ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 3, с. 57-65
УДК 612.8
ВЛИЯНИЕ ПОДВИЖНОЙ ОПОРЫ ПОД ОДНОЙ НОГОЙ НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ ПОЗУ ЧЕЛОВЕКА ПРИ АСИММЕТРИЧНОЙ
НАГРУЗКЕ НА НОГИ
© 2014 г. О. В. Казенников, Т. Б. Киреева, В. Ю. Шлыков
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, Москва
E-mail: kazen@iitp.ru Поступила в редакцию 24.10.2013 г.
Изучались изменения в поддержании вертикальной позы в условиях, когда ноги были расположены на опорах разной степени подвижности, и при этом произвольно изменялась доля веса тела, приходящаяся на одну ногу. Целью настоящих экспериментов было получение данных о том, как подвижность опоры под ногами влияет на поддержание равновесия при стоянии и как этот эффект зависит от распределения нагрузки на ноги. Когда обе ноги были расположены на неподвижных опорах, поддержание вертикальной позы происходило за счет управления центрами давления (ЦД) обеих ног. При переносе тяжести на одну ногу поддержание позы происходило в основном за счет управления положением ЦД нагруженной ноги. Когда ноги находились на опорах разной степени подвижности, то поддержание равновесия производилось ногой на неподвижной опоре. Такой результат наблюдался как при симметричной нагрузке на ноги, так и при стоянии с нагрузкой на одну ногу. Даже если нога была разгружена, но находилась на неподвижной опоре, движение ее ЦД было больше по сравнению с движениями ЦД нагруженной ноги на подвижной опоре. Полученные результаты показывают, что подвижность опоры является фактором, который определяет механизмы работы системы поддержания позы, и этот фактор является более существенным, чем распределение нагрузки на ноги. Таким образом, поддержание вертикальной позы происходит с учетом физических свойств опоры под ногами.
Ключевые слова: вертикальная поза, нагрузка на ноги, неустойчивая опора, сенсомоторная интеграция.
Б01: 10.7868/80131164614030096
Необходимым условием поддержания равновесия при стоянии является сохранение проекции центра тяжести внутри опорного контура [1]. Поскольку центральная нервная система не получает непосредственной афферентной информации о положении проекции центра тяжести, то определить его можно только на основании афферентного синтеза, т.е. интеграции разномо-дальных сигналов [2, 3]. Была выдвинута гипотеза о том, что этот синтез, необходимый для поддержания вертикального положения, осуществляется на основании внутреннего представления о конфигурации тела и предметов в окружающем пространстве с учетом их физических свойств [4, 5]. По-видимому, в систему внутреннего представления включаются не только информация о работе двигательной системы, но также информация о подвижности, жесткости и других физических свойствах опорной поверхности [6, 7] и окружающих предметов [8]. Существенным фактором, влияющим на позные колебания, является также распределение нагрузки между ногами [9]. Было показано, что при стоянии с асимметричной нагрузкой на ноги нагруженная нога играет
большую роль в поддержании равновесия, чем ненагруженная [10, 11]. Перенос нагрузки на ногу позволяет создавать больший момент силы, по сравнению с моментом, создаваемым ненагру-женной ногой. С другой стороны, можно предположить, что уменьшение роли ненагруженной ноги связано со снижением активности механо-рецепторов стопы этой ноги [10]. Положение проекции центра тяжести можно более точно определить на основе афферентации от нагруженной ноги, чем по афферентации от ненагру-женной ноги. Поскольку известно, что система поддержания позы для сохранения равновесия использует в первую очередь афферентные сигналы, дающие однозначную информацию о движении тела [12, 13], то усиление участия нагруженной ноги в поддержании равновесия может быть связано с ослаблением афферентных сигналов от разгруженной ноги.
В настоящей работе изучались изменения в поддержании позы в условиях, когда ноги расположены на опорах разной степени подвижности, а также, когда произвольно изменялась доля веса
тела, приходящаяся на одну ногу. Особенностью поддержания равновесия на подвижной опоре типа пресс-папье является то, что изменение угла в голеностопном суставе может быть связано как с отклонением тела от равновесного положения, так и с наклоном опорной поверхности [14, 15]. Сложность сенсомоторной интеграции афферентных сигналов от разных источников при стоянии на подвижной опоре приводит к тому, что позные колебания увеличиваются [14, 15]. Уменьшение постуральных реакций на вибрацию мышц голени при стоянии на подвижной опоре связано с неоднозначностью интерпретации изменения угла в голеностопном суставе [14—16]. Таким образом, подвижная опора под ногой приводит к тому, что на основе афферентной информации от стопы нельзя достоверно определить смещение положения проекции центра тяжести, что приводит к ослаблению участия мышц голеностопного сустава в поддержании равновесия. В то же время, повышение нагрузки на одну ногу увеличивает ее участие в поддержании равновесия [10, 13], что проявляется, в частности, в усилении реакции на вибрацию мышц нагруженной ноги [17]. Таким образом, возник вопрос: как система поддержания равновесия отреагирует на изменение нагрузки на ногу с одновременным подведением подвижной опоры под одну из ног. Целью проведенных экспериментов было получение данных о том, как разное сочетание нагрузки на ногу и подвижности опоры под ногой влияет на поддержание равновесия при стоянии.
МЕТОДИКА
В экспериментах принимали участие 11 практически здоровых испытуемых. Для определения ведущей ноги использовали стандартные тесты по функциональной асимметрии [18]. У всех испытуемых ведущей была правая нога. Ноги располагались на отдельных опорах, которые стояли на двух стабилографах "Стабилан 01-13" (ОКБ РИТМ, Россия), что позволяло регистрировать изменения положения центра давления (ЦД) для левой и правой ноги. Использовали жесткую неподвижную опору и подвижную опору с шаровой нижней поверхностью. Неподвижной опорой был жесткий брусок с высотой 15 см. Подвижная опора представляла собой сегмент шара с радиусом 30 см и высотой 15 см. Стопы располагались на опорах на одинаковом расстоянии (около 10 см) от краев стабилографов и параллельно друг другу. Регистрировали положение общего ЦД (ОЦД) и ЦД левой и правой ноги, с частотой оцифровки 50 Гц. Испытуемого просили стоять, стараясь произвольно не двигать корпус, глаза были закрыты, руки опущены вдоль тела.
Каждый испытуемый был обследован в трех условиях: условие 1 — когда обе ноги располага-
лись на неподвижных опорах, условие 2 — когда левая нога была на подвижной опоре, условие 3 — когда правая нога была на подвижной опоре. В каждом из условий регистрацию стабилограмм производили в трех вариантах распределения нагрузки между ногами. В первом варианте эксперимента испытуемый стоял, равномерно нагрузив обе ноги. Во втором — большая часть веса тела была перенесена на правую ногу, а в третьем — на левую ногу. При этом разгруженная нога всей подошвой касалась поверхности опоры. При переносе тяжести на одну ногу испытуемый сам выбирал распределение нагрузки так, чтобы не возникало неустойчивости вертикальной позы. Длительность пробы составляла 40 с. При смене условий стояния делали паузу для отдыха около 1 мин. Последовательность условий стояния и распределения нагрузок на ноги чередовали в квазислучайном порядке.
Анализировали сагиттальные составляющие стабилограмм для каждого варианта эксперимента в разных условиях стояния. Сравнение параметров движения ЦД одной ноги во фронтальном направлении до и после переноса тяжести на одну ногу оказалось некорректным потому, что после переноса тяжести на одну ногу движение ЦД происходило под углом к передне-заднему направлению и изменение движения в сагиттальном направлении отражалось на движении ЦД во фронтальном направлении. Таким образом, изменения движения ЦД во фронтальном направлении определялись в основном движениями ЦД в сагиттальном направлении. Для сагиттальной ста-билограммы вычисляли среднее значение и скорость изменения стабилограммы (длина стабило-граммы за минуту) в разных условиях стояния и распределения нагрузки на ноги.
Для каждого испытуемого значения параметров в пробах с одинаковыми условиями эксперимента использовали для статистического анализа. Для выявления различий использовался одно-или двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями или парный Т-тест. Уровень для принятия различий был принят 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Когда обе ноги располагались на неподвижных опорах и у испытуемого была инструкция равномерно нагрузить ноги, то доля веса, приходящаяся на правую ногу, не отличалась от доли веса, приходящейся на левую ногу (в среднем по группе 51 ± 1% и 49 ± 1%, соответственно, р > > 0.31, парный Т-тест). Если под одной ногой находилась подвижная опора, то, несмотря на инструкцию о равномерной нагрузке на ноги, доля веса, приходящаяся на ногу, расположенную на неподвижной опоре, была больше, чем доля веса, приходящаяся на ногу, расположенную на по-
Таблица 1. Доля веса (в %), приходящаяся на левую и правую ногу, при стоянии на опорах с разной степенью подвижности и с разной нагрузкой на ноги. Представлено среднее значение по группе и стандартная ошибка среднего
Доля веса, приходящаяся на левую ногу, % Доля веса, приходящаяся на правую ногу, % Результат дисперсионного анализа и post-hoc теста для доли веса, приходящейся на левую ногу
Условия стояния обе ноги на неподвижной опоре (усл1) левая нога на подвижной опоре (усл2) правая нога на подвижной опоре (усл3) обе ноги на неподвижной опоре левая нога на подвижной опоре правая нога на подвижной опоре
Симметричная нагрузка на ноги 49 ± 1 45 ± 1 52 ± 2 51 ± 1 55 ± 1 48 ± 2 F(2, 18) = 4.52, p < 0.03, усл3 > усл2
Нагрузка на правую ногу 22 ± 2 23 ± 2 34 ± 2 78 ± 2 77 ± 2 66 ± 2 F(2, 18) = 14.20, p = <0.0002, усл3 > усл2; усл3 > усл1
Нагрузка на левую ногу 77 ± 3 66 ± 2 74 ± 2 23 ± 3 34 ± 2 26 ± 2 F(2, 18) = 15.42, p < 0.0002, усл2 < усл3; усл2 < усл1
движной опоре (табл. 1). Когда обе ноги находились на неподвижной опоре, после переноса тяжести на одну
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.