Феноменология инерциальной кинематики в структуре формирования двигательных адаптаций

Целью исследования являлась разработка методики оценки состояния двигательной адаптации на уровне основных суставных элементов локомоторной системы при выполнении постуральных девиаций с инерциальными компонентами в группе здоровых добровольцев (n=24). Для проведения исследования использовалась технология «умного» костюма «Teslasuit» с системой инерциальных измерительных сенсоров. На основе полученных кватернионов выполнялась реконструкция виртуальной скелетной модели тела испытуемого с последующим расчетом угловых ускорений для каждого направления пространственного перемещения с последующим частотным преобразованием и выделением показателей инерциальной кинематики в частотных полосах 0,1–5, 6–10 и 11–15 Гц. Для оценки двигательных адаптивных реакций были разработаны тестовые задания: тест латеро-латеральных девиаций, тест вентро-дорзальных девиаций, тест аксиальных ротаций вокруг вертикали, тест линейных перемещений по вертикали. Все тестовые задания выполнялись с применением биологически-обратной связи. Проведенное исследование выявило наличие универсальных механизмов регуляции двигательной адаптации с активацией компонентов осевых ротаций туловища и осевых ротаций и сгибаний ведущего плечевого сустава. Вместе с этим обеспечение динамической фазы постуральной регуляции при осевых ротациях и наклонах туловища приводит к активации механизмов двигательной адаптации со стороны ведущего тазобедренного, коленного и голеностопного суставов, при этом аксиальные перемещения формируют картину кинематической стабилизации данных элементов локомоторной системы.

1. Lieber R.L., Fridén J. Functional and clinical significance of skeletal muscle architecture. Muscle Nerve. 2000;23(11):1647-66. DOI: 10.1002/1097-4598(200011)23:11<1647::aid-mus1>3.0.co;2-m.

2. Loudon J.K. Biomechanics and pathomechanics of the patellofemoral joint. Int J Sports Phys Ther. 2016;11:820-830. PMC5095937.

3. Almarwani M., Van Swearingen J.M., Perera S., Sparto P.J., Brach J.S. Challenging the motor control of walking: Gait variability during slower and faster pace walking conditions in younger and older adults. Arch. Gerontol. Geriatr. 2016;66:54-61.

4. Sawicki G.S., Sheppard P., Roberts T.J. Power amplification in an isolated muscle-tendon unit is load dependent. J Exp Biol. 2015;218(22):3700-3709. DOI: 10.1242/jeb.126235.

5. Ozinga S.J., Machado A.G., Koop M.M., Rosenfeldt A.B., Alberts J.L. Objective Assessment of Postural Stability in Parkinson’s Disease Using Mobile Technology Mobile Technology for Assessment of PD Postural Stability. Mov. Disord. 2015;30:1214-1221.

6. Lieber R.L., Fridén J. Spasticity causes a fundamental rearrangement of muscle-joint interaction. Muscle Nerve. 2002;25(2):265-270. DOI: 10.1002/mus.10036.

7. Boakes J.L., Foran J., Ward S.R., Lieber R.L. Muscle adaptation by serial sarcomere addition 1 year after femoral lengthening. Clin Orthop Relat Res. 2007;456:250-263.

8. Arnold E.M., Ward S.R., Lieber R.L., Delp S.L. A model of the lower limb for analysis of human movement. Ann Biomed Eng. 2010;38(2):269-279. DOI: 10.1007/s10439-009-9852-5.

9. Takakusaki K., Tomita N., Yano M. Substrates for normal gait and pathophysiology of gait disturbances with respect to the basal ganglia dysfunction. J Neurol. 2008;255(4):19-29. DOI: 10.1007/s00415-008-4004-4007.

10. Holt N.C., Roberts T.J., Askew G.N. The energetic benefits of tendon springs in running: is the reduction of muscle work important? J Exp Biol. 2014;217(24):4365-4371. DOI: 10.1242/jeb.112813.

11. Lieber R.L., Roberts T.J., Blemker S.S., Lee S.S.M., Herzog W. Skeletal muscle mechanics, energetics and plasticity. J Neuroeng Rehabil. 2017;14:108. DOI: 10.1186/s12984-017-0318-y PMID: 29058612.

12. Roberts T.J., Konow N. How tendons buffer energy dissipation by muscle. Exerc Sport Sci Rev. 2013;41(4):186-193. DOI: 10.1097/JES.0b013e3182a4e6d5.

13. Fukunaga T., Kubo K., Kawakami Y., Fukashiro S., Kanehisa H., Maganaris C.N. In vivo behaviour of human muscle tendon during walking. Proc Biol Sci. 2001;268(1464):229-233. DOI: 10.1098/rspb.2000.1361.

14. Gao F., Grant T.H., Roth E.J., Zhang L.Q. Changes in passive mechanical properties of the gastrocnemius muscle at the muscle fascicle and joint levels in stroke survivors. Arch Phys Med Rehabil. 2009; 90(5):819-826. DOI: 10.1016/j.apmr.2008.11.004.