Способ исследования функционального состояния опорно- двигательного аппарата человека

 

Использование: физическая культура, спорт, медицина для диагностики функционального состояния опорно-двигательного аппарата человека. Цель изобретения - повышение эффективности диагностики за счет обеспечения возможности дифференцированной оценки состояния выборочных групп мышц в условиях локомоторных действий. Сущность изобретения: осуществляют установку датчика в области общего центра масс, последовательное выполнение тестовых упражнений с поочередным нагружением мышц ног, регистрацию колебаний тела в определенном диапазоне частот и последующую оценку состояния опорно-двигательного аппарата. При этом устанавливают дополнительные датчики в области голеностопа и на голове человека, а тестовые упражнения состоят в вертикальных подскоках сериями с частотой 1 - 4 Гц. Для каждого датчика определяют среднеквадратическое значение ускорения, а оценку состояния опорно-двигательного аппарата ведут последовательными сравнениями величин коэффициента передачи, который определяют отношениями указанных величин среднеквадратических значений ускорения к величине среднеквадратического значения ускорения, определенного по показаниям датчика, установленного в области голеностопа. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к физической культуре и спорту и может быть использовано в медицине при диагностике функционального состояния опорно-двигательного аппарата человека.

Известен способ оценки функционального состояния суставов путем измерения угла разгибания, в котором с целью установления времени начала лечения посттравматической контрактуры измеряют величину тремора, что служит основой для диагностики (см. авт. св. СССР N 1171008, кл. A 61 B 5/10, 1985).

Недостатками данного способа является его низкая эффективность, которая заключается в невозможности дифференцированно оценивать функциональное состояние выборочных групп мышц и конечностей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ диагностики опорно-двигательного аппарата человека, включающий установку трехкомпонентного пьезоакселерометра в области общего центра масс (ОЦМ), последующего выполнения тестовых упражнений, регистрацию колебаний тела в определенном диапазоне частот и последующую оценку поступающего сигнала, по которому судят о состоянии опорно-двигательного аппарата человека (см. Анашкина Н. М. и др. Исследование опорно-двигательного аппарата человека по вибрациям, сопровождающим локомоторные акты. Тезисы докладов межд. конференции. "Достижения биомеханики в медицине". Рига, 1986; Медицинская биомеханика. Рига, 1986, т. 3, с. 20-25).

Недостатком способа-прототипа является то, что способ не позволяет дифференцированно оценивать состояние выборочных групп мышц человека.

Цель изобретения - повышение эффективности диагностики за счет обеспечения возможности дифференцированной оценки состояния выборочных групп мышц в условиях локомоторных действий.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе диагностики опорно-двигательного аппарата человека, содержащий установку датчика в области ОЦМ, последовательное выполнение тестовых упражнений с поочередным нагружением мышц ног, регистрацию колебаний тела в определенном диапазоне частот и последующую оценку состояния опорно-двигательного аппарата, в предлагаемом способе устанавливают дополнительные датчики в области голеностопа и на других частях тела, выполнение тестовых упражнений ведут в виде вертикальных подскоков сериями с частотой 1-4 Гц, для каждого датчика определяют среднее квадратическое значение ускорения, а оценку состояния опорно-двигательного аппарата ведут последовательным сравнением величин коэффициентов передачи, которые определяют отношениями указанных величин среднеквадратических значений ускорений к величине среднего квадратического значения ускорения, установленного в области голеностопа.

Способ осуществляется следующим образом. Испытуемым в области голеностопного сустава, ОЦМ и на голове закрепляют трехкомпонентные пьезоэлектрические датчики ускорений. Далее спортсменам предлагают выполнять контролируемые под метроном, строго вертикальные беспаузные подскоки с частотой 1-4 Гц. Ставились условия, чтобы подскоки были беспаузными и не отклонялись от вертикальной оси.

Опыты проводят сериями с постепенно повышающейся частотой движений. Для каждого датчика в отдельно взятой плоскости определяют среднее квадратичное значение ускорения. Оценку состояния опорно-двигательного аппарата проводят последовательным сравнением коэффициента передачи, который определяют соотношением средних квадратичных значений ускорений на уровне ОЦМ и головы к величине среднеквадратичного ускорения, определяемого по показаниям датчиков, установленного в области голеностопного сустава.

В качестве примера реализации предлагаемого способа диагностики функционального состояния опорно-двигательного аппарата человека представлены результаты оценки координации спортсменов различного возраста и квалификации (см. таблицу, чертеж).

В исследованиях приняли участие испытуемые, разделенные на группы по возрасту и уровню спортивной квалификации.

В первой группе были спортсмены высокой квалификации: мастера спорта (МС) и кандидаты в мастера спорта (КМС) в возрасте от 19 до 24 лет.

Во второй группе были спортсмены-перворазрядники 18-23 лет.

В третьей группе были спортсмены юношеских разрядов в возрасте от 9 до 13 лет.

В четвертой группе испытуемых были спортсмены-новички от 18 до 28 лет.

В пятой группе - спортсмены-новички 15-16 лет.

В шестой группе - начинающие спортсмены 9-11 лет.

В каждой группе испытуемых тестовые упражнения проводились по одной и той же программе. Спортсмены выполняли упражнения сериями с постепенно повышающейся частотой движений, что позволяло учитывать физическую подготовленность и квалификацию испытуемых.

В таблице представлены средние квадратичные значения ускорений и расчеты средних значений коэффициентов передачи.

На чертеже представлена графическая иллюстрация на примере виброускорений головы со средними данными коэффициентов передачи в фиксированных точках тела при прыжках-подскоках с различной частотой движений (примечание: в обозначении таблицы и чертежа указана максимальная частота движений, что соответствует частоте, близкой к 4 Гц, учитывая возраст и квалификацию испытуемых).

Проведенные исследования позволяют по последовательному сравнению коэффициентов передачи ускорений (от стопы к голове) диагностировать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата спортсменов.

На чертеже представлены эквивалентные средние значения ускорений головы (a_z, м/с²) и коэффициента передачи ускорений (в числителе - на уровне головы, в знаменателе - ОЦТ, относительно = 1, зарегистрированного на уровне голеностопного сустава) спортсменов различного возраста и квалификации при выполнении вертикальных прыжков - подскоков с различной частотой.

В качестве эталона для сравнения можно привести данные измерений для высококвалифицированных спортсменов (МС и КМС).

Коэффициент передачи ускорений у данной группы составлял: при частоте движений 2 Гц: 1,0 (голеностоп); 0,42 (ОЦМ) 0,28 (голова); при частоте движений 3 Гц соответственно 1,0; 0,42; 0,27.

Можно проследить, что при частоте движений 2 и 3 Гц коэффициент передачи пропорционально снижается, обеспечивая необходимое демпфирование возникающих воздействий.

Регистрация виброускорений при частоте движений до максимальной (около 4 Гц) и максимальной на фоне утомления показали, что у МС и МКС сохраняется тенденция к уменьшению коэффициентов передачи от стопы к голове испытуемых (см. таблицу). Незначительное повышение величин средних данных коэффициентов передачи на уровне головы статистически не значимы (группа 1).

Аналогичную процедуру диагностики функционального состояния опорно-двигательного аппарата можно провести на примере данных спортсменов 9-11 лет.

Уже на первом этапе исследований тестовое упражнение с частотой движений 2 Гц предъявляет высокие требования к функциональному состоянию опорно-двигательного аппарата, что сказывается на средних величинах коэффициентов передачи от стопы к голове: 1,0 (голеностоп); 1,49 (ОЦМ); 1,42 (голова). В данном случае необходимого демпфирования возникающих воздействий не происходит, а коэффициенты передачи на уровне ОЦМ и головы выше, чем на "входе" - голеностопном суставе.

Такое положение и полученные данные объясняются уровнем функционального состояния опорно-двигательного аппарата, межмышечной и внутримышечной координацией, что у данной группы испытуемых значительно ниже, чем у высококвалифицированных спортсменов. Функциональное состояние опорно-двигательного аппарата не обеспечивает комфортабельность движения и механическая нагрузка на структуры тела испытуемых от стопы к голове увеличивается (см. таблицу, чертеж).

Дальнейшее повышение частоты движений для спортсменов 9-11 лет обнаруживает сходную картину, указывая на низкий уровень функционального состояния опорно-двигательного аппарата (группа 6).

Таким образом, последовательное сравнение зарегистрированных коэффициентов передачи в фиксированных точках тела и сравнение их с эталонными значениями позволяют диагностировать функциональное состояние выборочных групп мышц, что было показано на примере спортсменов МС и КМС, а также испытуемых 9-11 лет.

Подобную оценку функционального состояния опорно-двигательного аппарата можно провести в других возрастных и квалификационных группах.

Данная схема исследований путем последовательного сравнения коэффициентов передачи от стопы к голове позволяет диагностировать функциональное состояние выборочных мышц испытуемых. Результаты исследований показывают, что это возможно на примере межмышечных и внутримышечных координаций мышц нижних конечностей и мышц туловища.

Оптимальное функциональное состояние опорно-двигательного аппарата, высокий уровень координации мышц у спортсменов высших разрядов (как эталон для сравнения) приводит при выполнении тестового упражнения к пропорциональному снижению коэффициентов передачи в фиксированных точках тела, снижая механическую нагрузку на опорно-двигательный аппарат спортсменов.

Изменение функционального состояния мышц приводит к нарушению координации, что выражается в повышении величин коэффициентов передачи от стопы к голове испытуемых.

Последовательное сравнение коэффициентов передачи ускорений позволяет дифференцированно оценить состояние выборочных групп мышц в условиях локомоторных действий.

Схема исследований по предлагаемому способу позволяет учитывать индивидуальные особенности организма испытуемых. При этом предлагаемый способ диагностики функционального состояния дает возможность избежать перенапряжений функций организма человека.

Все это основывается на постепенном повышении частоты выполнения тестовых упражнений. Из полученных данных видно, что функциональное состояние опорно-двигательного аппарата испытуемых 9-11 и 15-16 лет можно оценить на частотах тестового упражнения 2-3 Гц. При этом повышение виброускорений на уровне головы по сравнению с величиной ускорений, зарегистрированных на голеностопном суставе, может служить ограничением для проведения опыта.

Постепенное повышение частоты тестовых упражнений позволяет диагностировать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата спортсменов старшего возраста (18-28 лет, группа 4), и спортсменов-разрядников (группа 2). Постепенное повышение требований в тестовом упражнении выявляет слабых в координационном отношении испытуемых, что может служить основой для последующего отбора спортсменов.

Для диагностики функционального состояния опорно-двигательного аппарата спортсменов старших разрядов (группы 1 и 2) необходимы предельные нагрузки, а именно: вертикальные прыжки-подскоки с максимальной частотой движений (около 4 Гц) с регистрацией данных на фоне утомления (3-я мин упражнения). Последовательное сравнение коэффициентов передачи и их сопоставление показывает, что у перворазрядников при максимальных нагрузках на фоне утомления нарушается межмышечная координация, возрастает механическая нагрузка на опорно-двигательный аппарат спортсменов. Высокие и предельные нагрузки в упражнении позволяют выявить и отобрать среди общего числа испытуемых координированных и некоординированных спортсменов. При этом диагностировать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата путем последовательного сравнения величин коэффициентов передачи ускорений.

Аналогичное последовательное сравнение коэффициентов передачи ускорений проводится по другим координатным осям Х и Y.

Использование заявленного способа диагностики функционального состояния опорно-двигательного аппарата человека позволяет обеспечить достижение следующих технико-экономических преимуществ: предлагаемый способ обладает универсальностью, так как позволяет диагностировать функциональное состояние выборочных групп мышц у здоровых и больных испытуемых различного возраста и квалификации в покое и в условиях локомоторных действий. Это обеспечивается креплением дополнительных датчиков в области голеностопа и на других частях тела, что позволяет по их показаниям получать выборочную информацию; в предлагаемом способе вводится интегральный критерий - последовательное сравнение величин коэффициентов передачи, ускорений. Это осуществляется тем, что среднеквадратичные значения ускорений каждого датчика в трех координатных плоскостях ведут последовательным сравнением величин коэффициентов передачи (например, передача ускорений от стопы к голове), что позволяет дифференцированно оценивать состояние выборочных групп мышц в условиях локомоторных актов; предлагаемый способ содержит универсальное тестовое упражнение в виде беспаузных вертикальных подскоков с постепенно повышающейся частотой движений до 4 Гц. Данное тестовое упражнение хорошо дозируется, пригодно для различного контингента испытуемых, просто при исполнении в различных условиях эксперимента. Тестовое упражнение в виде беспаузных вертикальных подскоков удобно при использовании, так как легко регулирует свою сложность за счет изменения одного компонента: частоты совершаемых подскоков. Предлагаемое тестовое упражнение может быть рекомендовано при разработке различных критериев отбора спортсменов. (56) Тезисы докладов Международной конференции "Достижения биомеханики в медицине". Рига. 1986, т. 3, с. 20-25.

Формула изобретения

СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА, включающий установку датчика в области общего центра масс, последовательное выполнение тестовых упражнений с поочередной нагрузкой мышц ног, регистрацию колебаний тела в определенном диапазоне частот с последующей оценкой состояния опорно-двигательного аппарата, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают датчики в область голеностопа, тестовые упражнения выполняют в виде подскоков с частотой 1 - 4 Гц, для каждого датчика определяют среднеквадратическое значение ускорения, а оценку состояния опорно-двигательного аппарата ведут последовательным сравнением величин коэффициента передачи, который определяет отношениями указанных величин среднеквадратичных значений ускорений к величине среднеквадратического значения ускорения, определенного по показаниям датчика, установленного в области голеностопа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3