ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 1, с. 82-89
УДК 612.8
ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ АХИЛЛОВЫХ СУХОЖИЛИЙ НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ ПОЗУ ЧЕЛОВЕКА ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОЙ
НАГРУЗКЕ НА НОГИ
© 2014 г. О. В. Казенников, Т. Б. Киреева, В. Ю. Шлыков
Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, Москва Поступила в редакцию 12.12.2012 г.
Исследовали смещение общего центра давления (ОЦД) и центра давления (ЦД) одной ноги при вибрации ахилловых сухожилий одной или обеих ног во время стояния человека с симметричной нагрузкой на ноги и с переносом нагрузки на одну ногу. У стоящего испытуемого смещение ЦД при односторонней вибрации ахилловых сухожилий зависело как от стороны приложения вибрации, так и от распределения нагрузки на ноги. При стоянии с разной нагрузкой на ноги смещение ОЦД было больше, если вибрация была приложена к нагруженной ноге. Для одной ноги смещение ЦД этой ноги было больше, если и вибрация, и нагрузка были приложены к ней. Вибрация ненагружен-ной ноги вызывала смещение ЦД в контралатеральной нагруженной ноге. При этом вибрация левой ненагруженной ноги не вызывала заметного смещения ЦД левой ноги, в то время как вибрация ненагруженной правой ноги вызывала смещение ЦД правой ноги. В одних и тех же условиях приложения нагрузки и вибрации смещение ЦД правой ноги было больше, чем смещение ЦД левой ноги. Можно предположить, что асимметрия позы и односторонняя вибрация мышц ног изменяют внутреннее представление о положении оси тела относительно вертикали, что влияет на смещение ЦД одной ноги в ответ на афферентную стимуляцию мышц ноги.
Ключевые слова: вертикальная поза, вибрация мышц ног, нагрузка на ноги, перемещение общего центра давления, перемещение центра давления одной ноги.
Б01: 10.7868/80131164614010056
Вибрация ахилловых сухожилий часто используется для исследования роли афферентной информации в механизмах поддержания вертикальной позы у человека [1, 2]. Многочисленные работы показали, что при мышечной вибрации в условиях вертикальной позы возникают не только локальные мышечные ответы, но и глобальные реакции, связанные с изменением положения всего тела [3, 4]. Видимо, при стоянии система поддержания позы интерпретирует изменение проприоцеп-тивных сигналов от мышц ног, вызванное вибрацией, как отклонение тела от вертикального положения [5]. Интерпретация проприоцептивной афферентации зависит от условий стояния, поэтому мышечная вибрация вызывает различающиеся, иногда разнонаправленные, отклонения тела от вертикали. Например, при разном распределении давления на переднюю и заднюю части стопы изменяется направление отклонения тела, вызванное вибрацией [6, 7] . По-видимому, система поддержания позы вырабатывает на основании афферентных сигналов от разных частей тела внутреннее представление о равновесном положении, относительно которого происходит регуляция позы
[8]. Можно предположить, что произвольное изменение распределения нагрузки на ноги тоже может приводить к изменению внутреннего представления о равновесном положении тела и, соответственно, к изменению работы позных механизмов [9, 10].
Известно, что чувствительность к афферентным сигналам может сильно изменяться в зависимости от выполняемой двигательной задачи. В частности, пороги кинестетической чувствительности к изменению угла в голеностопном суставе сильно снижены при поддержании вертикальной позы, по сравнению с движениями стопы в положении сидя [11]. Поскольку вибрация мышц приводит к искажению проприоцептивных сигналов, используемых при позном контроле, представляет интерес изучение влияния вибрации мышц ног на положение тела во время стояния с симметричной и асимметричной нагрузкой на ноги, т.е. при вибрации мышц ноги после изменения степени ее участия в поддержании позы.
Анализ движения центра давления (ЦД) каждой ноги при поддержании вертикальной позы с асимметричной нагрузкой на ноги показал, что
движение ЦД в сагиттальном направлении для ноги с большой нагрузкой на ноги больше, чем для ноги с маленькой нагрузкой [12]. Поэтому можно ожидать, что при стоянии с разной нагрузкой на ноги вибрация, приложенная к ноге с большей нагрузкой, будет оказывать большее влияние на положение тела, чем вибрация ноги с меньшей нагрузкой. Исследование нарушений позы при мышечной вибрации во время стояния с несимметричной нагрузкой ног позволит прояснить, в какой мере афферентная информация от мышц голеностопного сустава связана с его ролью в поддержании вертикального положения, что является содержанием настоящей работы.
МЕТОДИКА
В экспериментах принимали участие 11 практически здоровых испытуемых. Для определения ведущей ноги использовали стандартные тесты по функциональной асимметрии [13]. У всех испытуемых ведущей была правая нога. Ноги стояли на двух отдельных стабилографах "Стабилан 01-13" (ОКБ РИТМ, Россия), стопы располагались 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, и не сопротивляться возможному движению при вибрации ахилловых сухожилий, глаза были закрыты, руки опущены вдоль тела.
Для стимуляции трехглавых мыши голени использовались вибраторы, представлявшие собой электродвигатели постоянного тока ДПМ-30-Н1-01, снабженные эксцентриками. Они прикреплялись к голени при помощи резиновых лент и располагались над ахилловыми сухожилиями обеих ног. Использовалась вибрация умеренной интенсивности с частотой 40—60 Гц и амплитудой 0.8 мм, предназначенная для избирательной активации афферентов 1а группы. Амплитуда и частота вибрации не зависела от силы прижатия вибраторов.
Влияние вибрации исследовали в трех условиях стояния. 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 стабилографа. Нагружая одну ногу, испытуемый сам определял величину распределения давления на ноги так, чтобы не возникало неустойчивости вертикальной позы. Длительность пробы составляла 40 с. Вибрацию включали через 20 с после начала записи. Для выявления влияния вибрации сравнивали движение ЦД в течение первых 20 с, которое рассматривали как фон, и движение ЦД за время вибрации. В
каждом из трех условий стояния исследовали воздействие вибрации обеих ног, вибрации только правой или только левой ноги. После 2—3 проб по просьбе испытуемого делали паузу для отдыха около 1 мин. Пробу с одинаковыми условиями стояния и вибрации регистрировали по 2 раза. Последовательность поз и условий вибрации чередовали в квазислучайном порядке.
Во всех пробах определяли величину смещения ЦД отдельно для сагиттальной и фронтальной составляющих стабилограммы. Для каждой составляющей стабилограммы вычисляли среднее значение при спокойном стоянии и при приложении вибрации. При вычислении среднего значения стабилограммы при вибрации выбирали последние 10—15 с воздействия, чтобы исключить переходный процесс, который обычно занимал несколько секунд после включения вибраторов.
Для каждого испытуемого вычисляли средние значения по пробам с одинаковыми условиями эксперимента, которые использовали для статистического анализа. Для выявления различий средние значения использовали в одно- или двух-факторном дисперсионном анализе с повторными измерениями или в парном Т-тесте. Уровень для принятия различий был принят 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Нагрузка на одну ногу при обычном стоянии составляла примерно половину веса (табл. 1). При переносе веса на одну ногу нагрузка на нее составляла 76—83%, а на разгруженную ногу — 17-24% (табл. 1).
Двусторонняя вибрация ахилловых сухожилий при стоянии с симметричной нагрузкой на ноги приводила к отклонению туловища назад и к смещению ОЦД назад (рис. 1, А, в центре). Если вибрация была приложена только к одной ноге, то также наблюдалось смещение ОЦД (рис. 1, Б, В). При стоянии с симметричной нагрузкой на обе ноги в среднем по группе смещение ОЦД, вызванное вибрацией ахилловых сухожилий обеих ног, было немного больше, чем при вибрации только правой или только левой ноги (табл. 2). Однако однофакторный дисперсионный анализ (фактор - вибрация с двух сторон, только справа и только слева) показал, что различия в смещении ОЦД, вызванном двусторонней вибрацией и вибрацией только правой или только левой ноги, не достоверны (¥(2, 10) = 2.13, р > 0.16). Смещение ОЦД является результатом сложения смещений ЦД для правой и левой ноги с весами, пропорциональными нагрузке. Поэтому было проведено сравнение смещений ЦД каждой ноги, которое показало, что при двусторонней вибрации смещение ЦД правой ноги (в среднем по группе 41 ± ± 8 мм) было больше, чем смещение ЦД левой
Таблица 1. Нагрузка на каждую ногу (в % от веса тела) при разных условиях стояния до и после вибрации ахилловых сухожилий (среднее ± стандартная ошибка среднего)
Условия Нагрузка, в %
Вибрация
стояния
правая нога левая нога
Симмет- С двух До 50 ± 1 50 ± 1
ричная сторон После 50 ± 1 50 ± 1
нагрузка Справа До 52 ± 1 48 ± 1
После 51 ± 2 49 ± 2
Слева До 51 ± 1 49 ± 1
После 53 ± 2 47 ± 2
Нагрузка Справа До 78 ± 2 22 ± 2
на правую ногу После 76 ± 2 24 ± 2
Слева До 81 ± 2 19 ± 2
После 83 ± 2 17 ± 2
Нагрузка Справа До 23 ± 2 77 ± 2
на левую ногу После 23 ± 3 77 ± 3
Слева До 20 ± 2 80 ± 2
После 23 ± 2 77 ± 2
ноги (37 ± 9 мм, рис. 2, первая пара столбиков), но эти различия не были достоверными (р = 0.08, парный Т-тест).
На рис. 1, Б и В видно, что для выбранного испытуемого при симметричной нагрузке на ноги смещение ЦД одной ноги при вибрации контрала-теральной ноги было больше, чем при вибрации ип-силатеральной ноги. Двухфакторный дисперсионный анализ смещения ЦД одной ноги (первый фактор — правая или левая нога, второй фактор — вибрация ипси- или контралатерального ахиллова сухожилия) показал, что различия по первому фактору недостоверны (Д1, 6) = 2.33,р > 0.17), т.е. смеще
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.