Распределение веса при поворотах корпуса в условиях

Распределение веса при поворотах в условиях
симметричного и несимметричного стояния
Александр Нотченко, Вера Талис, Олег Казенников
Институт Проблем Передачи Информации
{anotchenko, talis, kazen}@iitp.ru
Keywords: Моторный контроль, осанка, стабилография
Abstract. Исследовали регуляцию вертикальной позы при поворотах
направо и налево у 12 здоровых испытуемых в симметричной и
несимметричной (большая нагрузка на правую или левую ногу) стойке.
Получено, что индекс асимметрии в симметричной стойке составлял
1.14%, а в несимметричной -46.93%.(при большей нагрузке правой ноги) и
42.32% (при большей нагрузке левой ноги). При повороте направо из
симметричного стояния нагрузка на левую ногу увеличивалась: индекс
асимметрии увеличился и составил 9,53%, а при повороте налево индекс
асимметрии стояния уменьшился до -3,72%. При стоянии с перегрузкой
правой ноги поворот направо привел к тому, что: индекс асимметрии стал
-48.4%, а поворот налево привел к тому, что индекс асимметрии стал 55.37%. При стоянии с перегрузкой левой ноги поворот направо привел к
тому, что индекс асимметрии стал 52.1%, а поворот налево изменил
индекс асимметрии до 50.0%. Высказывается предположение, что при
стоянии с неравномерной нагрузкой на ноги участие ноги в поддержании
вертикальной позы зависит от нагрузки, приходящейся на ногу.
1
Введение
Система управления вертикальной позой человека поддерживает устойчивость,
удерживая проекцию общего центра тяжести тела в ограниченной области
внутри опорного контура [1]. При отсутствии быстрых движений корпуса
проекция общего центра тяжести совпадает с центром давления ног на опорную
поверхность стабилографа, с помощью которого можно получить траекторию
движения проекции центра тяжести. При этом испытуемый, как правило, стоит
на одном стабилографе, т.е. регистрируется давление, создаваемое обеими
ногами. При обычном стабилографическом исследовании испытуемого просят
стоять равномерно распределив нагрузку между ногами, и такие измерения
достаточны для описания устойчивости вертикальной позы. Вместе с тем, в
обычной жизни человек часто стоит в несимметричной позе, при которой на
ноги приходится разная нагрузка. Кроме того, несимметричная нагрузка может
быть связана с усталостью [2], возрастом [3], а также с ортопедическими или
неврологическими заболеваниями [4, 5]. В настоящей работе ставилась цель
735
изучить усилия, создаваемые каждой ногой по отдельности, у здорового
человека при переносе тяжести на левую или правую ногу и повороте в разные
стороны из такого положения. Следует отметить, что в то время, как познотонические реакции на поворот головы и туловища хорошо известны у
животных[11], влияние проприорецепторов мышц шеи на позу у человека,
вызванные поворотом головы или всего корпуса изучены недостаточно. Так
было показано, что позно-тонические рефлексы у человека позволяют выявить
такие средства повышения мышечного тонуса, как прием Ендрассика или
мышечная вибрация[12]. С этой точки зрения
анализ особенностей
поддержания вертикальной позы при разной нагрузке на ноги может быть
полезен для прояснения работы системы управления позой [6], Очевидно, что
полный перенос веса тела на одну ногу, т.е. стояние на одной ноге, приводит к
неустойчивости позы, что создает дополнительные требования к системе
поддержания позы и изменяет ее работу. Например, позная реакция на
вибрацию мышц ног сильно уменьшается при стоянии в неустойчивой позе или
на неустойчивой опоре [7–9]. В настоящей работе вес тела переносился на одну
ногу лишь частично, что не приводило к заметному ухудшению устойчивости
вертикальной позы. В таких условиях можно было ожидать, что при разной
нагрузке на ноги проявится специфическая роль каждой из ног в поддержании
устойчивости вертикальной позы.
2
Методика
2.1
Испытуемые
В исследовании участвовало 12 здоровых испытуемых(средний возраст 20.54±0.82г, рост 171.54±8.06 см, размер ноги 39.68±2.77, вес 61.89±10.24 кг).
Из 12 обследованных испытуемых 11 были правшами, а 1 - левша.
2.2
Процедура
Испытуемые стояли в своей удобной обуви на двух стабилографических
платформах “СТАБИЛАН”, установленныхрядом (около 1 мм между ними), но
не касаясь друг друга. Каждая платформа регистрировала момент центра
тяжести под соответствующей ногой (частота оцифровки сигналов 50гц). Для
дальнейшей обработки в программе Матлаб использовались данные положения
центра тяжести: 1)в сагиттальной , 2)фронтальной плоскости 3) веса
испытуемого, приходящегося на платформу и соответствующие 3 показателя
для 2-й платформы, вычисленные программой обработки СТАБМЕД системы
“СТАБИЛАН”
Исследовали следующие условия стояния испытуемых с закрытыми глазами:
1) естественное симметричное стояние, 2) стояние на правой и 3) стояние на
левой ноге. В каждом из этих условий в ходе пробы испытуемый поворачивался
на 20 сек налево, возвращался на 10 сек в исходное положение, а затем
736
поворачивался на 20 сек направо. Направление поворота направо или налево
чередовалось по-разному от испытуемого к испытуемому.
Для отслеживания угла поворота испытуемого использовали пойнтер,
закрепленный на голове испытуемого. Когда испытуемый с закрытыми глазами
поворачивался так, что направление пойнтера совпадало с определенной меткой
на стене перед испытуемым, экспериментатор просил испытуемого
остановиться. Таким образом, испытуемый выполнял поворот примерно на 30
град в одну и другую сторону относительно своей симметричной стойки.
2.3
Анализ данных
Вычисляли средние значения
и среднее квадратичное отклонение 6
показателей вертикальной стойки (см выше) для каждого из 4 положений
испытуемого в ходе пробы (ровно, поворот, возврат, поворот в другую сторону).
Для анализа использовалась величина нагрузки на ногу в процентном
выражении к весу всего тела, а также индекса асимметрии – процентное
отношение разницы нагрузки между ногами к весу всего тела.
3
Результаты
Симметричная стойка
11 из 12 испытуемых в симметричной стойке равномерно распределяли
вес:относительная нагрузка у них составляла 50.95±3.47%- на левую и
49.05±3.47%- на правую ногу, т.е. не выходила из диапазона 55%. 1
испытуемый, который по результатам предварительного обследования оказался
левшой (см. Методику) имел относительную нагрузку на левую ногу 55.16%, а
на правую 44.84%.
При повороте направо вес у 6 из 12 испытуемых (в том числе у
левши),значимо перераспределялся на левую ногу (57.88±2.05%, n=6). Из
оставшихся6 испытуемых двоеимели небольшое увеличение нагрузки на левую
ногу, у 3-х - распределение нагрузки на ноги не изменилось, а у последнего
была тенденция увеличения нагрузки на правую ногу.
При повороте налево у 7 из 12 испытуемых значимой асимметрии
нагружения не наблюдалось (на левой ноге - 47.06±3.05%, на правой 52.93±3.05%, n=7) , у 3-х испытуемых ( в том числеу левши)вес больше
переносился на левую ногу (58.42±3.12%),и у двух –было небольшое
увеличение нагрузки на правую ногу.
Несимметричная стойка на левой ноге
В условиях несимметричного стояния на левой ноге вес всех испытуемых
перераспределился налево (71.16±6.54%). Поворот головы еще больше
увеличивал асимметрию нагружения ног: при повороте направо на левую ногу
приходилось в среднем 76.48±6.86%, налево -75.03±8.59%.
737
Несимметричная стойка на правой ноге
В условиях несимметричного стояния на правой ноге вес всех испытуемых
перераспределился направо (73.46±4.65%). При поворотенаправо нагрузка на
правую ногу не изменялась(73.43±6.99%), а при повороте налево–
возрастала(77.68±4.77%).
4
Обсуждение
В проведенном исследовании здоровые испытуемые в естественной стойке
стояли симметрично (нагрузка на каждую ногу не превышала 55%). Детальный
анализ,однако,показал, что левая нога в симметричной стойке нагружалась
несколько больше правой (максимальный индекс асимметрии у правшей
достигал 9.69%, а у левшисоставлял 10,32%). При повороте направо из такого
положения нагрузка на левую ногу увеличивалась: индекс асимметрии у
правшей увеличивался вдвое по сравнению с исходной стойкой и составлял
9.53±6.88%
и
1.14 ±6.73% при повороте направо и стойке ровно,
соответственно. У левши индекс асимметрии при повороте направо достиг
23.67%. Поворот налево не привел к ожидаемому перенесению веса на правую
ногу: распределением веса, будучи исходно несколько сдвинутым в сторону
левой ноги, соответственно, привело к уменьшению асимметрии при повороте
налево. Таким образом, индекс асимметрии у правшей при повороте налево
уменьшился до -3.72±8.15%, а у левши остался таким же, как при повороте
направо (23.89%).
В работе[10] также исследовали несимметричную стойку здорового человека,
свободно стоящего на двух стабилографических платформах. Испытуемые в
эксперименте стояли в 3 условиях: симметричное стояние, стояние с большей
нагрузкой на одной из ног и с максимальным нагружением одной из ног. Было
показано снижение устойчивости стойки при несимметричном стоянии в
основном за счет усиления фронтальных колебаний общего центра давления,
вызванное, по мнению авторов, изменением нагрузки на тазобедренный сустав.
Исходя из того, что в регуляции вертикальной стойки участвуют сенсорные
сигналы различной модальности – вестибулярные, зрительные, кожные и
проприоцептивные, сигнал от механорецепторов тазобедренного сустава
следует считать эффективным средством воздействия на позную регуляцию
свободно стоящего здорового человека. Также можно заключить, что
асимметричная стойка усиливает влияния от проприорецепторов мышц шеи на
позную мускулатуру даже в отсутствии таких известных средств повышения
общего тонуса, как мышечная вибрация или прием Ендрассика.
738
5
Список литературы
1. Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л.Регуляцияпозы человека. М.: Наука, 1965. 256
с.
2. Vuillerme N., Boisgontier M.Changes in the relativecontribution of each leg to the control
of quiet twolegged stance following unilateral plantarflexor muscles fatigue // Eur. J. Appl.
Physiol. 2010. V. 110. P. 207.
3. Blaszczyk J.W., Prince F., Raiche M., Hébert R.Effectof ageing and vision on limb load
asymmetry during quit stance. J.Biomech. 200, v.33, р.1243
4. Genthon N., Rougier P., Gissot A.S. et al.Contribution ofeach lower limb to upright standing in stroke patients //Stroke. 2008. V. 39. P. 1793.
5. Genthon N., Gissot A.S., Froger J. et al.Posturography inpatients with stroke: estimating
the percentage of bodyweight on each foot from a single force platform //Stroke. 2008. V.
39. P. 489.
6. Anker L.C., Weerdesteyn V., van Nes I.J. et al.The relation between postural stability and
weight distribution in healthy subjects // Gait Posture. 2008. V. 27. P. 471.
7. Гурфинкель В.С., Киреева Т.Б., Левик Ю.С.Влияниевибрации постуральных мышц
на поддержаниеравновесия во фронтальной плоскости при разныхуровнях
устойчивости // Физиология человека.1996. Т. 22. No 2. С. 83.
8. Иваненко Ю.П., Талис В.Л.Влияние устойчивостиопоры на позные вибрационные
реакции человека // Физиология человека. 1995. Т. 21. No 1.С. 116.
9. Ivanenko Y.P., Levik Y.S., Talis V.L., Gurfinkel V.S.Human equilibrium on unstable support: the importance of feet-support interaction. Neurosci. Let.1997, v. 235, p.109
10. Genthon N., Rougier P. Influence of an asymmetrical body weight distribution on the control of undisturbed upright stance //Journal of biomechanics. – 2005. – Т. 38. – №. 10. – С.
2037-2049.
11. Магнус Р. Установка тела //М.: Изд-во АН СССР. – 1962. – С. 183.
12. Гурфинкель В.С., Левик Ю.С., Лебедев М.А. Позные автоматизмы, вызванные
усилением тонического тона, Доклады АН СССР, 305 1266-1269
739