Постуральная организация инициации походки для биомеханического анализа с использованием записей силовой платформы

Инициация походки (GI), переходная фаза между ортоградной позой и стационарной локомоцией, является функциональной задачей и экспериментальной парадигмой, которая классически используется в литературе для исследования постурального контроля во время сложной двигательной задачи, требующей одновременного движения всего тела и стабильности¹. Известно, что пациенты с неврологическими состояниями, такими как болезнь Паркинсона², инсульт³, прогрессирующий надъядерный паралич⁴ и «расстройства походки более высокого уровня»⁵, испытывают трудности с началом походки, что подвергает их повышенному риску падения. Поэтому как для фундаментальных, так и для клинических наук важно разработать концепции и методы, чтобы получить представление о механизмах постурального контроля, действующих во время инициации походки, получить научные знания и лучшее понимание патофизиологии нарушений походки и равновесия и быть в состоянии исправить их с помощью адекватных вмешательств.

Концепция биомеханической организации инициации походки описана ниже, а классический метод, предназначенный для исследования этой организации, подробно описан в разделе протокола. ГИ можно подразделить на три последовательные фазы: фазу «упреждающих постуральных корректировок» (АПА), соответствующую динамическим явлениям, происходящим во всем теле перед поворотом пятки, фазу «разгрузки» (между поворотом пятки и носком) и фазу «качелей», которая заканчивается в момент контакта ноги с опорной поверхностью. Это классическое подразделение процесса ЖКТ происходит из новаторских исследований Belenkii et ^al.6 и других ^7,8, в которых основное внимание уделяется координации между осанкой и движением при добровольном поднятии рук в горизонтальное положение в прямостоячей позе. В этой парадигме сегменты тела, которые непосредственно участвуют в поднятии руки, соответствуют «фокальной» цепи, в то время как сегменты тела, которые вставлены между проксимальной частью фокальной цепи и опорной поверхностью, соответствуют «постуральной» цепи⁹. Эти авторы сообщили, что поднятию руки систематически предшествовали динамические и электромиографические явления в постуральной цепи, которые они назвали «упреждающими корректировками осанки». Для ЖКТ отмахивание пяткой (или отмахивание пальца ноги, в зависимости от авторов) рассматривается как начало движения походки¹⁰. Следовательно, динамические явления, происходящие до этого момента, соответствуют АПА, а качающаяся конечность считается компонентом фокальной цепи¹¹. Это утверждение согласуется с классической концепцией биомеханической организации движения, согласно которой любой двигательный акт должен включать фокальную и постуральную составляющую^12,13.

С биомеханической точки зрения АПА, связанная с ЖКТ, проявляется как обратное и медиолатеральное (поворотная нога боковая ориентация) смещение центра давления, которое действует, чтобы продвинуть центр тяжести в противоположном направлении – вперед и в сторону стойки ноги. Чем больше опережающий обратный центр смещения давления, тем выше производительность двигателя с точки зрения скорости переднего центра тяжести при контакте стопы^10,14. Кроме того, перемещая центр тяжести к стойке, APA способствует поддержанию среднелатеральной стабильности во время фазы поворота GI 1,15,16,17. В современной литературе подчеркивается, что изменения в этом упреждающем контроле стабильности являются основным источником падений у пожилых^{людей 1}. Устойчивость во время ГИ была количественно определена в литературе с адаптацией «предела устойчивости»¹⁸, величины, которая учитывает как скорость, так и положение центра тяжести в основании опоры. В дополнение к развитию APA, падение центра тяжести во время фазы поворота GI под действием силы тяжести, как сообщается, активно тормозится трицепсами суры ноги стойки. Такое активное торможение облегчает поддержание устойчивости после контакта стопы, обеспечивая плавную посадку стопы на опорную поверхность⁴.

Целью данной статьи является предоставление ученым, клиницистам и студентам высших учебных заведений информации о материале и методе, разработанных в нашей лаборатории для исследования постуральной организации ГИ с помощью биомеханического подхода. Этот «глобальный» метод (который также может быть ассимилирован с «кинетическим» методом по причинам, подробно описанным ниже) был инициирован Бреньером и соавторами^10,19. Он основан на прямом принципе механики для расчета как ускорения центра тяжести, так и мгновенных положений центра давления. Каждая из этих точек является глобальным выражением, специфичным для движения.

Одним из них является мгновенное выражение движений всех сегментов тела, связанных с целью движения (центр тяжести; например, скорость прогрессирования тела во время ГИ); другой (центр давления) является выражением условий поддержки, необходимых для достижения этой цели. Мгновенные положения этих двух точек отражают полудинамические условия, которые должны быть выполнены для инициации походки. Силовая платформа является подходящим инструментом для этой модели, поскольку она позволяет непосредственно измерять внешние силы и моменты, действующие на опорную поверхность во время движения. Он также позволяет выполнять естественные движения и не требует специальной подготовки.

Известно, что многие факторы влияют на постуральную организацию ЖКТ, включая биомеханические, (нейро)физиологические, психологические, экологические и когнитивные факторы ^1,20. В данной работе основное внимание уделяется влиянию двух факторов – скорости ГИ и временного давления – и приводятся типичные значения, полученные у здоровых молодых людей.