Ocena kontroli postawy i aktywacji mięśni kończyn dolnych u osób z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego
September 18th, 2020
Osoby z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego (CAI) wykazują niedobór kontroli postawy i opóźnioną aktywację mięśni kończyn dolnych. Komputerowa posturografia dynamiczna w połączeniu z elektromiografią powierzchniową zapewnia wgląd w koordynację układu wzrokowego, somatosensorycznego i przedsionkowego z regulacją aktywacji mięśni w celu utrzymania stabilności postawy u osób z CAI.
Protokół ten przedstawia nowatorskie podejście do oceny koordynacji układu czuciowego i przedpiersiowego somatów wzrokowych oraz związanej z tym aktywacji mięśni wymaganej do utrzymania stabilności postawy. Technika ta może być wykorzystana do przeprowadzenia kompleksowego badania kontroli nerwowo-mięśniowej pod kątem przewlekłej niestabilności stawu skokowego poprzez połączenie skomputeryzowanej dynamicznej posturografii i powiązanej aktywności mięśni. Metoda ta może być również wykorzystana do zbadania stabilności postawy i związanej z nią aktywności mięśni w innych schorzeniach, takich jak zaburzenia neurologiczne lub zaburzenia układu mięśniowo-szkieletowego.
Przed rozpoczęciem analizy włącz system CDP i wykonaj autokalibrację, aby potwierdzić, że przyrząd działa z częstotliwością próbkowania 100 Hz. W oprogramowaniu kliknij dwukrotnie System Balance Manager, Moduł kliniczny i Nowy pacjent. Wprowadź imię i nazwisko uczestnika, wzrost, identyfikator, wagę i wiek, a następnie wybierz Ocena, Test Organizacji Sensorycznej, Test Kontroli Motorycznej, Test Adaptacji, Granice stabilności i Jednostronna postawa.
Włącz powierzchniowy system EMG i kliknij dwukrotnie ikonę narzędzi ruchu EMG. Określ sygnały wyzwalające i ustal identyfikator uczestnika. I umieść jedną elektrodę bezprzewodową na brzuchu każdego mięśnia kończyny dolnej, który ma być mierzony. Następnie użyj linii synchronizacji, aby połączyć powierzchniowy system EMG z systemem CDP i wyreguluj kamerę systemu EMG powierzchni, aby przechwycić lampkę kontrolną sygnału systemu CDP.
Gdy oba systemy są gotowe, użyj uprzęży bezpieczeństwa, aby przymocować uczestnika do belki nośnej i ostrożnie wyrównaj bose stopy uczestnika z płytkami siłowymi tak, aby uczestnik był zwrócony w stronę wizualnego otoczenia. Następnie wyłącz ekran osadzony w wizualnym otoczeniu. Aby przeprowadzić test organizacji sensorycznej, poinstruuj uczestnika, aby stał prosto z jak najbardziej stabilnym środkiem ciężkości i poproś uczestnika, aby wypełnił każdy test trzy razy po 20 sekund na test w każdych warunkach, jak wskazano w tabeli.
W przypadku analizy jednostronnej postawy poinstruuj uczestnika, aby położył ręce na przednim górnym odcinku kręgosłupa biodrowego z otwartymi oczami i wziął pod uwagę niestabilną stronę kostki jako nogę podpierającą. Poproś uczestnika, aby całkowicie wyprostował i zgiął staw kolanowy nogi niepodpierającej o około 30 stopni, stojąc stabilnie przez 10 sekund. Po trzecim badaniu poproś uczestnika, aby powtórzył ten sam pomiar z zamkniętymi oczami.
W przypadku testu limitu stabilności poinstruuj uczestnika, aby utrzymywał środek ciężkości w centralnym obszarze, dopóki nie usłyszy dźwięku dzwonka, w którym to momencie uczestnik powinien pochylić swoje ciało i szybko przesunąć środek ciężkości do docelowej klatki w jednym z ośmiu kierunków na ekranie przez 10 sekund. Aby przeprowadzić test kontroli motorycznej, poinstruuj uczestnika, aby przywrócił stabilność ciała w odpowiedzi na nieoczekiwane ześlizgnięcie się płytek siłowych. Aby wykonać test adaptacyjny, poinstruuj uczestnika, aby przywrócił stabilność swojego ciała, kierując palce stóp w górę lub w dół w odpowiedzi na pięć kolejnych nieoczekiwanych obrotów z prędkością 20 stopni na sekundę.
Po zakończeniu wszystkich testów w oknie przetwarzania oprogramowania EMG powierzchni zaimportuj plik CD3 z surowymi danymi EMG i plik MP4 z lekkim wideo. W operacjach potoku przetwarzania ustaw filtr Butterwortha z dolnoprzepustowym na 450 Hz i kolejność dwóch, górnoprzepustowy na 20 Hz z rzędu dwóch, filtr wycinający na 50 Hz, a okno wygładzania średniej kwadratowej na 100 milisekund. Na karcie Generuje zdarzenia ustaw wszystkie kanały, które przekraczają pięć odchyleń standardowych szumu linii bazowej X przez co najmniej 50 milisekund, aby włączyć mięśnie, a wszystkie kanały spadają poniżej pięciu X odchyleń standardowych powyżej linii bazowej przez co najmniej 50 milisekund, aby wyłączyć mięśnie.
Następnie w zakładce Generuj parametry wybierz elektromiografię całkową, średnią kwadratową, średnią częstotliwość zasilania, średnią częstotliwość. W tej analizie, jak wskazują zielone paski, uczestnik był w stanie lepiej skoordynować swoje trzy systemy sensoryczne i skuteczniej reagować niż ich odpowiednik normatywny w zestawie danych. Wykorzystując wzrok, propriocepcję i przedsionek, wrażenia sensoryczne utrzymują równowagę podczas całej analizy sensorycznej.
Uczestnik polegał głównie na strategii kostki i jej zdolności do utrzymania stabilności postawy. Całkowity huśtawka między lewą i prawą nogą był normalny zarówno wtedy, gdy oczy uczestnika były otwarte, jak i gdy były zamknięte. Uczestnik wykazywał opóźniony czas reakcji między wysłaniem sygnału ruchu a rozpoczęciem ruchu ciała, ale normalną prędkość ruchu.
W przypadku przemieszczeń punktu końcowego do przodu i w prawo, odległość ruchu środka ciężkości nie osiągnęła normalnego zakresu. Maksymalna odległość ruchu środka ciężkości była jednak normalna. Uczestnik wykazał normalny rozkład masy, ale nieprawidłową reakcję przemieszczenia do tyłu, co sugeruje jednostronny uraz ortopedyczny.
Ponadto wzrost skalowania amplitudy był dwunożnie symetryczny w stosunku do amplitud poślizgu płytki siłowej, a wynik energii kołysania był normalny. Upewnij się, że dokładnie wprowadziłeś wiek, wzrost i wagę uczestnika oraz prawidłowo ustawiłeś pozycje stóp, ponieważ te parametry określają lokalizację CDP i wpływają na analizę postawy.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Niniejsze badanie ocenia koordynację systemów wzrokowych, somatosensorycznych i przedsionkowych wraz z aktywacją mięśni, wykorzystując komputerową dynamiczną posturografię i elektromiografię powierzchniową u osób z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego (CAI). Metoda ta bada stabilność postawy i potencjalnie może być rozszerzona na inne zaburzenia neurologiczne i mięśniowo-szkieletowe.
Kluczowe Elementy Badania
Obszar Nauki
- Kontrola Neuromuscular
- Stabilność Postawy
- Przewlekła Niestabilność Stawu Skokowego
Wprowadzenie
- Przewlekła niestabilność stawu skokowego prowadzi do deficytów w kontroli postawy.
- Opóźniona aktywacja mięśni może wpływać na stabilność.
- Niniejsze badanie wykorzystuje zaawansowane techniki do analizy tych problemów.
Cel Badania
- Ocena koordynacji systemów sensorycznych i aktywacji mięśni w celu utrzymania stabilności u osób z CAI.
- Opracowanie kompleksowej metody oceny stabilności postawy.
- Zbadanie potencjalnych zastosowań w innych schorzeniach wpływających na stabilność.
Wykorzystane Metody
- Wykorzystano komputerową dynamiczną posturografię (CDP) i elektromiografię powierzchniową (EMG).
- W badaniu wzięli udział uczestnicy z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego.
- Kluczowe testy obejmowały ocenę organizacji sensorycznej, kontroli motorycznej oraz testy w pozycji jednostronnej.
- Szczegółowo opisano kalibrację i konfigurację systemów CDP i EMG.
- Dane zostały przetworzone za pomocą określonych filtrów i parametrów do analizy.
Główne Wyniki
- Uczestnicy wykazali zróżnicowane poziomy stabilności i czas reakcji w porównaniu z danymi normatywnymi.
- Oceniono koordynację systemów sensorycznych, z uwzględnieniem strategii stawu skokowego w utrzymaniu stabilności.
- Zauważono pewne nieprawidłowe reakcje, wskazujące na problemy ortopedyczne jednostronne.
Wnioski
- Niniejsze badanie dostarcza informacji na temat mechanizmów kontroli neuromuscular w CAI.
- Metody te można dostosować do badania innych zaburzeń wpływających na stabilność postawy.
- Wyniki podkreślają znaczenie koordynacji między systemami sensorycznymi dla równowagi.
Często Zadawane Pytania
Executive Industry Relevance
Objective quantification of postural control and lower-extremity muscle activation using synchronized computerized dynamic posturography (CDP) and surface electromyography (EMG) addresses a critical gap in neuromuscular assessment for chronic ankle instability (CAI). This integrated approach enhances predictive confidence in target validation for sensorimotor pathways and supports risk-adjusted advancement of translational models in musculoskeletal and neurologic research portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic de-risking of sensorimotor targets by quantifying sensory system contributions to postural stability.
- Supports functional target validation through objective measurement of neuromuscular coordination in CAI.
- Facilitates portfolio triage by distinguishing between central and peripheral contributors to instability.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, quantitative postural control assays for downstream compound or intervention screening.
- Standardizes measurement of muscle activation and sensory integration for reproducible cross-study comparisons.
- Enables scalable, platform-based evaluation of candidate therapeutics targeting neuromuscular function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns postural control metrics with disease-relevant endpoints for translational biomarker development in musculoskeletal disorders.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by linking sensory-motor outputs to functional outcomes.
- De-risks advancement decisions by quantifying compensatory strategies and residual deficits in CAI models.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative readouts, and cross-model standardization for neuromuscular and sensorimotor research.
- Discovery Biology: Objectively interrogates the interplay of visual, proprioceptive, and vestibular systems in postural control.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for muscle activation and stability metrics.
- Analytics: Provides statistical analysis of dependent variables such as reaction time, movement velocity, and center of gravity displacement.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical endpoints relevant for musculoskeletal and neurologic indications.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating neuromuscular interventions across diverse disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in sensorimotor target validation and mechanistic de-risking.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of neuromuscular assessments.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in musculoskeletal portfolios.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of translational candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neuromuscular physiology and sensorimotor integration.
- Demands access to synchronized CDP and surface EMG instrumentation with high-frequency sampling.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of participant setup and data processing parameters.
- Adaptation across disease models may require protocol modifications for specific sensory or motor deficits.
- Accurate demographic and anthropometric data entry is critical for valid postural analysis outputs.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:55
Equipment and Participant Preparation
2:45
Measurement Procedure
4:28
Surface Electromyography (sEMG) Measurement and Data Processing
5:37
Results: Representative Postural Control and Lower-Extremity Muscle Activation Evaluation
7:18
Conclusion
