הערכת בקרת יציבה והפעלת שריר הגפיים התחתוניות אצל אנשים עם חוסר יציבות כרונית בקרסול

Summary

אנשים עם חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI) להפגין חוסר שליטה יציבה והפעלת שריר מושהית של גפיים תחתונות. פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת בשילוב עם אלקטרומיוגרפיה פני השטח מספק תובנות על התיאום של מערכות חזותיות, somatosensory, ו vestibular עם ויסות הפעלת שריר כדי לשמור על יציבות יציבה אצל אנשים עם CAI.

Abstract

פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת (CDP) היא טכניקה אובייקטיבית להערכת יציבות יציבה בתנאים סטטיים ודינמיים וסטינמיות. CDP מבוסס על מודל המטוטלת ההפוך העוקב אחר הקשר בין מרכז הלחץ למרכז הכובד. CDP יכול לשמש כדי לנתח את הפרופורציות של חזון, proprioception, ותחושה שריד כדי לשמור על יציבות יציבה. הדמויות הבאות מגדירות חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI): כאבים מתמשכים בקרסול, נפיחות, תחושה של "נתינה", ונכות שדווחה על-ידי עצמם. יציבות יציבה ואת רמת הפעלת שריר סיבית אצל אנשים עם CAI ירד עקב פציעות מורכבות ברצועה בקרסול לציבי. מחקרים מעטים השתמשו CDP כדי לחקור את היציבות יציבה של אנשים עם CAI. מחקרים לחקור יציבות יציבה והפעלת שרירים קשורים באמצעות CDP מסונכרן עם אלקטרומיוגרפיה פני השטח חסרים. פרוטוקול CDP זה כולל בדיקת ארגון חושי (SOT), בדיקת בקרה מוטורית (MCT) ומבחן הסתגלות (ADT), כמו גם בדיקות המודדות עמידה חד-צדדית (ארה"ב) והגבלת היציבות (LOS). מערכת אלקטרומיוגרפיה פני השטח מסונכרנת עם CDP כדי לאסוף נתונים על הפעלת שריר הגפיים התחתונות במהלך המדידה. פרוטוקול זה מציג גישה חדשנית להערכת התיאום של מערכות חזותיות, somatosensory, שריד והפעלת שרירים קשורים כדי לשמור על יציבות יציבה. יתר על כן, הוא מספק תובנות חדשות על השליטה neuromuscular של אנשים עם CAI בעת התמודדות עם סביבות מורכבות אמיתיות.

Introduction

פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת (CDP) היא טכניקה אובייקטיבית להערכת יציבות יציבה בתנאים סטטיים ודינמיים וסטינמיות. CDP מבוסס על מודל המטוטלת ההפוך העוקב אחר הקשר בין מרכז הלחץ (COP) למרכז הכובד (COG). COG היא ההקרנה האנכית של מרכז המסה (COM), בעוד ש- COM הוא המקבילה הנקודתית של מסת הגוף הכוללת במערכת ההתייחסות הגלובלית. COP הוא המיקום הנקודתי של וקטור כוח התגובה הקרקעית האנכית. הוא מייצג ממוצע משוקלל של כל הלחצים על פני השטח של אזור המגע עם הקרקע^1. יציבות יציבה היא היכולת לשמור על COM בתוך בסיס התמיכה בסביבה חושית נתונה. הוא משקף יכולת שליטה עצבית-שרירית שמתאמת את מערכת העצבים המרכזית עם מערכת החושית האדישה (ראייה, תפיסה ותחושת^{שריד) ופלט פיקוד}מוטורי 2 .

שיטות הערכה קודמות לבקרת יציבה, כגון הזמן לתנוחות של רגל אחת ומרחק התפוצה לבדיקות איזון Y, מונחות תוצאות ולא ניתן להשתמש בהן כדי להעריך באופן אובייקטיבי את הקואורדינציה בין מערכות חושיות^{ובקרה מוטורית 3}. בנוסף, חלק מהמחקרים השתמשו בלוח מתנדנד ממוחשב נייד, אשר כימת ביצועי איזון^{דינמיים מתוך הגדרות מעבדה 4,5,6}. CDP שונה משיטות הבדיקה הנ"ל, כי זה יכול להיות מיושם על ניתוח של חלק הראייה, proprioception, ותחושה שריד בתחזוקת יציבות יציבה ועל הערכה של חלקה של אסטרטגיה מוטורית, כגון קרסול או אסטרטגיה דומיננטית ירך. הוא נתפס כסטנדרט זהב למדידת בקרת יציבה⁷ בשל הדיוק, האמינות והתוקף^{שלו 8}.

חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI) מאופיין בכאבים מתמשכים בקרסול, נפיחות ותחושה של "נתינה"; זוהי אחת מפציעות הספורט הנפוצות ביותר⁹. CAI מקורו בעיקר נקעים בקרסול לחוץ, אשר להרוס את היושרה והיציבות של תסביך הרצועה לחוץ בקרסול. ההתרבבטות, כוח השריר הפיבוטי והמסלול הרגיל של הטלוס נפגעים^10,,11. הליקויים של קטע הקרסול החלש יכול לגרום לבקרת יציבה לקויה והפעלת שרירים אצל אנשים עם CAI¹². עם זאת, מחקרים מעטים חקרו את היציבות היציתית של אנשים עם CAI באמצעות CDP^3,13. מדידות נוכחיות לעתים נדירות יכול לנתח את חוסר בקרת היציבה של CAI מנקודת המבט של ניתוח חושי. לכן, היכולת של ארגון חושי ואסטרטגיית יציבה של CAI כדי לשמור על יציבות יציבה צריך מחקר נוסף.

פעילות שרירים היא מרכיב חשוב של שליטה עצבית-שרירית המשפיעה על הרגולציה של יציבות^{יציבה 14,15}. עם זאת, CDP רק מנטר את יחסי הגומלין בין COP ו COG באמצעות לוחות כוח, ואת היישום שלה להתבוננות של רמת ההפעלה הספציפית של שרירי הגפיים התחתונות אצל אנשים עם CAI קשה. כיום, מחקרים מעטים העריכו את היציבות היציתית של אנשים עם CAI באמצעות שיטה המשלבת CDP עם אלקטרומיוגרפיה (EMG).

לכן, הפרוטוקול שפותח שואף לחקור שליטה יציבה ופעילות שרירים קשורה על ידי שילוב CDP ומערכת אלקטרומיוגרפיה פני השטח (sEMG). פרוטוקול זה מספק גישה חדשנית לחקור שליטה עצבית-שרירית, כולל ארגון חושי, בקרת יציבה ופעילות שרירים קשורה, עבור משתתפים עם CAI.

Protocol

לפני הבדיקות חתמו המשתתפים על הסכמה מושכלת לאחר שקיבלו מידע על התהליך הניסיוני. ניסוי זה אושר על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת שנגחאי לספורט.

1. הגדרת ציוד

1. הפעל את מערכת CDP, כיול עצמי מלא, וודא שהמכשיר פועל כרגיל בתדר דגימה של 100 הרץ.
   הערה: כל אחת משתי לוחיות הכוח העצמאיות המותקנות מודדת שלושה כוחות (Fx, Fy ו-Fz) ושלושה רגעים (Mx, My ו-Mz). ציר ה-x נמצא בכיוון שמאל-ימין והוא ניצב אל מישור הקשת. ציר ה-Y נמצא בכיוון קדימה-אחורה והוא ניצב על מישור הקורונה. ציר ה-z ניצב אל הישור האופקי. המקורות ממוקמים במרכזי לוחיות הכוח.
2. לחץ פעמיים על מערכת מנהל איזון | מודולקליני ולאחר New Patient מכן לחץ על מטופל חדש ותבסס את מזהה המטופל. בחר מבחן ארגון חושי, עמידה חד-צדדית, גבולות יציבות, בדיקת בקרה מוטורית ובמבחן הסתגלות.
   הערה: נתונים דמוגרפיים כאלה משמשים גם לניתוח אבחון נורמטיבי התום לגיל.
3. הפעל את מערכת האלקטרומיוגרפיה (sEMG) של פני השטח ולחץ פעמיים על סמל כלי תנועה EMG. ציין את אות הגורם המפעיל כגורם מפעיל (עצירה ידנית),צור את מזהה המשתתף והתאים את השרירים הנמדדים לאלקטרודה האלחוטית. השרירים של גפה תחתון לא יציב הם vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), שרירי femoris (BF), טיביאלי קדמי (TA), לונגוס peroneal (PL), גסטרוקנמיוס מדיאליס (GM), ו גסטרוקנמיוס lateralis (GL).
   הערה: צירוף המילים Trigger In (עצירה ידנית) מציין כי CDP מפעיל את מערכת sEMG כדי ללכוד נתוני EMG במהלך בדיקות, אך הדגל "סיום" דורש לחיצה ידנית כדי לעצור את הרכישה.
4. חבר את מערכת sEMG עם מערכת CDP באמצעות קו הסינכרון. כוונן את המצלמה של מערכת sEMG כדי ללכוד את נורית מחוון האות של מערכת CDP.
   הערה: הווידאו של נורית מחוון נאסף באופן סינכרוני עם מערכת CDP ו sEMG כדי לחתוך את המחזור המתאים של EMG בהתאם לבדיקות CDP. "אור דוהר" מציין שהבדיקה מתבצעת, ו-"light off" מציין שהבדיקה מושהית/נעצרת.

2. בחירת משתתף והכנה

1. השתמש בקריטריונים הבאים להכללה עבור משתתפי CAI: (1) 35 משתתפים גברים עם פעילות יומית סדירה, לא כולל ספורטאים מקצועיים או משתתפים בישיבה; (2) בני 20-29; (3) היסטוריה של נקע אחד משמעותי לפחות בקרסול, ונקע ראשוני כנראה התרחש לפחות 12 חודשים לפני ההרשמה למחקר; (4) תחושות של "מתן" של מפרק הקרסול הפצוע ו /או נקע חוזר ו / או "תחושה של חוסר יציבות;" ו (5) ציון שאלון כלי אי יציבות קרסול Cumberland של פחות מ 24^{נקודות 16}.
   1. לא לכלול משתתפים עם היסטוריה של נקעים דו-צדדיים, שבר בגפיים התחתונות, ניתוח, מחלות מערכת העצבים והורידיות, או אלרגיה להדבקה. בנוסף, גייסו 35 משתתפים גברים ללא CAI, שהנתונים הדמוגרפיים שלהם תואמים לקבוצת CAI, כקבוצה הבקרה.
2. להכנה, לתקן את חתיכת האלקטרודה על הבטן של השרירים המדודים. הנחו את המשתתפים ללבוש רתמת בטיחות ולעמוד יחפים על לוחות הכוח כדי להתמודד עם הסביבה החזותית.
   1. כוונן את יישור כפות הרגליים על לוחות הכוח. יישר את ה- malleolus medialis עם הקו האופקי והקצה הרוחבי של כף הרגל עם קו הגובה המתאים שנוצר על-ידי המחשב (S, M ו- T). כבה את המסך המוטבע סראונד חזותי (איור 1).
      הערה: קווים מנחים אלה מבוססים על הגבהים הבאים. "S" פירושו "קטן" וכולל גבהים הנעים בין 76 ס"מ ל-140 ס"מ. "M" פירושו "בינוני" וכולל גבהים הנעים בין 141 ס"מ ל-165 ס"מ. "T" פירושו "גבוה" וכולל גבהים הנעים בין 166 ס"מ ל-203 ס"מ. המסך עשוי להפיק אפקטי למידה, מכיוון שהוא יכול לספק משוב חזותי בזמן אמת. לכן, המסך צריך להישאר סגור במהלך הבדיקה, למעט במהלך מגבלת היציבות (LOS) מבחן¹⁷.

איור 1: הכנת משתתף למדידה. המשתתפים עומדים זקוף יחפים כדי להתמודד עם הסביבה החזותית, ללבוש רתמת בטיחות, ליישר כראוי את רגליהם עם לוחות הכוח, ולתקן את אלקטרודות EMG אלחוטי על רגליהם. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

3. הליכי מדידה

1. מדידת CDP
   1. מבחן ארגון חושי
      1. הנחה את המשתתפים לעמוד זקוף ולשמור על ה-COG שלהם יציב ככל האפשר כדי להתמודד עם ההפרעה מחזון, somatosensory, ותחושה שריד (ביניח או בשילוב)(טבלה 1). השלם את מידות התנאים 1-6. כל בדיקה נמשכת 20 שניות. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל תנאי.
   2. עמדה חד-צדדית
      1. הנחו את המשתתפים למקם את ידיהם על עמוד השדרה העליון הקדמי בעיניים פקוחות/עצומות. תחשיב את הצד הלא יציב בקרסול כרגל התמיכה. להאריך באופן מלא את מפרק הברך שלהם, ולכופף את הברך של הרגל הלא תומכת שלהם על ידי כ 30 מעלות. לאפשר למשתתפים להישאר עומדים בייצבות במשך 10 שניות. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל מצב חזותי.
   3. הגבלת יציבות
      1. הנחה את המשתתפים לשמור על ה-COG שלהם באזור המרכז. לאחר שמיעת הטבעת, להישען על גופם ולהזיז COG שלהם במהירות לתוך המסגרת המקודדת במסך. הנחה את המשתתפים להישאר יציבים במשך 10 שניות. השלם את שמונת ההתנוגים הכיווניים של ה-COG שלהם (קדימה, קדימה-ימינה, ימין, אחורה, אחורה, שמאלה ושמאל-קדימה).
         הערה: בתהליך של הסטת COG, הגוף נשמר ישר, העקב או הבהונות אינם רחוקים מהצלחות הכוח, ומפרק הירך אינו כפוף.
   4. בדיקת בקרה מוטורית
      1. הנחה את המשתתפים להגיב ביעילות כדי לשקם את יציבות הגוף ולהתמודד עם ההחלקה הבלתי צפויה של לוחות הכוח. חזור על ההליך שלוש פעמים עבור כל תנאי החלקה.
         הערה: לוחות הכוח מחליקים עם משרעת קטנה/בינונית/גדולה בכיוון הקדמי/אחורי. על פי גובה המשתתף, משרעת החלקה של לוחות הכוח מותאמת באופן אוטומטי. יש לבצע הליכים סטנדרטיים כדי ליישר את מיקום כף הרגל על לוחות הכוח. עיכוב אקראי קיים בין ניסויים.
   5. בדיקת הסתגלות
      1. הנחה את המשתתפים להגיב ביעילות כדי לשקם את יציבות הגוף ולהתמודד עם חמש סיבובים בלתי צפויים רצופים במהירות של 20°/s. כוון את ההונות כלפי מעלה או כלפי מטה.

תנאי	העיניים	לוחות כוח	סראונד חזותי	הפרעה	תגובה צפויה
1	לפתוח	לתקן	לתקן		חוש סומטוס
2	קרוב	לתקן	לתקן	חזון	חוש סומטוס
3	לפתוח	לתקן	הפניה לתנוע	חזון	חוש סומטוס
4	לפתוח	הפניה לתנוע	לתקן	חוש סומטוס	חזון, שריד
5	קרוב	הפניה לתנוע	לתקן	חוש סומטוס, חזון	וסטיבל (119)
6	לפתוח	הפניה לתנוע	הפניה לתנוע	חוש סומטוס, חזון	וסטיבל (119)

טבלה 1: הפרעות שונות ותגובה צפויה מתאימה במבחן הארגון החושי. משמעות המונח "הפניה מתנדנדת" היא שהתנועה של לוחות הכוח וההקף החזותי עוקבת אחר ההתנדנדות של המשתתף ב-COG.

2. sEMG מדידה ותהליך נתונים
   1. לאחר הפעלת מערכת CDP במהלך SOT, ארה"ב, לוס, MCT ו ADT, להתחיל רכישה אוטומטית של נתונים גולמיים פעילות שרירים בגפיים התחתונות. הפסק את הרכישה באופן ידני במהלך מערכת sEMG כאשר האור כבוי. גודל המדגם הוא 1000 הרץ.
   2. הזן את חלון העיבוד של תוכנת sEMG. יבא את קובץ C3D של הנתונים הגולמיים EMG וקובץ mp4 של וידאו אור. תחתוך את מחזור הניסיון כשהאור דול.
   3. בפעולות "צינור עיבוד", כלול את האפשרויות הבאות בצינור הריצה: מסנן Butterworth עם מעבר נמוך (450 הרץ, 2. סדר) ו-high-pass (20 הרץ, 2. סדר); מסנן חריץ ב- 50 הרץ; ושורשי אומר חלון החלקה מרובע של 100 ms.
      הערה: בחר את המסנן Butterworth עם מעבר נמוך (450 הרץ, 2. סדר) ו-high-pass (20 הרץ, 2. Order) כדי לסנן רכיבים לא רצויים בתדר נמוך ובתדירות גבוהה. הגדר את מסנן חריץ ב- 50 הרץ כדי להסיר הפרעות של 50 הרץ מהחשמל הראשי. השתמש בחלון החלקה מרובע ממוצע של 100 ms כדי להחליק את האות הנויר.
   4. באפשרויות צור אירועים, כלול את האירועים הבאים בצבר ההפעלה. "שריר ים" מוגדר כ"כל הערוצים לעבור מעל 5x סטיות תקן רעש בסיסי עבור לפחות 50 ms". "שריר כבוי" מוגדר כ"כל הערוצים לרדת מתחת 5x סטיות תקן מעל הבסיס עבור לפחות 50 ms ".
   5. באפשרויות יצירת פרמטרים, כלול את הפרמטרים הבאים בצבר הריצה: אלקטרומיוגרפיה אינטגרלית (iEMG); ריבוע משמעות שורש (RMS); תדר הספק מתכוון (MPF); תדר בינוני (MDF); ויחס הפעלה-שיתוף.
      הערה: להלן נוסחאות החישוב שאליו בוצעה הפניה עבור הפרמטרים לעיל (משוואות 1-4):
      
      
      
      
   6. נרמל את ערכי RMS של ניסויי SOT, ארה"ב, לוס, MCT ו- ADT עם ערכי RMS של התכווצות איזומטרית מרצון מרצון (MVIC) עבור כל שריר (משוואה 5).
      
      הערה: MVIC מציין את התכווצות הכוח המרבית של כל שריר עבור המשתתפים ביתנוחה הסטנדרטית עבור 5 שניות (קובץ משלים 1)¹⁸.

תוצאות

תוצאות CDP מייצגות
מבחן ארגון חושי
המערכת מעריכה את יכולתו של המשתתף לשמור על COG באזור היעד המוכן מראש, כאשר הסביבה משתנה כקלט האות ההיקפי. ציון שיווי משקל (ES) הוא הציון בתנאים 1-6 המשקף את היכולת לתאם את המערכת החושית כדי לשמור על יציבות יציבה (משוואה 6). הציון

Discussion

הפרוטוקול המוצג משמש כדי למדוד שליטה יציבה דינמית ופעילות שרירים קשורה באנשים עם CAI על ידי סינכרון CDP עם sEMG. CDP עוקב אחר המסלול של COP ו-COG ומספק תובנה לגבי האינטראקציה בין מידע חושי (תחושה חזותית, סמטוסנסית ותחושה שריד) לבין הסביבה^{החיצונית 8,21,22}

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
NeuroCom Balance Manager SMART EquiTest	Natus Medical Incorporated, USA		Its major components include: NeuroCom Balance Manager Software Suite, dynamic dual force plate (rotate & translate), moveable visual surround with 15” LCD display (it could provide a real time display of the subject’s center of gravity shown as a cursor during the task) and illumination, overhead support bar with patient harness, computer and other parts.
wireless Myon 320 sEMG system	Myon AG		The system consists of 16 parallel channels of transmitter signals, receiver, "EMG motion Tools" and "ProEMG" software,computer and other parts.