Review of domestic inventions on methods for diagnostics of postural disorders of the musculoskal system
- Authors: Fedulova D.V.1, Berdyugin K.A.1
-
Affiliations:
- Ural Federal University
- Issue: Vol 23, No 1 (2024)
- Pages: 68-75
- Section: Review
- Published: 20.11.2024
- URL: https://rjpbr.com/1681-3456/article/view/627208
- DOI: https://doi.org/10.17816/rjpbr627208
- ID: 627208
Cite item
Abstract
The development of the musculoskeletal system depends on many components of anatomically determined changes in the body, the structure of movement patterns and the mechanisms of action involved in it. Postural disorders can arise as a result of various reasons and be a source of further changes in the body, influencing the development of compensatory changes and functional transformations of the motor sphere. Diagnosis of the state of the musculoskeletal system is an urgent task, through which many somatic changes can be corrected or compensated in a timely manner.
This article reviews patent documents from databases such as FIPS, Orbit, Google patents over the past 30 years. It was revealed that the study of postural disorders is carried out in four areas of study: visual assessment in a standing position; diagnostic methods using stabilometric platforms; characteristics of disturbances in the assessment of muscle electrical potentials and analysis of the kinematics of motor actions during movement. In their content aspect, these diagnostic methods are focused on the quantitative and qualitative characteristics of the location of the boundaries of the regions of bone segments, the center of gravity of the body and the parameters of its movement during motor action; assessment of electromyographic indicators of coordination of muscle efforts in static and dynamic positions; analysis of the biomechanics of movement patterns with consideration of various components of the motor act.
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
Постуральные нарушения характеризуются главным образом состоянием постурального баланса человека, его изменением при совершении двигательных действий, изменением положения центра тяжести, т.е. точки пересечения равнодействующей силы всех сил притяжения, действующих на отдельные части тела.
Любое изменение развития (нарушения костной системы, асимметричная работа мышц, наличие функциональных сбоев) повлечёт за собой изменение центра его тяжести, что спровоцирует нарушения в работе опорно-двигательного аппарата. Своевременная диагностика состояния костно-мышечной системы, биомеханических характеристик двигательных действий, выполняемых человеком, является актуальной задачей, так как позволяет выявить информативный ресурс для дальнейшей, более прицельной реабилитационной и коррекционной деятельности и спрогнозировать механизмы компенсации нарушенных функций для достижения лучшего состояния здоровья человека.
СФЕРЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОСТУРАЛЬНЫХ НАРУШЕНИЙ
При анализе патентных документов из таких баз данных, как ФИПС, Orbit, Google patents, за последние 30 лет было выявлено, что основные способы диагностики постуральных нарушений, помимо общеизвестных (рентгенография, подография), можно условно разделить на четыре сферы оценки:
- визуальная оценка в положении стоя;
- методы диагностики с применением стабилометрических платформ;
- характеристика нарушений при оценке электрических потенциалов мышц;
- анализ кинематики двигательных действий при перемещении.
Способы диагностики, связанные с рассмотрением визуальной оценки в положении стоя, глубоко анализируют саму природу равновесия, которая является всегда динамической. Общий центр тяжести непрерывно колеблется, испытывая большие изменения через все выполняемые виды деятельности, даже во время статического положения. При наличии функционально слабого сегмента взаимное уравновешивание костных рычагов за счёт мышечного аппарата происходит с нарушениями, что влечёт постуральные изменения, приспособления и компенсаторную адаптацию опорно-двигательного аппарата.
Так, Л.Ф. Васильева с соавт. [1], разработав способ диагностики статических нарушений у больных хроническими болевыми мышечными синдромами на основе визуального анализа взаиморасположения границ регионов позвоночника и конечностей, выявили, что через проведение горизонтальных линий во фронтальной, сагиттальной и поперечной плоскостях, через общий и регионарные центры тяжести (перпендикуляры) возможно сопоставление проекции общего и регионарных центров тяжести на плоскость опоры стоп, а также смещение её в других регионах в соответствии с нормой. Данный способ позволяет оценить степень смещения проекции центров тяжести отдельных регионов позвоночника и конечности, что в свою очередь характеризует патобиомеханическое состояние мышц и определяет наличие функциональных изменений.
Другой способ, уже локально диагностирующий нарушение осанки, разработанный А.В. Гошкодеря с соавт. [2], ориентирован на анализ проекции границ регионов сегментов опорно-двигательного аппарата и включает нанесение точек-ориентиров границ регионов на тело пациента, которого помещают в центр расположенной горизонтальной площадки-основания с отвесами. Выполняют два фотоснимка спереди и сзади во фронтальной проекции и два фотоснимка справа и слева ― в сагиттальной. Далее производятся графическая обработка и анализ величины суммы углов отклонения параллельных горизонтальных линий от линий границ-регионов позвоночника, тем самым диагностируются нарушения осанки.
С.В. Василевич и соавт. [3] создали способ скрининговой диагностики нарушений опорно-двигательной системы, в котором применяют анализ изображения через 3D-сканирование цифровых снимков в различных плоскостях, в положении сгибания, прогиба назад, наклонов, ротации регионов туловища и конечностей, вычисляя абсолютные размеры тела, его регионов, сравнивая с показателями нормы и выявляя нарушения.
Производить поочерёдное наложение изображений пациента с постуральными нарушениями и человека с теми же соматометрическими показателями без нарушений при одних и тех же ракурсах съёмки с помощью программы, в которой производится обработка изображений, выполненных на вращающейся платформе с системой стабилизации углов поворота платформы, предлагает Ю.И. Колягин [4].
Рассматривая вопрос баланса, многие исследователи выделяют отдельно значимость мышц кора в удержании постурального баланса [5–8], локомоторных функциях, целостной стабилизации организма, обеспечивающих вертикальную устойчивость человека и гармоничное передвижение. Обоснованием данной позиции являются анатомическое расположение мышц в срединной части опорно-двигательного аппарата и функциональная значимость при движении.
В исследованиях дисфункций организма динамического характера, таких как срединный перекрёстный синдром M. Wallden [9, 10], нарушение спиральной миофасциальной линии Т. Майерса [11], сбои механизма латерализации в управлении двигательных действий возникают именно при участии мышц кора. Часто именно данная область становится причиной болей в мышечной системе и дальнейших структурных изменений организма, тогда локальные изобретения по способам диагностики данного сегмента получают особую значимость.
А.М. Михайлов в соавт. [12] разработали способ диагностики неспецифических болевых мышечных синдромов в поясничном отделе позвоночника, который включает в себя визуально-пальпаторную диагностику статической и динамической составляющих двигательного стереотипа движения, и в зависимости от установления гипертонуса мышц и иррадиации боли определяют причину болевых мышечных синдромов.
Способ выявления постурального дисбаланса через регистрацию муаровой картины поверхности спины последовательно в шести периодах переноса веса тела на каждую из нижних конечностей из положения двухопорного стояния на весах создан в 1997 году [13]. На основании серии топограмм строятся графики перемещений в трёх плоскостях с последующей оценкой степени смещений оси тела и при наклоне оси тела в противоположную сторону опорной конечности, акцентируя внимание, что ведущая роль в реализации этой приспособительной активности принадлежит мышцам тазового пояса, где расположен центр тяжести тела.
Однако, если немного отойти от визуальных представлений, наиболее обширной областью, в которой проводится диагностика смещения центра тяжести и соответствующих двигательных нарушений, является стабилометрия [14, 15]. Довольно-таки много исследователей применяют стабилометрические показатели в разработке способов диагностики постуральных нарушений и характеристике состояния баланса и равновесия человека.
Так, например, О.Д. Давыдов с соавт. [16] проводят определение динамических особенностей движения, траекторий движения центра тяжести по плоскости платформы и в соответствии с этим вычисляют угловую скорость движения, которая характеризует процесс удержания равновесия пациентом, путём сопоставления полученных данных с нормативными показателями.
И.В. Кондратьев с соавт. [17] добавляют в тестирование показатели биологической обратной связи, формируя полиструктурную диагностику. Способ включает анализ выполнения движений (позы) разной степени сложности по выполняемому действию, каждое из которых на первом этапе тестируется 20 секунд с открытыми глазами, на втором этапе ― 20 секунд с закрытыми глазами, на третьем этапе человеку предлагают минимизировать колебания своего тела с использованием зрительной биологической связи, после чего анализируют траекторию движения центра давления путём векторного анализа полученной статокинезиограммы.
Интересным представляется предложение Т.В. Истоминой с соавт. [18] интеграции в единую диагностику показателей стабилометрического исследования вместе с электромиографическим, в частности с измерением электромиограммы икроножных мышц, которые принимают значительное участие в поддержании вертикальной позы.
В целом показатели электромиограмм являются информативными и многие используют их, создавая способы локальной диагностики по отдельным сегментам. Так, И.И. Рыжков и соавт. [19] создают способ оценки координации биоэлектрической активности паравертебральных мышц. А.И. Небожин с соавт. [20] оценивают степень выраженности биомеханических нарушений в шейном отделе позвоночника через движения в нагрузочной фазе с сопротивлением мышц. В.П. Зойкин с соавт. [21] через электромиографические показатели оценивают функциональную диагностику коленного сустава. Л.Ф. Васильева с соавт. [22] в своём способе электромиографической диагностики нарушения координации мышечных усилий предлагают общие принципы диагностики мышц организма через анализ опережающего включения в движение раньше агониста/синергистов исследуемой мышцы, определяя тем самым патогенетическое значение её первичного укорочения для соответствующей терапии.
Координация мышечных усилий осуществляется в совершении любого двигательного акта, как специально разработанного для диагностики положений, так и естественного паттерна движений, такого, например, как ходьба. Изучение различных локомоций двигательного акта как по частям, так и в целом является важной информацией в характеристике постуральных нарушений, так как позволяет сформировать представления влияния статических нарушений на динамику движения и своевременно выявить нарушения кинематики локомоций для дальнейшей коррекционной работы.
В.М. Великсон с соавт. [23] разработали способ оценки качества ходьбы, в котором на суставы нижних конечностей (тазобедренный, коленный и голеностопный) устанавливаются гониометры, и вычисляются максимальная амплитуда подвижности в суставах, длина двойного шага в процессе ходьбы, где в ходе сопоставления полученных значений и измерения антропометрических показателей определяются степень асимметрии ходьбы и нарушение биомеханики движения.
В случае патологии тазобедренных суставов Г.В. Смирнов с соавт. [24] в своём изобретении оценивают характер ходьбы через регистрацию максимального ускорения области остистых отростков в сагиттальном направлении, которое фиксируется с помощью специальных светоотражающих маркеров, закреплённых на данную область.
В.П. Живаев с соавт. [25] на созданном ими анализаторе кинематических параметров ходьбы человека (устройство, которое содержит металлическую дорожку, контактные датчики для обуви испытуемого, генератор прямоугольных импульсов для инфракрасного излучателя, закреплённый на теле испытуемого, оптический измеритель расстояния) провели оценку показателей через интеграцию значений от датчиков движения с данными от фотоприёмника инфракрасных импульсов, фиксирующих ход движения испытуемого.
И.М. Рулев [26] создал механизм оценки и дальнейшей коррекции нагрузки на опорную поверхность стопы при ходьбе через звуковую трансформацию динамики опоры с проекцией сигналов различной частоты и тона в зависимости от места расположения тестируемой точки на стопе и корректности постановки стопы в сравнении с показателями эталонного шага, что позволяет формировать осознанное представление о нарушении паттерна ходьбы с возможностью коррекции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, изобретения устройств и способов диагностики постуральных нарушений опорно-двигательного аппарата человека ориентированы на количественную и качественную характеристику расположения границ регионов костных сегментов, центра тяжести организма и параметров его перемещения во время двигательного действия; оценку электромиографических показателей координации мышечных усилий; анализ биомеханики паттернов движения с рассмотрением различных компонентов двигательного акта.
Важным является комплексная оценка статических и динамических характеристик постуральных нарушений, которая позволяет выявить взаимосвязь первичных нарушений и сопутствующих изменений организма, перестройку опорно-двигательной системы и формирование механизмов компенсации, их влияния на структуру развития двигательной сферы человека.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии финансирования при подготовке публикации.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение поисково-аналитической работы и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Д.В. Федулова ― обзор литературы, сбор и анализ литературных источников, написание текста и редактирование статьи; К.А. Бердюгин ― курация, редактирование текста статьи.
ADDITIONAL INFORMATION
Funding source. This work was not supported by any external sources of funding.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.
Author's contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. D.V. Fedulova ― literature review, collection and analysis of literary sources, writing the text and editing the article; K.A. Berdyugin ― curation, editing the text of the article.
About the authors
Darya V. Fedulova
Ural Federal University
Author for correspondence.
Email: d.v.fedulova@urfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7289-3328
SPIN-code: 1631-4096
Cand. Sci. (Biology)
Russian Federation, EkaterinburgKirill A. Berdyugin
Ural Federal University
Email: kiralber73@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-2234-3111
SPIN-code: 8333-1452
MD, Dr. Sci. (Medicine)
Russian Federation, EkaterinburgReferences
- Patent RUS № RU 2134532 C1. Vasilieva LF, Schmidt IR, Kogan OG. Method of diagnostics of static disorders in patients with chronic painful muscle syndromes. (In Russ.) Available from: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002134532_19990820_C1_RU/. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2238673 С1. Goshkoderya AV, Goshkoderya VA, Melnik DD, Tyutikov VI. Method of differential diagnostics of posture disorders. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2238673C1_20041027. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2532281 С1. Vasilevich SV, Goldberg YB, Arseniev AV, Dudin MG. Method of screening diagnostics of musculoskeletal system disorders. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2532281C1_20141110. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2680784 С1. Kolyagin YuI. Method and device for numerical determination of postural disorders. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2680784C1_20190226. Accessed: 15.03.2024.
- Kholod MA. Substantiation of scales for assessing the state of morphofunctional characteristics of the core muscles. Uchenye zapiski universiteta im. P.F. Lesgafta. 2022;(4):475–482. EDN: FUCDNZ doi: 10.34835/issn.2308-1961.2022.4.p475-482
- Puranik S, Shenoy S. Surface electromyography analysis of core stabilizing muscles during isometric shoulder contractions in athletes with low back pain. J Bodywork Movement Therapies. 2023;(36):364–369. EDN: VFXFQU doi: 10.1016/j.jbmt.2023.04.019
- Emami F, Yoosefinejad AK, Razeghi M. Correlations between core muscle geometry, pain intensity, functional disability and postural balance in patients with nonspecific mechanical low back pain. Med Engineering Physics. 2018;(60):39–46. doi: 10.1016/j.medengphy.2018.07.006
- Calatayud J, Borreani S, Martin J, et al. Core muscle activity in a series of balance exercises with different stability conditions. Gait Posture. 2015;42(2):186–192. doi: 10.1016/j.gaitpost.2015.05.008
- Wallden M. The middle crossed syndrome: New insights into core function. J Bodywork Movement Therapies. 2014;18(4):616–620. doi: 10.1016/j.jbmt.2014.09.002
- Wallden M. Assessing and correcting the middle crossed syndrome. J Bodywork Movement Therapies. 2014;18(4):621–625. doi: 10.1016/j.jbmt.2014.09.003
- Meiers TV. Anatomical trains: Myofascial meridians for manual and sports medicine. Transl. from English. Moscow: Eksmo; 2018. 302 р. (In Russ.)
- Patent RUS № RU 2178263 С2. Mikhailov AM, Vasilieva LF. Method of diagnostics of nonspecific painful muscle syndromes in the lumbar spine. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2178263C2_20020120. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2136209 С1. Mikhailov VP, Kreines VM, Sarnadsky VN, et al. Method of postural imbalance detection. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2136209C1_19990910. Accessed: 15.03.2024.
- Dotsenko VI, Usachev VI, Morozova SV, Skedina MA. Modern algorithms of postural disturbances in clinical practice. Med Council. 2017;(8):116–122. EDN: RZRQTF doi: 10.21518/2079-701X-2017-8-116-122
- Tsykunov MB, Nigamadianov R., Lukyanov VI, et al. Diagnosis of postural disorders using computer stabilometry in children with pathology of the spine. Bulletin Rehabilitat Med. 2017;(4):10–16. EDN: ZFOTIX
- Patent RUS № RU 2497451 С1. Davydov OD, Montile AI, Marchuk YV, Kuznetsova NL. Method of diagnostics of functional disorders of the musculoskeletal system. (In Russ.) Available from: https://patents.google.com/patent/RU2497451C1/ru. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2165733 С2. Kondratyev IV, Pereyaslov GA, Sliva SS, Usachev VI. Method of assessment of the general functional state of man. (In Russ.) Available from: https://patents.google.com/patent/RU2165733C2/ru. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2545894 С2. Istomina TV, Safronov AI, Istomin VV, et al. Method of diagnostics of motor disorders. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2545894C2_20150410. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2297177 С2. Ryzhkov II, Bakurskiy SN, Kutepov MM, Grebennikova IN. Method of assessment of coordination of bioelectrical activity of paravertebral muscles. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2297177C2_20070420. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2400134 С2. Nebozhin AI, Eliseev NP, Belyakov VV. Method for assessing the degree of severity of biomechanical disorders in the cervical spine. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2400134C2_20100927. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2121290 С1. Zoikin VP, Pavlovichov SA, Mullabaev AA. Method of diagnostics of posttraumatic functional instability of the knee joint. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2121290C1_19981110. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2148948 С1. Vasilieva LF, Dupin VA. Method of electromyographic diagnostics of muscular effort coordination violation. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2148948C1_20000520. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2085116 С1. Velikson VM, Shapot YB, Kashansky YB. Method of assessing the quality of walking in patients with impaired motor function. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2085116C1_19970727. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2229263 С1. Smirnov GV, Rukina NN, Builova TV. Method of assessment of walking character in patients with hip joint pathology. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2229263C1_20040527. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 91837 U1. Zhivaev VP, Prokopenko VS, Prokopenko SV, et al. Analyser of kinematic parameters of human walking. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU91837U1_20100310. Accessed: 15.03.2024.
- Patent RUS № RU 2687004 С1. Rulev IM. Method of changing the load on the supporting surface during walking. (In Russ.) Available from: https://yandex.ru/patents/doc/RU2687004C1_20190506. Accessed: 15.03.2024.
Supplementary files
