенденция к ее сдвигу в область более слабых усилий.
Ключевые слова: дискретное зрительно-моторное слежение, произвольное управление мышечным напряжением, электромиограмма, афферентный контроль, удлинение конечностей, патофизиология сенсомоторных расстройств, нервы, мышцы.
Влияние величины силовой нагрузки на координационную структуру пространственных движений у человека установлено в серии исследований эргономического профиля. В частности, М.И. Семенов [1] и И.Ф. Чекирда [2] наблюдали улучшение выполнения сенсомоторных задач при умеренном отягощении руки. В.С. Фарфель [3] и В.А. Комаров [4] полагали, что большие силовые нагрузки (более 50% от максимальной силы мышц) снижают точность движений. Исследованиями Л.Е. Любомирского [5] установлено, что у учащихся 11—14 лет существует зависимость силы и точности ударов молотком от веса бойка инструмента (наиболее низкая точность движений наблюдалась при работе с наиболее легкими и тяжелыми инструментами). Приведенные литератур -ные данные свидетельствуют о том, что умеренное отягощение способствует улучшению координации движений, выполняемых в ауксотонических условиях мышечного сокращения. По предположению Л.Е. Любомирского [5], отмеченные выше закономерности распространяются и на точностные движения, выполняемые в режимах, близких к изометрическим. Малоизученным остается также вопрос о влиянии изменения структурно-функциональных свойств мышц на координационную
структуру точностных движений, реализуемых в различных диапазонах силовых нагрузок.
В задачи настоящего исследования входила оценка асимметрий интегральных показателей качества зрительно-моторного слежения с использованием изометрических органов управления у больных в разные сроки после устранения различий в длине нижних конечностей, а также проверка гипотезы о существовании области изометрических нагрузок, в пределах которой испытуемые организуют произвольное управление мышечным напряжением с максимальной точностью и минимальными удельными энерготратами.
МЕТОДИКА
Комплексному обследованию (использованы методы динамометрии, зрительно-моторного слежения, кинестезиометрии, глобальной и локальной электромиографии) подвергнуты 23 больных в возрасте 15—35 лет (6 — мужского и 17 — женского пола) с укорочением одной из нижних конечностей различной этиологии. Распределение выборки по этиологии укорочения: последствие костно-суставного туберкулеза — 11, остеомиелита — 3, врожденная аномалия развития — 9. С помощью
Рис. 1. Схема установки для анализа регуляции произвольного напряжения мышц голени (пояснения в тексте). 1 — электронно-лучевой монитор, 2 — динамометрический стенд, 3 — тензоусилитель, 4 — калибратор визуального отображения усилия, 5 — таймер, 6 — магнитограф, 7 — операционное реле, 8 — электромиограф.
дистракционного аппарата Илизарова больным произведено удлинение голени на 4—17 (8.6 ± ± 0.7) см, что составляло 13—68 (28.7 ± 3.2)% от исходной длины сегмента. Средний темп дистрак-ции варьировал в пределах от 0.8 до 2.2 (1.2 ± 0.1) мм/сутки, продолжительность дистракции составляла 44—178 (76 ± 8) дней, фиксации — 53—237 (101 ± 10) дней. После снятия аппарата Илизарова иммобилизация гипсовой повязкой использовалась в 17 случаях, при этом продолжительность иммобилизации составляла 15—117 (50 ± 5) дней. Однократно обследовано 8 испытуемых, двукратно — 15; 20 обследований проведено в сроки от 296 до 430 (330 ± 29) дней, 18 - от 616 до 870 (747 ± 59) дней после снятия аппарата Илизарова или гипсовой повязки. Контрольная выборка испытуемых включала в себя 26 здоровых субъектов мужского пола в возрасте 19-39 лет.
Предложенная нами [6-8] базовая схема тестирования наиболее чувствительной к растяжению в условиях дистракционного остеосинтеза по Или-зарову переднелатеральной группы мышц голени представляла собой модифицированный вариант дискретного зрительно-моторного слежения.
Испытуемый располагался в комфортной позе (в кресле с подлокотниками) перед экраном электронно-лучевого монитора (рис. 1, 1). Одна из его голеней фиксировалась в динамометрическом стенде (рис. 1, 2) (использован динамометр системы Токаря ДОСМ-3-0.2 с наклеенными на пружи-
ну тензодатчиками), другая оставалась свободной. Перед выполнением программы обследования больной подробно инструктировался о характере предстоящей деятельности и совершал пробные (недозированные) силовые упражнения, наблюдая за отклонением курсора на экране электроннолучевого монитора (ЭЛМ). После адаптации к экспериментальной ситуации и выполнения динамометрической (определение максимальных моментов силы (¥тах) мышц тыльных сгибателей интакт-ной и ранее оперированной конечностей) и кинестезиометрической проб, испытуемый приступал к выполнению основного теста - скорост-но-точностному воспроизведению усилий заданной градации. В соответствии с инструкцией он должен при появлении условного сигнала максимально быстро и точно воспроизвести передней группой мышц голени заданное усилие, используя ЭЛМ в качестве индикатора зрительной обратной связи. Величина усилия для воспроизведения задавалась испытуемому на экране ЭЛМ калиброванным смещением по вертикали "курсора" от некоторого нулевого положения, соответствующего состоянию расслабления мышц, до визирной линии, расположенной в верхней половине экрана. При выполнении двигательного задания испытуемый рывковым мышечным усилием совмещал "курсор" с визирной линией. Величина смещения "курсора" по вертикали задавалась постоянной для разных величин тестовых нагрузок, что достигалось регулировкой канала усиления осциллоскопа, соединенного с выходом тензоусилителя УТ4-1 (рис. 1, 3). Тем самым обеспечивалось приведение к единому "визуальному" масштабу усилий различной градации, что имело определенное значение для стандартизации экспериментальной ситуации.
Для настройки пределов отклонения "курсора" на экране ЭЛМ при переходе от одной величины тестовой нагрузки к другой применен калибратор (рис. 1, 4) визуального отображения усилия, представляющий собой автономный источник питания с десятью последовательно подключаемыми к выходным клеммам делителями напряжения. С его помощью заблаговременно выставлялись напряжения, эквивалентные значениям на выходе тен-зоусилителя, соответствующим определенному проценту от ^тах мышц интактной конечности.
Использовался набор из 7-10 силовых нагрузок, составляющих 5-50% ¥пах соответствующей группы мышц здоровой конечности. При этом определенному числу тестовых градаций усилия соответствовал различный порядок их предъявления (4 программы), основанный на чередовании больших и малых силовых нагрузок: 1 программа (10 нагрузок) - 50-25-45-20-40-15-35-10-305; 2 программа (9 нагрузок) - 45-20-40-15-3510-30-5-25; 3 программа (8 нагрузок) - 40-20-
35—15—30—10—25—5; 4 программа (7 нагрузок) — 35-15-30-10-25-5-20.
Выбор программы тестирования с исключением одной, двух или трех градаций в каждом конкретном случае производится с учетом степени снижения силовых возможностей мышц на стороне травмы или оперативного вмешательства. Такой дифференцированный подход практически полностью исключал развитие утомления, существенно влияющего на величины электромиографических (ЭМГ) оценок и биомеханических характеристик сократительных актов.
Каждой силовой нагрузке соответствовала серия из 25-50 сенсомоторных реакций (40-50 для нагрузок 5-25%, 25-30 для нагрузок 30-50% Fmax). На скрытое время реакции, организацию дозированного силового рывка и стабилизацию усилия на заданном уровне отводилось две секунды, после чего следовала 3-секундная фаза расслабления. Использован таймер (рис. 1, 5) запуска развертки монитора. В качестве сигнала к началу движения служило появление на экране ЭЛМ перемещающегося слева направо "курсора", сигналом к расслаблению - его исчезновение за пределами экрана (или маски). Таким образом, испытуемые имели возможность наблюдать развернутую по временной и амплитудной шкалам траекторию изменения усилия и оценивать степень ее приближения к эталонному (ступенчатому) сигналу, чему способствует использование ЭЛМ с длительным послесвечением. Предварительные эксперименты показали, что удлинение периода между моментами подачи условного сигнала до 10 с вызывало у испытуемых феномен диссоциации следа в моторной памяти и возникновение в связи с этим психической напряженности при ожидании очередного старт-сигнала. После отработки каждой серии дискретных операций слежения испытуемые отдыхали в течение 10-15 минут.
Запись мышечного усилия h(t) и суммарной электромиограммы (ЭМГ) m. tibialis anterior E1(t) и m. gastrocnemius (c. l.) E2(t) производилась на 4-ка
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.