Взаємодія деяких біомеханічних і фізіологічних параметрів руху

Деякі механізми організації локомоцій

Відомо, що навіть відносно прості рухові акти людини здійснюються за рахунок скорочення великої кількості м‘язових груп, з яких відносно небагато визначають власне необхідний рух, тобто викликають переміщення робочої точки (агоністи – греч. agonistikos – здатність до боротьби). Реакція решти м‘язів складають так звані фонові автоматизми. Вони забезпечують гальмування рухів, переміщення проксимальних ланок кінцівок, фіксацію суглобів і регуляцію пози.

В цілісному руховому акти усі ці реакції створюють добре скоор-динований процес.

В залежності від рухового завдання скорочення одних і тих же м‘язів здійснюється в різних сполученнях з другими. Але наші знання про механізм групування м‘язів і характер окремих систем управління край обмежені. По цій причині багато уваги приділяється поглибленому вивченню діяльності авторегуляторних механізмів в локомоторному процесі.

Вивчення ієрархічних (організація принципу управління) відношень компонентів системи управління рухами показало, що м‘язи ноги, які приймають участь в регуляції вертикальної пози людини, активізуються раніше довільного скорочення агоніста. Це обумовлене біологічною сутністю превентивного (попереджуючого) збереження пози, тобто перш ніж зробити який-небудь рух, людина повинна прийняти певну позу.Напр., щоб зробити крок, вона повинна стояти на ногах. Такі установки тіла в певних позах, необхідних для здійснення різноманітних рухів, забезпечуються рефлекторною діяльністю переважно заднього і середнього мозку. Якщо спинний мозок втрачає зв‘язок з головним на рівні нижніх частин продовгуватого мозку, то вся мускулатура тіла втрачає свій тонус. Підтримання любої пози становиться неможливим. Коли ж пошкоджується тільки зв’язок середнього мозку з продовгуватим, то розвивається своєрідний стан різкої переваги тонусу розгиначів, так звана децеребраційна ригідність. В останній проявляються доведені до крайності рефлекси випрямлення тіла, що проявляються через ядро Дейтерса зі значною участю імпульсів від лабіринту і м‘язів-розгиначів. Ці розгинальні рефлекси в нормі стримуються гальмуючою дією червоного ядра, яке може також рефлекторно підвищувати тонус згиначів. Так нормальна поза помірковано випрямленого тіла забезпечується тонічними лабіринтними і м‘язовими рефлексами, особливо від м‘язів кінцівок і шиї. Однак, щоб людина могла здійснювати складні і різноманітні рухи , потрібно гальмувати стереотипні рефлекси продов-гуватого і середнього мозку, які фіксують нерухому позу стояння. Це, очевидно, здійснюється нервовими механізмами мозочка. При цьому особливе значення мають рефлекси, що виникають від пропріоцептивних сигналів, які приходять в кору мозочка і через мозочкові ядра проявляють переважно гальмуючий вплив на рефлекси випрямлення тіла.

Більшість рухів людини в повсякденному житті, а також спеціальні форми активної, трудової діяльності сформувалися шляхом навчання і являються набутими руховими звичками, тобто складними ланцюгами рухових умовних рефлексів.

Складний локомоторний акт ходи регулюється різними контролюючими системами при різній швидкості пересування. Перехід від повільних темпів руху до більш швидких супроводжується збільшенням довжини кроку. Зростання лінійної швидкості в області швидких темпів (більше 100-110 кроків за хв.) обумовлене збільшенням числа кроків за одиницю часу. Реалізація цих двох типів реакцій базується, вірогідніше всього, на різних механізмах управління рухами.

По мірі зміни темпу ходи спостерігається не тільки кількісна зміна біопотенціалів різних м‘язових груп, але і функціональний перерозподіл активності всередині м‘язового ансамблю. При цьому спостерігається певна різниця в появі і зникненні хвиль активності згиначів і розгиначів нижньої кінцівки відповідно різним періодам рухового акту. Найбільш виражені зміни відбуваються в групі згиначів, які несуть основне навантаження при збільшенні темпу ходи.

Зміна дії керуючих систем мозку проявляється і при зміні режиму роботи м‘язів, напр.., при підйомі і спуску по сходах.

Виходячи з принципу саморегуляції локомоторних актів, рух, незалежно від способу його виникнення, можна розглядати не тільки як джерело сенсорних сигналів, а і як безпосередній збудник роботи м‘язів. Це підтверджується тим, що при зміні рухомості в колінному суглобі (гіпсова пов’язка) наступає суттєва перебудова не тільки нейрофізіологічної струк-тури ходи, а і порушення співвідношень енергетичних затрат від темпу ходи. При цьому відбуваються суттєві зміни діяльності керуючих систем, що забезпечують можливість функціонування в умовах збурюючих дії.

Отже, вся рухова діяльність людини являється майже єдиною формою її взаємодії з зовнішнім середовищем. Ця взаємодія відбувається, з однієї сторони, під впливом оточуючого середовища на людину, з другої сторони, активні дії людини на це середовище. Тому стає серйозно проблема керування цими зв’язками. Другою важливою проблемою управління руховими діями людини є те, що руховий апарат людини складається з великої кількості с т е п е н і в с в о б о д и як кінематичних, залежних багатоланкових його вільно з‘єднаних кінематичних ланцюгів, так і еластичних, обумовлених пружністю рухових тяг – м‘язів і відсутністю в силу цього однозначних відношень між мірою активності м‘язів, її напругою, довжиною і швидкістю її зміни, і тому потрібно уяснити собі, як ускладнює управління рухом кожна лишня степінь свободи. Третя особливість управляння рухами заключається в тому, що утворюються непередбачені і практично непідвласні сили, які вимагають безперервного сприймання і переборювання так звані р е а к т и в н і с и л и , безперечно виникаючі при рухах в багатоланкових кінематичних ланцюгах органів руху, що ускладнюються у великій прогресії з кожною лишньою ланкою з‘єднаного ланцюга і з кожною новою ступінню свободи рухомості.

Механізм сенсорного слідкування –

це вивчення роботи людини-оператора в режимі сенсомоторного слідкування як найбільш важливої при створенні оптимальної системи управління (сенсорний – від латин.- сприйняття, почуття, відчування, - чутливий, що відноситься до відчуття).

Міотонічна система управління .

Модель міотоничної системи управління передбачає вивчення діяльності дітей-операторів в умовах ізометричного напруження м‘язів. Оцінка степені напруги м‘язів здійснювалась з допомогою електроміографії. В завдання піддослідного входила активація досліджуваного м‘яза при неактивному стані контрольних.

Контактна система управління

Модель контактної системи управління передбачає передачу командних сигналів шляхом переміщення передпліччя. Дослідження проводились на дітях з аномаліями розвитку верхніх кінцівок в умовах, що імітують управління протезами з зовнішнім джерелом енергії.

Кінепластичний тунель як джерело управління.

На основі енерго-інформаційного принципу проводились дослідження по створенню принципіально нового типу системи управління протезами для дітей і дорослих з використанням кінепластичного тунеля. У зв‘язку з розробкою мікро датчиків різних типів дії появилась можливість розміщення їх в просвіті кінепластичного тунеля.

Порівняльна характеристика сигналів управління.

Зрівнювалась якість роботи оператора в двох варіантах: 1) при введені електродів в просвіт кінематичного тунелю; 2) при використанні поверхових електродів, що закріплювались на шкірі над кінематизованим м‘язом.

При регулюванні рівнів електричної активності у випадках використання внутрішніх електродів помилка оператора значно нижча у порівнянні з дослідами, в яких застосовували поверхневі електроди.

Проведені з позицій енерго-інформаційного принципу дослідження показали перевагу нової, що розробляється в ЛНДІП, системи управління. Очевидно, специфічні риси посилки команди-сигналів у цих умовах визначаються внутрішніми механізмами координації скорочувальної дії м‘язових елементів, що складають стінку кінематичного тунелю. При цьому мається на увазі специфіку діяльності органу управління в умовах введення додаткового каналу зворотного зв‘язку, що суттєво полегшує процес управління і можливість виконання складних точно дозованих актів.