Summary
Лица с хронической нестабильностью лодыжки (CAI) проявляют дефицит постурального контроля и задержку мышечной активации нижних конечностей. Компьютеризированная динамическая постурография в сочетании с поверхностной электромиографией дает представление о координации зрительных, соматосензорных и вестибулярной систем с регуляцией активации мышц для поддержания постуральной стабильности у людей с CAI.
Abstract
Компьютеризированная динамическая постурография (CDP) является объективным методом оценки постуральной стабильности в статических и динамических условиях и возмущениях. CDP основан на перевернутой модели маятника, которая прослеживает взаимосвязи между центром давления и центром тяжести. CDP может быть использован для анализа пропорций зрения, проприоцепции и вестибулярных ощущений для поддержания постуральной стабильности. Следующие символы определяют хроническую нестабильность лодыжки (CAI): постоянные боли в лодыжке, отек, чувство "удавая дорогу", и самостоятельно сообщил инвалидности. Постуральная стабильность и фибулярный уровень активации мышц у людей с CAI снизилась из-за боковой связки лодыжки сложных травм. Немногие исследования использовали CDP для изучения постуральной стабильности людей с CAI. Исследования, которые исследуют постуральной стабильности и связанных с ними активации мышц с помощью синхронизированных CDP с поверхностной электромиографии отсутствуют. Этот протокол CDP включает в себя тест сенсорной организации (SOT), тест на управление двигателем (MCT) и тест на адаптацию (ADT), а также тесты, которые измеряют одностороннюю позицию (США) и предел стабильности (LOS). Поверхностная электромиографическая система синхронизирована с CDP для сбора данных об активации мышц нижних конечностей во время измерения. Этот протокол представляет собой новый подход для оценки координации зрительных, соматосензорных и вестибулярной систем и связанных с ними активации мышц для поддержания постуральной стабильности. Кроме того, он предоставляет новые идеи в нервно-мышечного контроля лиц с CAI при борьбе с реальными сложными средами.
Introduction
Компьютеризированная динамическая постурография (CDP) является объективным методом оценки постуральной стабильности в статических и динамических условиях и возмущениях. CDP основан на перевернутой модели маятника, которая прослеживает взаимосвязи между центром давления (COP) и центром тяжести (COG). COG является вертикальной проекцией центра массы (COM), в то время как COM является точечным эквивалентом общей массы тела в глобальной справочной системе. КС является точечным расположением вертикального вектора силы наземной реакции. Он представляет собой средневзвешенное значение всех давлений над поверхностью зоны контакта с землей1. Постуральная стабильность – это способность поддерживать КОМ в рамках поддержки в данной сенсорной среде. Он отражает способность нервно-мышечного контроля, который координирует центральную нервную систему с афферентной сенсорной системы (зрение, проприоцепция, и вестибулярные ощущения) и двигатель командывыход 2.
Предыдущие методы оценки для постурального контроля, такие как время для одноногий позиции и расстояние досягаемости для Y-баланс испытаний, являются ориентированными на результаты и не могут быть использованы для объективной оценки координации между сенсорными системами и управлениядвигателем 3. Кроме того, в некоторых исследованиях использовалась портативная компьютеризированная доска колебания, которая количественно анализирует динамические показателибаланса из лабораторных настроек 4,,5,,6. CDP отличается от вышеупомянутых методов тестирования, потому что он может быть применен к анализу доли зрения, проприоцепции и вестибулярных ощущений в постуральном поддержании стабильности и к оценке доли моторной стратегии, такой как стратегия доминирующей лодыжки или бедра. Он рассматривается как золотой стандарт для измерения постурального контроля7 из-за его точности, надежности и достоверности8.
Хроническая нестабильность лодыжки (CAI) характеризуется постоянной боли в лодыжке, отек, и чувство "удавая дорогу"; это один из наиболее распространенных спортивных травм9. CAI происходит в основном от бокового растяжения связок лодыжки, которые разрушают целостность и стабильность бокового комплекса связок голеностопного сустава. Проприоцепция, фибулярной мышечной силы, и нормальная траектория талусанарушаются 10,11. Недостатки слабого сегмента лодыжки может привести к дефициту постурального контроля и активации мышц у людей с CAI12. Тем не менее, несколько исследований исследовали постуральной стабильности лиц с CAI с помощью CDP3,13. Текущие измерения редко могут анализировать дефицит контроля осанки CAI с точки зрения сенсорного анализа. Поэтому способность сенсорной организации и постуральной стратегии CAI поддерживать постуральной стабильности нуждается в дальнейшем исследовании.
Мышечная активность является важным компонентом нервно-мышечного контроля, который влияет на регуляциипостуральной стабильности 14,15. Тем не менее, CDP контролирует только взаимосвязи между КС и COG через силовые пластины, и его применение для наблюдения конкретного уровня активации мышц нижних конечностей у людей с CAI трудно. В настоящее время несколько исследований оценили постуральной стабильности лиц с CAI с помощью метода, который сочетает CDP с электромиографией (EMG).
Таким образом, разработанный протокол направлен на изучение постурального контроля и связанной с ним мышечной активности путем объединения CDP и поверхностной электромиографической системы (sEMG). Этот протокол обеспечивает новый подход для исследования нервно-мышечного контроля, в том числе сенсорной организации, постурального контроля и связанной с ними мышечной активности, для участников с CAI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Перед тестами участники подписали информированное согласие после получения информации об экспериментальном процессе. Этот эксперимент был одобрен комитетом по этике Шанхайского университета спорта.
1. Установка оборудования
- Включите систему CDP, полную самокалибровку и убедитесь, что прибор работает нормально на частоте отбора проб 100 Гц.
ПРИМЕЧАНИЕ: Каждый из двух установленных независимых силовых пластин измеряет три силы (Fx, Fy и Fz) и три момента (Mx, My и Mz). X-ось находится в левом-правом направлении и перпендикулярна сагиттарной плоскости. Y-ось находится в направлении вперед-назад и перпендикулярно корональной плоскости. z-ось перпендикулярна горизонтальной плоскости. Происхождение расположено в центрах силовых пластин. - Система менеджера баланса с двойным нажатием кнопки (ru) Клиническиймодуль , а затем нажмите Новый пациент и установить идентификатор пациента. Ввод точного роста, веса и возраста. Выберите тест сенсорной организации, одностороннюю позицию, пределы стабильности, тест на управление двигателем и тест на адаптацию.
ПРИМЕЧАНИЕ: Такие демографические данные также используются для возрастного нормативно-диагностического анализа. - Включите систему электромиографии поверхности (sEMG) и дважды нажмите значок EMG Motion Tools. Укажите триггерный сигнал как Trigger In (Manual Stop),установите идентификатор участника и сопривести измеренные мышцы с беспроводным электродом. Мышцы нестабильной нижней конечности vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), бицепс феморис (BF), tibialis передней (TA), перонеальный longus (PL), gastrocnemius medialis (GM), и gastrocnemius lateralis (GL).
ПРИМЕЧАНИЕ: Фраза Trigger In (Manual Stop) указывает на то, что CDP запускает систему sEMG для захвата данных EMG во время тестов, но флаг «конец» требует ручного нажатия, чтобы остановить приобретение. - Подключите систему sEMG к системе CDP через линию синхронизации. Отрегулируйте камеру системы sEMG, чтобы зафиксировать индикатор сигнала системы CDP.
ПРИМЕЧАНИЕ: Видео индикатора света собирается синхронно с системой CDP и sEMG, чтобы сократить соответствующий цикл EMG в соответствии с тестами CDP. "Light on" указывает на то, что тест продолжается, а "выключение света" указывает на то, что тест приостановлен/остановлен.
2. Отбор участников и подготовка
- Используйте следующие критерии включения для участников CAI: (1) 35 мужчин-участников с регулярной повседневной деятельностью, за исключением профессиональных спортсменов или сидячих участников; (2) 20-29 лет; (3) история по крайней мере одного значительного растяжения связок голеностопного сустава, и первоначальное растяжение связок должно произойти по крайней мере за 12 месяцев до зачисления в исследование; (4) чувство "отдать" из травмированного голеностопного сустава и / или периодические растяжения связок и / или "чувство нестабильности;" и (5) Камберленд лодыжки Нестабильности Инструмент вопросник оценка менее 24баллов 16.
- Исключите участников с историей двусторонних растяжений, перелома нижних конечностей, операции, заболеваний нервной и вестибулярной системы или аллергии на ленты. Кроме того, набрать 35 мужчин-участников без CAI, чьи демографические данные совпадают с группой CAI, в качестве контрольной группы.
- Для подготовки зафиксните кусок электрода на животе измеренных мышц. Проинструктируйте участников носить ремень безопасности и стоять босиком на силовых пластинах лицом к визуальному окружению.
- Отрегулируйте выравнивание ног на силовых пластинах. Выровняйте malleolus medialis с горизонтальной линией и боковой кромке стопы с соответствующей компьютерной линией высоты (S, M и T линий). Выключите экран, встроенный в визуальное окружение(рисунок 1).
ПРИМЕЧАНИЕ: Эти руководящие принципы основаны на следующих высотах. "S" означает "маленький" и включает в себя высоту от 76 см до 140 см. "М" означает "средний" и включает в себя высоту от 141 см до 165 см. "Т" означает "высокий" и включает в себя высоту от 166 см до 203 см. Экран может производить эффект обучения, потому что он может обеспечить в режиме реального времени визуальную обратную связь. Таким образом, экран должен оставаться закрытым во время теста, за исключением предела стабильности (LOS) тест17.
- Отрегулируйте выравнивание ног на силовых пластинах. Выровняйте malleolus medialis с горизонтальной линией и боковой кромке стопы с соответствующей компьютерной линией высоты (S, M и T линий). Выключите экран, встроенный в визуальное окружение(рисунок 1).
Рисунок 1: Подготовка участников к измерению. Участники стоят в вертикальном положении босиком лицом к визуальному окружению, носят ремни безопасности, правильно выравнивают ноги с силовыми пластинами и фиксируют беспроводные электроды ЭМГ на ногах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
3. Процедуры измерения
- Измерение CDP
- Тест сенсорной организации
- Проинструктируйте участников стоять в вертикальном положении и держать их COG как можно более стабильным, чтобы справиться с помехами от зрения, соматосензорные и вестибулярные ощущения (потихоть или вместе взятые) (Таблица 1). Завершите измерения условий 1-6. Каждый тест длится 20 с. Повторите процедуру трижды для каждого условия.
- Односторонняя позиция
- Поручите участникам подать руку на передний верхний подвих позвоночника с открытыми/закрытыми глазами. Рассмотрим нестабильную сторону лодыжки в качестве опорной ноги. Полностью расширить коленный сустав, и согнуть колено их не поддерживающей ноги примерно на 30 ". Позвольте участникам оставаться в положении "стоять" на 10 с. Повторите процедуру трижды для каждого визуального состояния.
- Предел стабильности
- Поручите участникам поддерживать свой COG в центральной части. Услышав кольцо, наклонить их тело и быстро перенести их COG в целевой кадр на экране. Поручить участникам оставаться стабильными в течение 10 с. Завершите восемь направленных сдвигов coG (вперед, вперед-справа, справа, назад, назад, назад-слева, слева и слева вперед).
ПРИМЕЧАНИЕ: В процессе смещения COG, тело держится прямо, пятки или ног не далеко от силовых пластин, и тазобедренный сустав не согнут.
- Поручите участникам поддерживать свой COG в центральной части. Услышав кольцо, наклонить их тело и быстро перенести их COG в целевой кадр на экране. Поручить участникам оставаться стабильными в течение 10 с. Завершите восемь направленных сдвигов coG (вперед, вперед-справа, справа, назад, назад, назад-слева, слева и слева вперед).
- Тест на управление двигателем
- Поручить участникам эффективно реагировать на восстановление стабильности организма и справиться с неожиданным скольжением силовых пластин. Повторите процедуру трижды для каждого состояния скольжения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Силовые пластины поскользнулся с небольшой / средней / большой амплитуды в передней / задней направлении. В зависимости от высоты участника, амплитуда скольжения силовых пластин автоматически регулируется. Стандартные процедуры должны соблюдаться, чтобы выровнять положение ноги на силовых пластинах. Между испытаниями существует случайная задержка.
- Поручить участникам эффективно реагировать на восстановление стабильности организма и справиться с неожиданным скольжением силовых пластин. Повторите процедуру трижды для каждого состояния скольжения.
- Тест на адаптацию
- Поручить участникам эффективно реагировать на восстановление стабильности организма и справиться с пятью последовательными неожиданными вращениями со скоростью 20 евро/с. Навемить натыки вверх или вниз.
- Тест сенсорной организации
| Состояние | Глаза | Силовые пластины | Визуальное окружение | Вмешательства | Ожидаемый ответ |
| 1 | Открыть | Исправить | Исправить | Соматосензори | |
| 2 | Закрыть | Исправить | Исправить | Видение | Соматосензори |
| 3 | Открыть | Исправить | Суэй-справка | Видение | Соматосензори |
| 4 | Открыть | Суэй-справка | Исправить | Соматосензори | Зрение, вестибулярный |
| 5 | Закрыть | Суэй-справка | Исправить | Соматосенсорий, зрение | Вестибулярного |
| 6 | Открыть | Суэй-справка | Суэй-справка | Соматосенсорий, зрение | Вестибулярного |
Таблица 1: Различные помехи и соответствующий ожидаемый ответ в сенсорной организации теста. Термин "sway-referenced" означает, что движение силовых пластин и визуального окружения следует за влиянием COG участника.
- процесс измерения и передачи данных sEMG
- После запуска системой CDP во время SOT, США, LOS, MCT и ADT, начать автоматическое приобретение нижних конечностей мышечной активности необработанных данных. Вручную остановить приобретение во время sEMG системы, когда свет выключен. Размер выборки составляет 1000 Гц.
- Войдите в окно обработки программного обеспечения sEMG. Импорт C3d файл EMG необработанных данных и mp4 файл светового видео. Вырежьте пробный цикл, когда свет на.
- В операциях «конвейера обработки» включите следующие параметры в конвейере: фильтр Баттерворта с низким проходом (450 Гц, 2. Заказ) и высокого прохода (20 Гц, 2. Заказ); выемка фильтра на 50 Гц; и корень означает квадратное сглаживание окна 100 мс.
ПРИМЕЧАНИЕ: Выберите фильтр Баттерворт с низким проходом (450 Гц, 2. Заказ) и высокого прохода (20 Гц, 2. Заказ), чтобы отфильтровать нежелательные низкочастотные и высокочастотные компоненты. Установите фильтр выемки на 50 Гц, чтобы удалить 50 Гц помехи от основной мощности. Используйте корень означает квадратное сглаживание окна 100 мс, чтобы сгладить шумный сигнал. - В опциях Generate Events включите следующие события в конвейере запуска. "muscle on" определяется как "все каналы идут выше 5x базовых отклонений стандарта шума, по крайней мере 50 мс". "muscle off" определяется как "все каналы опускаются ниже стандартных отклонений 5x по крайней мере на 50 мс".
- В параметры Generate Parameters включите следующие параметры в конвейере: интегральная электромиография (iEMG); корневой средний квадрат (RMS); средняя частота мощности (MPF); среднечастотная частота (MDF); и коэффициент совместной активации.
ПРИМЕЧАНИЕ: Ниже приведены формулы расчетов для вышеуказанных параметров (Equations 1-4):
- Нормализация значений RMS испытаний SOT, US, LOS, MCT и ADT с значениями RMS максимального добровольного изометрического сокращения (MVIC) для каждой мышцы (Equation 5).
ПРИМЕЧАНИЕ: MVIC указывает на максимальное сокращение силы каждой мышцы для участников стандартной осанки для 5 s (Дополнительный файл 1)18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Представитель CDP Результаты
Тест сенсорной организации
Система оценивает способность участника поддерживать COG в заданной целевой области, когда среда изменяется по мере ввода периферийного сигнала. Равновесие оценка (ES) является оценка в условиях 1-6, что отражает способность координировать сенсорной системы для поддержания постуральной стабильности (Equation 6). Композитный балл (COMP) является средневзвешенной оценкой всех условий. Большое внимание уделяется сложным условиям 4, 5 и 6. Композитный балл рассчитывается путем независимого усреднения равновесных баллов для условий SOT1 и SOT2, путем добавления этих двух баллов к равновесным баллам от каждого из трех испытаний состояния SOT 3 до SOT 6, и путем деления суммы на общее количество выполненныхиспытаний 19,20. На рисунках зеленые полосы указывают на то, что участник может лучше координировать свои три сенсорные системы и реагировать более эффективно, чем их возрастной нормативный контрапункт в наборе данных. Красные полосы указывают на то, что способность сенсорной организации участника хуже, чем у их возрастного нормативного контрапункта в наборе данных(рисунок 2A).
ПРИМЕЧАНИЕ: Теоретический максимальный передний-задний смещения направления COG для здорового взрослого составляет 12,5 ". θ указывает на угол влияния COG. Равновесный диапазон баллов составляет 0-100. Оценка 0 указывает на потерю равновесия. Оценки, близкие к 100, указывают на то, что участник имеет хорошую функцию баланса.
Сенсорный анализ Оценка: Система координирует участие пропорции зрения, проприоцепции и вестибулярных ощущений в шести условиях и выведения степени зависимости от зрения (VIS), проприоцепции (SOM)и вестибюля (VEST) в процессе поддержания постуральной стабильности (Equations 8-10). Появление красной планки указывает на то, что участник не может использовать сенсорные ощущения VIS/SOM/VEST для поддержания баланса. Визуальные предпочтения (PREF) указывают на способность игнорировать неправильную визуальную информацию в противоречивой среде визуального вмешательства (Equation 11). Появление красной планки указывает на то, что участник полагается на визуальную информацию для поддержания баланса даже при неправильной визуальной информации(рисунок 2B).
Оценка стратегии: Система экспортирует стратегический балл (STR) в соответствии с взаимосвязями COG и COP в процессе поддержания стабильности. STR около 100 указывает на использование высокой доли лодыжки стратегии. Оценка STR, близкая к 0, указывает на использование высокой доли стратегии тазобедренного сустава. Отметки условий 1-6 близко к правой стороне квадранта указывают на доминирование стратегии лодыжки; те, кто близко к левой стороне указывают на доминирование хип стратегии (рисунок 2C).
Выравнивание COG: Местоположение COG изменяется в виде координат при каждом условии(рисунок 2D).
Рисунок 2: Репрезентативный результат для участников CAI во время SOT. (A)Графическое представление равновесия и композитных баллов. (B)Графическое представление результатов сенсорного анализа. (C)Графическое представление результатов анализа стратегии. (D)Графическое представление результатов выравнивания COG. В графических результатах SOT, США, LOS, MCT и ADT, твердые зеленые полосы представляют результаты в нормальном диапазоне. Твердые красные полосы представляют результаты из нормального диапазона. Полосатые бары представляют собой повторный тест. Серые области представляют собой ненормальный диапазон данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Односторонняя позиция
Скорость влияния COG (К/с) во время односторонней позиции экспортируется. Появление красной планки указывает на то, что способность поддерживать одно позиционую стабильность хуже, чем обычно. Разница влево/вправо (%) указывает на сравнение общего качели между левой и правой ногами(рисунок 3).
Рисунок 3: Скорость колебания COG для участников с CAI во время США с открытыми глазами /закрытыми (к/с).
Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Лос
LOS является лучшим добровольным измерением движения в системе CDP. Тест LOS оценивает время реакции, скорость движения, воспринимаемую способность к LOS и способность управления движением. Экспортируются следующие переменные:
Время реакции (RT) (ы): Время между отправкой сигнала движения и началом движения тела. Появление красной планки указывает на задержку времени реакции(рисунок 4A).
Скорость движения (MVL): Средняя скорость от 5% до 95% от начальной точки до цели. Появление красного бара указывает на то, что средняя скорость гравитации медленнее, чем обычно(рисунок 4B).
Экскурсии по конечной точке (EPE) (%): Расстояние движения COG от начальной точки до конечной точки. Появление красной планки указывает на то, что расстояние движения COG не достигает нормального диапазона(рисунок 4C).
Максимальные экскурсии (MXE) (%): Максимальное расстояние движения COG. Появление красного бара указывает на то, что максимальная экскурсия COG не достигает нормального диапазона(рисунок 4C).
Направленный контроль (DCL) (%): Количество движения в направлении, за вычетом количества внеосевого движения(рисунок 4D).
Рисунок 4: Представительный результат для участников с CAI во время LOS. (A)Графическое представление результата времени реакции (ы). (B)Графическое представление результатов скорости движения (К/с). (C)Графическое представление конечных точек и максимальных результатов экскурсий (%). (D)Графическое представление результатов направленного контроля (%). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Тест на управление двигателем: Используйте этот тест для оценки способности участника производить эффективный двигательный ответ и восстановить стабильность COG, чтобы справиться с внезапным передним задним смещением силовых пластин.
Симметрия веса: Это относится к весовому распределению обеих ног. Появление красного бара указывает на асимметричный вес левой и правой ног(рисунок 5A). Бары показывают компьютерное подтверждение. Если это значение является низким (≤2), то задержка является ненормальным. Если это значение 0, то ответ отсутствует и нуждается в повторном тестировании.
Задержка (мс): Время отклика от движения силовых пластин давления к движению КС. (1) Появление красной планки в односторонней стороне во время перемещения вперед/назад может быть связано с односторонней ортопедической травмой. (2) Появление красной планки в двусторонних сторонах во время перемещения вперед/назад может свидетельствовать о возникновении повреждений в шипучивой ветви длинного пути циркуляции. (3) Появление красной планки в двусторонних сторонах во время перемещения вперед и назад может быть связано с периферической невропатией, заболеваниями позвоночника, рассеянным склерозом и стволом мозга/ корковойпатологией (рисунок 5B).
Амплитута масштабирования: Это сила, оказываемая на силовую пластину ногой в ответ на возмущение. Увеличение амплитуды масштабирования (AS) должно быть двуногим симметричным и должно относиться к амплитуде проскальзывания силовойпластины (рисунок 5C).
Рисунок 5: Репрезентативные результаты участников с CAI во время теста управления двигателем. (A)Графическое представление результатов симметрии веса. (B)Графическое представление результатов задержки (мс). (C)Графическое представление результатов AS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Тест на адаптацию
Оценка влияния энергии (SES) определяется на основе скорости и ускорения КС в течение первых 2 с возмущения и экспортируется(рисунок 6). Красная планка, достигаемая 200 пунктов, указывает на потерю равновесия (падение). (1) Если красные полосы не достигают 200 точек в серой зоне менее двух раз в пяти испытаниях, а другие бары остаются зелеными, то изменение нормально, и риск падения отсутствует. (2) Красные полосы, которые достигают 200 очков каждый раз в пяти испытаниях может быть связано со следующими причинами. COG чрезмерно отсталый, когда силовые пластины вращаются в направлении подсов и наоборот. Диапазон движения голеностопного сустава ограничен. Голеностопные суставы или нижние конечности слабы. Центральная нервная система неблагополучная. (3) Красные полосы достигают 200 пунктов дважды в пяти испытаниях, в то время как другие бары остаются зелеными из-за влияния страха или тревоги. (4) Появление красного бара в серой зоне пять раз может быть связано со слабыми голеностопных суставов, нижних конечностей, страх, или беспокойство.
Рисунок 6: SES участников с CAI во время ADT. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
sEMG Результаты
Принимая vastus medialis, например, необработанные и обработанные данные sEMG отображаются во время SOT, США, MCT и ADT(рисунок 7 и рисунок 8). Интервал, указанный красной линией и наконечниками, представляет такие интервалы, в которых индикаторная свет системы CDP включается и является тестовым этапом.
Рисунок 7: Необработанные данные sEMG для vastus medialis во время SOT, США, MCT и ADT.
Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 8: Обработанные данные sEMG для vastus medialis во время SOT, США, MCT и ADT.
Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Параметры SEMG, соответствующие тестовым этапам SOT, US, LOS, MCT и ADT, следующие. iEMG отражает мышечную энергию, которая накапливается за единицу времени. RMS отражает средняя мощность сигнала EMG. MPF означает среднее значение каждой мощности в распределении спектра питания. MDF делит спектр мощности на две части с равными областями. Коэффициент коактивации отражает координацию между агонистическими и антагонистическими мышцами фазы активации в тестах.
Дополнительный файл 1: Введение для компьютеризированной динамической системы постурографии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительная таблица 1: Применение техники на мышечных участках электродов sEMG Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Дополнительная таблица 2: Стандартная осанка для метода нормализации ЭМГ для измеренных мышц. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Представленный протокол используется для измерения динамического постурального контроля и связанной с ним мышечной активности у людей с CAI путем синхронизации CDP с sEMG. CDP прослеживает траекторию ввода КС и COG и дает представление о взаимодействии между сенсорной информацией (визуальная, соматосенсорная и вестибулярной сенсацией) и внешнейсредой 8,,21,22. Это эффективный инструмент для диагностики ограничения функциональной активности, вызванного сенсорными или двигательных системных расстройств. Мышечная активность собирается синхронно во время задач CDP для исследования координации нижних конечностей. Этот протокол компенсирует ограничения предыдущих исследований при определенных обстоятельствах. Это позволяет всестороннее исследование нервно-мышечного контроля CAI через сочетание CDP и связанных с ними мышечной активности.
Следующие шаги в протоколе имеют решающее значение в расследовании постуральной стабильности и связаны с точным измерением сигналов. Предварительные результаты эксперимента показали, что завершение всего теста без отдыха занимает 25 минут. В ходе этого процесса участники концентрируют свое внимание на корректировке моторных стратегий и на поддержании баланса. Усталость изменяет стратегию регулирования движения центральной нервной системы и прерывает проприоцепции, мышечной реакции, и динамический постуральныйконтроль 23,24. Таким образом, время отдыха не менее 5 минут должно быть установлено после каждого теста, чтобы избежать когнитивной нагрузки и усталости тела25. Антропометрические характеристики следует точно контролировать, чтобы ограничить изменчивость для точной оценки постуральногобаланса 26,,27,,28. Аналогичным образом, в этом протоколе, возраст, рост, вес, и выравнивание положения ноги должны контролироваться точно, потому что они определяют местоположение КС и влияют на анализ распределения веса исилы 2. Ремень безопасности не должен быть слишком свободным или слишком плотным, чтобы защитить безопасность участника, не влияя на нормальное движение. После завершения выравнивания ноги, положение ноги не должно двигаться до завершения испытаний. Участнику не должно быть позволено схватить ремень безопасности или опереться на визуальное окружение, чтобы получить внешнюю поддержку, чтобы не повлиять на точность результата. Случайное секвенирование испытаний в MCT с различными величинами помогает предотвратить участников от прогнозирования условий возмущения.
При проведении измерений необходимо учитывать следующие ограничения. Во-первых, только мужчины-участники включены, чтобы избежать вмешательства гендерных различий в интерпретации результатов. Будущие исследования должны изучить контроль осанки и активации мышц у женщин-участников с CAI. Во-вторых, большинство травм CAI инвертированы или сочетаются с подошвенной сгибание в лобной плоскости, в то время как MCT и ADT возмущения связаны передней задней проскальзывания в горизонтальной плоскости и сгибания спинзифлекции вращения в sagittal плоскости силовых пластин. Поэтому будущие модели помех должны учитывать механизм повреждения.
Существующие методы делятся на несколько категорий и используются для оценки постуральной стабильности, следуетиз 29. Клинические весы, такие как шкала баланса Берга, легко реализуются в клинической функциональной оценке. Однако результаты субъективны, а слабый сегмент найти сложно. Ориентированные на результаты измерения добровольного динамического контроля, такие как расстояние достижения теста Y-баланса, могли бы выявить дефицит контроля осанки, но он игнорируеткачество действия в процессе 30,,31. Изменение определенной сенсорной среды, например, стоя с закрытыми глазами для лишения зрения, стоя с одной ногой, чтобы уменьшить основание поддержки, или стоя на нестабильной поверхности (пена или колебанияборту), вмешиватьсяв соматосенсорной системы является недорогим и портативным способом дифференцировать дефицит конкретной сенсорной системы для достижения динамического контроля баланса 4,5. CDP может проанализировать долю зависимости от трех сенсорных систем и может исследовать постуральные стратегии путем отслеживания КС и COG. SOT особенно применяется для оценки качества выхода моторной системы (динамический контроль COG) путем управления входом сигнала периферической среды (сенсорный вес) в полной сенсорной моторной петле. США и LOS могут оценить вегетативную способность добровольного управления двигателем на корковом уровне. MCT и ADT могут оценить автоматическую реакцию осанки на стволе мозга и корковых уровнях с помощью внешней стимуляции. Недостаточное проприоцепция, фибулярной мышечной силы и целостности связок лиц с CAI может участвовать в сенсорных входных и двигательных выходов и могут быть обнаружены в слабом суставе через CDP системы измерений. Однако сфера применения может быть ограничена лабораторными настройками и сложностью.
Этот исследовательский протокол измеряет мышечную активность нижних конечностей во время задач CDP и дает представление о мышечной координации нестабильной нижней конечности. Значительные различия существуют между CAI и здоровых групп из-за недостаточной стабильности боковой связки лодыжки участников с CAI. По сравнению с участниками здоровой группы, те, кто в группе CAI может проявлять ожидаемые стратегии бедра и ненадлежащее использование зрения в SOT, большую скорость COG в США, больше задержки и больше амплитуды в MCT, и больше энергии влияния в ADT. Кроме того, мышечная активность перонеальных мышц может уменьшиться во время задач CDP. Однако сделать безопасный вывод о содержании этого протокола невозможно на основе результатов нынешнего исследования в связи с будущим применением к участникам CAI.
Этот протокол основан на точных значениях и полном сенсорном моторном пути, который мог бы предоставить доказательства для научного сообщества. При применении в клинике, этот протокол обеспечивает постуральной стратегии в обучении и конкретной мышечной реабилитации для лечения пациентов с CAI. Исследователи могут использовать этот протокол для исследования постуральной стабильности и связанной с ними мышечной активности в других ситуациях, следующим образом: нейромышечная оценка контроля неврологических расстройств, таких как болезнь Паркинсона и рассеянный склероз; постуральная оценка стабильности вспомогательных средств, таких как высокие каблуки и протез нижней конечности; и оценка риска падения и активации мышц специальных групп, таких как пожилые люди, плоскостопие и дети с церебральным параличом.
Система CDP обеспечивает режим обучения, который может быть использован для выполнения обучения балансу, который включает в себя последовательность, несущие, и лабораторно настроенные тренировки для пациентов во время CDP. Исследователи могут использовать режим исследования системы для настройки режима двигателя и продолжительности силовых пластин и визуального окружения через функцию синусной волны. Будущие исследования по нейромышечному контролю могут использовать сочетание других инструментов, таких как захват движения и подошвенные системы давления.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторов нечего раскрывать.
Acknowledgments
Авторы признают финансирование Национального фонда естественных наук Китая (11572202, 11772201 и 31700815).
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. |
References
- Winter, D. A. Human balance and posture control during standing and walking. Gait & Posture. 3, 193-214 (1995).
- Vanicek, N., King, S. A., Gohil, R., Chetter, I. C., Coughlin, P. A. Computerized dynamic posturography for postural control assessment in patients with intermittent claudication. Journal of Visualized Experiments. (82), e51077 (2013).
- Yin, L., Wang, L. Acute Effect of Kinesiology Taping on Postural Stability in Individuals With Unilateral Chronic Ankle Instability. Frontiers in Physiology. 11, 192 (2020).
- Fusco, A., et al. Dynamic Balance Evaluation: Reliability and Validity of a Computerized Wobble Board. Journal of Strength and Conditioning Research. 34 (6), 1709-1715 (2020).
- Fusco, A., et al. Wobble board balance assessment in subjects with chronic ankle instability. Gait & Posture. 68, 352-356 (2019).
- Silva Pde, B., Oliveira, A. S., Mrachacz-Kersting, N., Laessoe, U., Kersting, U. G. Strategies for equilibrium maintenance during single leg standing on a wobble board. Gait & Posture. 44, 149-154 (2016).
- Domènech-Vadillo, E., et al. Normative data for static balance testing in healthy individuals using open source computerized posturography. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 276 (1), 41-48 (2019).
- Harro, C. C., Garascia, C. Reliability and validity of computerized force platform measures of balance function in healthy older adults. Journal of Geriatric Physical Therapy. 42 (3), 57-66 (2019).
- Doherty, C., et al. The incidence and prevalence of ankle sprain injury: a systematic review and meta-analysis of prospective epidemiological studies. Sports Medicine. 44 (1), 123-140 (2014).
- Hertel, J. Sensorimotor deficits with ankle sprains and chronic ankle instability. Clinics in Sports Medicine. 27 (3), 353-370 (2008).
- Munn, J., Sullivan, S. J., Schneiders, A. G. Evidence of sensorimotor deficits in functional ankle instability: a systematic review with meta-analysis. Journal of Science and Medicine in Sport. 13 (1), 2-12 (2010).
- Arnold, B. L., De La Motte, S., Linens, S., Ross, S. E. Ankle instability is associated with balance impairments: a meta-analysis. Medicine & Science in Sports & Exercise. 41 (5), 1048-1062 (2009).
- de-la-Torre-Domingo, C., Alguacil-Diego, I. M., Molina-Rueda, F., Lopez-Roman, A., Fernandez-Carnero, J. Effect of kinesiology tape on measurements of balance in subjects with chronic ankle instability: a randomized controlled trial. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 96 (12), 2169-2175 (2015).
- Jaber, H., et al. Neuromuscular control of ankle and hip during performance of the star excursion balance test in subjects with and without chronic ankle instability. PLoS One. 13 (8), 0201479 (2018).
- Simpson, J. D., Stewart, E. M., Macias, D. M., Chander, H., Knight, A. C. Individuals with chronic ankle instability exhibit dynamic postural stability deficits and altered unilateral landing biomechanics: A systematic review. Phys Ther Sport. 37, 210-219 (2019).
- Gribble, P. A., et al. Selection criteria for patients with chronic ankle instability in controlled research: a position statement of the International Ankle Consortium. Br J Sports Medicine. 48 (13), 1014-1018 (2014).
- Wrisley, D. M., et al. Learning effects of repetitive administrations of the sensory organization test in healthy young adults. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 88 (8), 1049-1054 (2007).
- Tabard-Fougère, A., et al. EMG normalization method based on grade 3 of manual muscle testing: Within- and between-day reliability of normalization tasks and application to gait analysis. Gait & Posture. 60, 6-12 (2018).
- Shim, D. B., Song, M. H., Park, H. J. Typical sensory organization test findings and clinical implication in acute vestibular neuritis. Auris Nasus Larynx. 45 (5), 916-921 (2018).
- Nam, G. S., Jung, C. M., Kim, J. H., Son, E. J. Relationship of vertigo and postural instability in patients with vestibular schwannoma. Clinical and Experimental Otorhinolaryngology. 11 (2), 102-108 (2018).
- Faraldo-Garcia, A., Santos-Perez, S., Crujeiras, R., Soto-Varela, A. Postural changes associated with ageing on the sensory organization test and the limits of stability in healthy subjects. Auris Nasus Larynx. 43 (2), 149-154 (2016).
- Gofrit, S. G., et al. The association between video-nystagmography and sensory organization test of computerized dynamic posturography in patients with vestibular symptoms. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 276 (12), 3513-3517 (2019).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Denegar, C. R., Buckley, W. E. The effects of fatigue and chronic ankle instability on dynamic postural control. Journal of Athletic Training. 39 (4), 321-329 (2004).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Denegar, C. R. Chronic ankle instability and fatigue create proximal joint alterations during performance of the Star Excursion Balance Test. International Journal of Sports Medicine. 28 (3), 236-242 (2007).
- Le Clair, K., Riach, C. Postural stability measures: what to measure and for how long. Clinical Biomechanics. 11 (3), 176-178 (1996).
- Fusco, A., et al. Y balance test: Are we doing it right. Journal of Science and Medicine in Sport. 23 (2), 194-199 (2020).
- Riemann, B., Davies, G. Limb, sex, and anthropometric factors influencing normative data for the Biodex Balance System SD athlete single leg stability test. Athletic Training & Sports Health Care. 5, 224-232 (2013).
- Chiari, L., Rocchi, L., Cappello, A. Stabilometric parameters are affected by anthropometry and foot placement. Clinical Biomechanics. 17 (9-10), 666-677 (2002).
- Chaudhry, H., Bukiet, B., Ji, Z., Findley, T. Measurement of balance in computer posturography: Comparison of methods--A brief review. Journal of Bodywork and Movement Therapies. 15 (1), 82-91 (2011).
- Hertel, J., Braham, R. A., Hale, S. A., Olmsted-Kramer, L. C. Simplifying the Star Excursion Balance Test Analyses of Subjects With and Without Chronic Ankle Instability. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 36 (3), (2006).
- Gribble, P. A., Hertel, J., Plisky, P. Using the Star Excursion Balance Test to assess dynamic postural-control deficits and outcomes in lower extremity injury: a literature and systematic review. Journal of Athletic Training. 47 (3), 339-357 (2012).
