Способ установления и расчета критериев устойчивости человека на основе биофизических и физиологических представлений

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к оториноларингологии, а именно к вестибулометрическим методам исследования функции вестибулярного анализатора человека. Способ включает фиксацию маркером отклонений тела на горизонтальном листе бумаги, расположенном над его головой, для получения экспериментальной кефалограммы. При этом центральную точку кефаломера фиксируют на вертикали, восставленной из точки приложения силы тяжести на опору. Вычисляют теоретические и экспериментальные критерии устойчивости (надежной, комфортной, рискованной), по соотношению которых определяют наличие патологии в работе вестибулярного анализатора и опорно-двигательного аппарата. Это позволяет объективно и простыми средствами осуществлять диагностику функции равновесия. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и практике, в частности к оториноларингологии, конкретно к вестибулометрическим методам исследования функции вестибулярного анализатора человека.

Известны методы объективного исследования функции равновесия, обеспечивающие возможность получения конкретных количественных результатов: кефалография и компьютерная стабилометрия.

По наиболее распространенной методике кефалографии [1, 2] возникающие отклонения тела человека от вертикали фиксируются маркером на кефалограмме - горизонтальном листе, расположенном над его головой. Ее математическая обработка выражаются индексом кефалографии, по которому проводится оценка статокинетической устойчивости человека. Простота метода и достаточная для сравнения определенность результатов способствовали широкому использованию его в клинической оториноларингологической практике, спортивной медицине, при профосмотрах [3, 4].

Но существующие недостатки метода: неопределенность выбора начальной (опорной) точки отсчета, которая на самом деле является обычной, такой же случайной, как и все остальные; отсутствие индивидуализации в подходе к обследуемым; единый для всех пациентов кефаломер в виде концентрических окружностей - превращает индекс кефалографии в малоинформативный.

Другой метод - компьютерная стабилометрия - по техническому обеспечению в последнее десятилетие потеснил кефалографию [5-7], хотя его диагностическая ценность - "далеко не предел возможностей исследования функции равновесия" [8]. Широкое внедрение стабилографии сдерживается достаточно высокой стоимостью комплекса [9].

Поэтому, несмотря на отмеченные недостатки кефалографии, она не потеряла своего практического значения и продолжает оставаться ведущим методом в исследовании вестибулярной функции органа слуха. При многократных исследованиях с соблюдением одних и тех же условий кефалограммы "сохраняют в целом характерный для данного испытуемого индивидуальный рисунок" [1, 2], являясь своеобразным "графическим паспортом" функции равновесия [10].

Целью изобретения является разработка способа установления начальной (опорной) точки отсчета и установления и расчета теоретических и экспериментальных (наблюдаемых) критериев устойчивости (надежной, комфортной, рискованной и патологической) человека на основе биофизических представлений о равновесии тел и индивидуальных физиологических и патофизиологических особенностях обследуемых.

Аналогом способа является кефалография, как один из наиболее распространенных при исследовании вестибулярной функции органа слуха человека.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Биофизический подход к проблеме устанавливает, что равновесие человека как целостной системы предполагает участие всех ее составляющих в результирующем движении центра тяжести тела около вертикальной оси, проходящей через точку О, являющуюся серединой отрезка О'О'', соединяющего полюсы менисков таранных костей обеих стоп [11], на которые производится давление от веса человека (фиг.1).

Влияние многих внешних и внутренних факторов, приводящих к отклонению тела от положения равновесия (от оси ОХ), приводит к появлению со стороны мышц опорно-двигательного аппарата сил, возвращающих тело в исходное состояние. Их величина и направление определяются вестибулярным анализатором, реагирующим на каждое отклонение.

Устойчивым будет являться такое состояние тела, при котором проекция центра тяжести не выходит за границы опоры - обеих стоп человека [12]. Максимальная отклоняющая сила F_max, не приводящая к потере равновесия тела, определяется (фиг.2, а) соотношением F_max<mg sinϕ_o, где m - масса тела, ϕ_o - максимальный угол отклонения оси туловища, совпадающей с маркером, от вертикальной оси ОХ.

Из условия равновесия для максимальной силы со стороны мышц F_m, определяемой состоянием вестибулярной коррекции и возвращающей тело в вертикальное состояние, можно записать _m=F_max, Исследования вестибулосоматических реакций отклонения оси туловища с маркером при кефалографии для данных условий позволяет установить следующие закономерности: 1) разброс амплитуд колебаний маркера, находящегося на оси туловища вертикально ориентированного человека, определяется линейным размером опоры (обеих стоп), индивидуальным для каждого обследуемого (фиг.2, б). Площадь и форма опоры при эксцентричных деформациях, наблюдаемых в данном случае, определяют площадь и форму зоны (или ядра [12], 3,9) устойчивости тела - зоны механических напряжений одного знака, за пределы которой вертикальная ось туловища не выходит. Рост и масса человека определяют величину возвращающей силы со стороны мышц опорно-двигательного аппарата, момента инерции тела человека и периода его колебаний как физического маятника [13], на размах колебаний маркера ввиду их малости практически (до отклонений в 15^o) не влияют ([14], с.305); 2) разброс амплитуд колебаний маркера различен для пациентов одного роста, но имеющих разные линейные размеры стопы (фиг.2, в); 3) разброс амплитуд колебаний маркера одинаков для пациентов разного роста, но одинаковых линейных размеров опоры (рис. 2, г); 4) разброс амплитуд колебаний маркера относительно вертикальной оси ОХ в сагиттальной плоскости (XOY) кпереди от фронтальной (XOZ) для положительных координат у больше, чем во фронтальной для координат Z, но значительно меньше, чем кзади от фронтальной для отрицательных координат Y (фиг.2, а).

Опора человека (его стопы) представима сложной фигурой. Для упрощения отметим, что опора может быть представлена (фиг.1) многоугольником, причем обследуемый может опираться как на кости предплюсны и пяточные бугры, так и на дистальные фаланги I-V пальцев и пяточные бугры. Иногда, в целях усиления равновесия, обследуемый изгибает сочленения в области костей стопы, и площадь его опоры становится больше, что вызывает усиление равновесия (иллюстрацию этого эффекта мы не приводим из-за простоты его представления).

Мы назовем равновесие надежно устойчивым, если человек опирается на пяточную кость стопы и плюсневые кости (площадь ABCDEF на фиг.1), комфортно устойчивым, если он опирается на пяточную кость и фаланги I и V пальцев (площадь A'B'CDE'F' на фиг.1), и рискованно устойчивым при больших отклонениях оси туловища в различных направлениях, не приводящих к потере устойчивости и равновесия.

Поэтому мы приходим к возможности создания кефаломера, индивидуального для разных пациентов. Он может быть заранее рассчитан и разделен на несколько зон (ядер, [12], 3,9) устойчивости, соотносимых со степенью сохранности функции равновесия и характеризующих разную устойчивость тела и разную способность вестибулярного аппарата к сохранению и поддержанию им функции равновесия как ответной реакции (фиг.3, б): 1 - зона надежной устойчивости (сильная ответная реакция); 2 - зона комфортной устойчивости (средняя реакция);
3 - зона рискованной устойчивости (слабая реакция);
4 - если точки маркера выходят за пределы третьей зоны, то это состояние назовем неустойчивым (патологическим) равновесием.

Доэкспериментальное построение индивидуального кефаломера на основе соотношений биосопромата ([12], 2,9-3,9), позволяет дать более точную оценку физиологических функций вестибулярного анализатора и нервно-мышечного аппарата путем расчета экспериментальных критериев устойчивости: надежной I_н ^э, комфортной I_к ^э и рискованной I_р ^э. Они определяются суммой фиксированных маркером точек в соответствующей зоне равновесия Σi_{(i зона)}, отнесенной к числу всех точек на кефалограмме Σi:
I^э_н = Σi_(1зона)/Σi;
I^э_к = Σi_(2зона)/Σi;
I^э_p = Σi_(3зона)/Σi
Построение индивидуального кефаломера с использованием биофизического подхода осуществляется следующим образом:
1) определяют площадь опоры для каждого из трех возможных состояний давления человека на опору от вида равновесия (надежного, комфортного и рискованного);
2) рассчитывают моменты инерции всех видов опор относительно их осей ОХ и OY;
3) вычисляют радиусы инерции опор относительно тех же осей;
4) устанавливают эксцентриситеты силы тяжести;
5) для каждой точки шестиугольников в плоскости ZOY вычерчивают нейтральные линии сечений зон устойчивости;
6) по установленным уравнениям нейтральных линий в отрезках строят зоны устойчивости;
7) рассчитывают площади зон: надежной устойчивости S_{(1 зона)} - площадь центральной зоны, комфортной устойчивости S_{(2 зона)} - средней зоны, для рискованной устойчивости S_{(3 зона)} - площадь внешней (неименованной) зоны (фиг.3).

Исходя из условия равновероятного распределения точек маркера на кефалограмме можно установить теоретические критерии устойчивости - надежной I_н ^т, комфортной - I_к ^т, рискованной - I_р ^т, рассчитывая их как отношение площадей соответствующих зон _{(i зона)} к общей площади кефаломера S:
I_н ^т=S_{(1 зона)}/S;
I_к ^т=S_{(2 зона)}/S;
I_р ^т=S_{(3 зона)}/S.

Тогда при выполнении условий
I_к ^э≥I_к ^т;
I_н ^э≥I_н ^т;
I_р ^э≥I_р ^т
можно считать функцию равновесия вестибулярной и опорно-мышечной систем нормальной. При невыполнении указанных условий можно утверждать о появлении патологии в работе вестибулярного анализатора и опорно-двигательного аппарата. Попадания маркера в расчетную зону неустойчивого, рискованного равновесия характеризуется отклонениями от расчетной нормы и позволяет определить степень устойчивости при различных заболеваниях.

Точка М на кефаломере, являющаяся ортогональной проекцией оси ОХ на горизонтальный лист отметок маркера, является начальной (опорной) и она должна быть зафиксирована на плоскости, на которую этот лист помещается. В то же время на полу, где размещена опора (стопы ног), должна быть представлена система координат XOZ для фиксации точки О (фиг.1).

Предлагаемый метод при соответствующем техническом обеспечении может быть использован как в диагностических целях, так и для контроля реабилитации лиц, страдающих вестибулярными нарушениями, не только в специализированных лабораториях функциональной диагностики, но и в различных лечебно-профилактических и оздоровительных учреждениях.

ЛИТЕРАТУРА
1. Базаров В. Г. Клиническая вестибулометрия. // Киев: - Здоров'я. - 1988.

2. Базаров В. Г. // Оториноларингология. / Под ред. Заболотнего Д.И., Митина Ю.В., Драгомирецкого В.Д. - Киев. -:3доров'я. - 1999. - С. 21-55.

3. Аськова Л.Н. Болезнь Меньера. - Изд.:. Саратов, унив. Самарский филиал. -Самара. - 1991.

4. Солдатов И.Б., Косарев В.В., Еремина Н.В., Макридин Д.К., Гарина Т.А. // Сб.: Современные вопросы практической медицины: Тез. XXXIII науч.-практ. конф. врачей. - Ульяновск, 1998. - С.53-54.

5. Дубовик В. А. // Сб.: Теоретические и практические проблемы современной вестибулологии: Тез. докл. Всероссийской научной конф. 29-30 окт. 1996. - СПб. - 1996.-С.51-52.

6. Рудских О. П. Неврологические особенности недостаточности мозгового кровообращения в вертебрально-базилярном бассейне с позиций оценки системы равновесия: Автореф. дис. канд. мед. наук. - СПб. - 1996.

7. Пышный Д.В., Куц Б.В. / /Новости оториноларингологии и логопатологии. - 1999.- 1(17).-С. 43-44.

8. Сагалович Б.М., Пальчун В.Т. Болезнь Меньера. - М.: 000 "Медицинское информационное агентство". - 1999.

9. Лучихин Л.А. // Вестник оториноларингологии. - 1997. - 1. - С. 19-23.

10. Левашов М.М. // Сб. тр. Ленинградского НИИ уха, горла, носа и речи: Топическая диагностика поражений слуховой и вестибулярной систем. - М.: Изд. НИИ уха, горла и носа. - 1987. - С. 116-126.

11. Фениш Х. (при участии В. Даубера). Карманный атлас анатомии человека на основе Международной номенклатуры. - М.: Вышейш. шк. - 1998.

12. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. - М.: Высш. школа. -1975.-С. 378-388.

13. Шебалин О.Д. Физические основы механики и акустики. - М.: Высш. шк. -1981.

14. Яворский Б. М. , Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука. - 1990.

Формула изобретения

Способ установления и расчета критериев устойчивости человека на основе кефалографии, включающей фиксацию маркером отклонений тела на горизонтальном листе бумаги, расположенном над его головой, для получения экспериментальной кефалограммы, отличающийся тем, что вначале рассчитывают и вычерчивают индивидуальный кефаломер, как многоугольник, определяющий зоны устойчивости тела при эксцентричных деформациях, а при сеансе кефалографии центральную точку кефаломера фиксируют на вертикали, восставленной из точки приложения силы тяжести на опору, вычисляют теоретические критерии устойчивости (надежной, комфортной, рискованной), определяя их как отношение площадей соответствующих зон S_{(i зона)} на кефаломере к их общей площади S= ΣS_{(i зона)}:
I_н ^т= S_{(1 зона)}/S;
I_к ^т= S_{(2 зона)}/S;
I_р ^т= S_{(3 зона)}/S;
вычисляют экспериментальные критерии устойчивости (надежной, комфортной, рискованной), определяя их как отношение числа точек маркера Σi_{(1 зона)}, попавших в конкретную зону на кефаломере, к числу всех точек Σi:
I^э_н = Σi_{(1 зона)}/Σi;
I^э_к = Σi_{(2 зона)}/Σi;
I^э_p = Σi_{(3 зона)}/Σi
и при невыполнении условий
I_к ^э≥I_к ^т;
I_н ^э≥I_н ^т;
I_р ^э≥I_р ^т
определяют наличие патологии в работе вестибулярного анализатора и опорно-двигательного аппарата.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3