Приведение ног в тренажере: Разведение ног в тренажере – шлифовка формы ягодиц

Что развивает и как называется тренажер?

Итак, сведение и разведение ног в тренажере сидя помогают нам в тренировке ног, но эти два движения направлены на разные мышцы: если разведение ног нацелено на тренировку мускулатуры наружной поверхности бедра, то сведение – его внутренней поверхности. Упражнение относится к изоляционным. Подходит и для женщин, и для мужчин.

Кстати, часто бывает, что тренажер способен выполнять лишь одно движение: или сведение или разведение. Это зависит от конструкции тренажера. По правде говоря, это жутко не удобно на наш взгляд, но тренажерный зал нужно же чем-то заполнять. Во многих фитнес-центрах имеются данные тренажеры. В их конструкцию входят мягкое сиденье, система рычагов, отсек для регулирования веса и два снабженных мягкими валиками упора, в которые упираются колени.

Ошибиться в выполнении этих упражнений трудно, так как они просты и понятны.

Какие мышцы работают

При разведении ног сидя какие мышцы задействованы:

• абдукторы – приводящие мышцы, средние и малые ягодичные.
• мышцы — стабилизаторы: квадратная мышца спины, мышцы-выпрямители позвоночника и мышцы живота.

Милые девушки, напоминаем, что, разрабатывая данные мышцы, вы не уменьшите количество жира в данной проблемной области. Основная задача, которую выполняет упражнение сведение и разведение ног в тренажере, заключается в укреплении мускулатуры, а не в избавлении от жировых отложений.

Статья с объяснением, почему все так несправедливо: Почему мы не худеем локально или как сжечь жир?

Мышечный атлас при сведении ног:

• аддукторы — мышцы внутренней поверхности бедер. Важный момент: в повседневной жизни они очень мало задействованы.

Техника выполнения с фото: как правильно делать?

Как мы писали выше, упражнения не сложные и не требующие каких-то особых навыков и умений. Итак, как правильно делать на тренажере и без оного:

Сидя

Выполнение сведения ног в тренажере:

1. Установите необходимый вес для отягощения на тренажере и отрегулируйте положение спинки. Примите исходное положение, при котором ноги разведены в стороны и упираются в валики или подушки тренажера, выпрямите спину и упритесь ей в спинку сидения.
2. Ноги должны быть согнуты под углом 90 градусов или более. Сделайте глубокий вдох.
3. Выдыхая, напрягите бедра и начинайте сводить ноги друг к другу. Угол сгибания ног не изменять.
4. В финишной точке (ноги полностью сведены) задержитесь в таком положении на 1-2 секунды и максимально напрягите приводящие мышцы бедра.
5. Начиная вдох, разводите ноги медленно, не рывками, соблюдая при этом технику. Не доводите ноги до точки исходного положения, дабы оставить мышцы в напряженном состоянии. Повторите движения несколько раз в соответствии с тренировочной программой.

Дорогой, я ускорила метаболизм или мифы о «раскрученном» метаболизме

Как пользоваться тренажером для разведения:

1. Примите исходное положение. Сядьте на тренажер так, чтобы бедра оказались между боковыми упорами. Возьмитесь руками за ручки, расправьте грудь и выпрямите спину. Теперь можно приступать к разведению ног в тренажере.
2. На вдохе напрягите пресс и максимально разведите ноги в стороны. На несколько секунд задержитесь в крайнем положении.
3. Медленно вернитесь в исходное положение и выдохните. Ваши ноги должны двигаться друг к другу не под давлением подушек тренажера, а как бы сопротивляясь ему. Это значит, что мышцы до конца не расслабляем и выполняем движение полностью подконтрольно.

Так как данные упражнения относятся к изоляции, не стоит гнаться за весами. Очень часто девочки окрыленные легкостью выполнения начинают немного кичится своей «силой» и быстро увеличивают веса. Изоляция — это всего лишь ваш помощник, ваш главные инструмент — это царица база (базовые упражнения). Если вы не будете делать базу или филонить при ее выполнении, то можете попрощаться с красивым телом, гарантия 100%.

Мы не утверждаем, что изоляция — это плохо, нет! Изоляционные упражнения очень помогают нам качественно нагрузить мышцу, которая предварительно утомлена базой. А то есть такие уникумы, которые в сведении и разведении делают 40 кг, а приседают через раз и еле еле.

Вывод: изоляция хорошо, но без базы все равно никуда.

Настоятельно рекомендуем вам ознакомиться с техникой выполнения базовых упражнений: Делай базу, красотка!.

В наклоне

Если тренажер позволяет менять угол наклона спинки, воспользуйтесь этим шансом. Выполняя разведение ног сидя в наклоне назад, вы максимально загрузите целевые мышцы – средние и малые ягодичные.

Сведение-разведение с наклоном вперед:

Если же вы будете держать корпус прямо или наклонитесь вперед, то подключится верхняя часть больших ягодичных мышц.Кстати, еще одно отличное упражнение на так называемый «верх ягодиц» — ягодичные махи.

В положении стоя

Для этого поворачиваемся спиной к тренажеру стоя и валикам, беремся руками за спинку кресла и упираемся в него коленями. Спина должна быть прямой, а таз немного отведен назад. На выдохе сводим ноги, опираясь ступнями о валики, а на вдохе разводим их. Ноги не должны двигаться по инерции – всегда должно присутствовать напряжение.

Или вот такой вариант.

С нижнего блока в кроссовере

Что касается зала, то заменой разведению ног может быть мах в сторону с нижнего блока, который прорабатывает мышцы бедра. Для большего эффекта можно в начале позаниматься с блоками, а затем приступить к «разводному» тренажеру.

С резинкой

Интересный вариант для упражнений в домашних условиях — настоящий домашний тренажер! Вариаций куча, все зависит от вашего удобства и фантазии. Вот идеи:

1. Разведение и сведение ног лежа на боку. Расположите резиновую ленту на голени для дополнительной нагрузки на внешнюю поверхность бедра. Поднимаем ногу, задерживаем в пиковой точке напряжения, опускаем. Не отклоняйтесь вперёд и назад и не выворачивайте бёдра внутрь или наружу. Во время движения также работают мышцы корпуса. Ступни обеих ног параллельны.Если развернуть ногу пальцами вверх, вы проработаете наружные вращатели бедра.
2. В стороны на коленях
3. Упражнение в стороны лежа на спине на полу. Займите положение лежа, выпрямите руки вдоль позвоночника, поднимите ноги вверх. Разводите и сводите их с натянутой на голенях резинкой. Подвиньте эспандер выше, если упражнение кажется слишком сложным. Можете делать еще плюсом подъем таза вверх с последующим сведением ног!
4. Сидя на стуле для женщин. Сядьте на стул/диван/скамью. Резинку расположите выше колен, на бедрах: так нагрузка ляжет намного лучше, чем когда эспандер находится чуть ниже колена. Ступни поставьте так, чтобы лента была натянута и чувствовалась нагрузка. Тело наклоните вперед. Разводите и сводите колени, задерживаясь в наивысшей точки напряжения на 3 секунды. В ней делайте пульсирующие движения, но не вперед назад, а только вперед, раздвигая ноги шире!

Разведение ног в тренажере при варикозе — читаем Правдивый ответ, можно ли заниматься спортом при варикозе

Уличный тренажер

Советы для достижения максимальной пользы

• Перед выполнением упражнения разомните тазобедренные суставы и потяните паховые связки. Это позволит мышцам лучше воспринимать нагрузку, а также увеличит амплитуду движений.
  Посмотреть эффективную суставную гимнастику можно в данной статье.
• Следите за тем, чтобы спина оставалась ровной. Ни в коем случае не горбите спину на последних повторениях! Если у вас не осталось сил, сократите упражнение или помогите себе преодолеть сопротивление с помощью рук.
• Работайте медленно и избегайте резких движений. Старайтесь не использовать силу инерции.
• Важную роль играет заминка. Ваши мышцы будут достаточно эластичными только в том случае, если вы не будете пропускать растяжку после тренировки, которая способствует выводу из мышц молочной кислоты, тем самым снимая болезненные ощущения, которые обычно возникают на следующий день после тренировки.

Чем заменить?

Тренажер для сведение и разведение ног нельзя назвать очень эффективным. Его можно заменить упражнением – «Шаги с резиновой лентой в стороны» и присед плие.

1. Техника выполнения упражнения с лентой: на лодыжках закрепите ленту и, растягивая снаряд, совершайте небольшие шаги влево-вправо. Затем в стойке прямо поставьте ноги по шире плеч, в стороны смотрят носки. Держа спину прямой и опуская ягодицы, опуститесь в присед, так чтоб образовать параллель с полом бедер. Вернитесь в начальное положение. Для наглядности просмотрите видео.

   Кстати, данные упражнения помогут вам решить проблему «гулящих» в приседе коленей. Очень часто у тех, кто начинает приседать со штангой, начинают сводиться колени как только они добавят вес на спину. Это распространенная проблема, но ее можно решить именно при помощи данных упражнений. Вы укрепите мелкие мышцы и связки, удерживающие коленную чашечку и приучите себе держать колени ровно.

   Упражнение лучше оставлять на добивку, после приседа.

2. Присед плие достаточно прост в выполнении. Встаньте прямо, статически напрягите пресс и возьмите в руки гантель у основания/гирю за ручку. Поставьте ноги шире плеч, колени слегка согните и разведите стопы наружу (примерно до угла 45 градусов). Разворот ступней на 45 градусов является чисто условным, ноги нужно ставить так, насколько это позволяет гибкость тела без нарушения техники, чтобы вам было комфортно. Гантель поместите между ног. Это исходное положение.

   На вдохе начните опускаться вниз, медленно сгибая ноги в коленях. Колени не должны выходить за пределы ступней и не должны сводиться, а должны как бы уходить в стороны (работать как ножницы). Опускайтесь до положения, пока Ваши бедра не станут параллельны полу. Как только почувствуете хорошее растяжение приводящих мышц, на выдохе приведите тело в исходное положение, толкаясь пяткой от пола.

   Т.е. вдох — опускаемся, выдох — поднимаемся. Повторите заданное количество раз. В верхней точке движения не блокируйте и не запирайте колени. Правильное выполнение должно вызывать чувство напряжения квадрицепсов, внутренней поверхности бедер и ягодиц.

   На протяжении всего движения держите спину прямой, а снаряд близко к телу. Руки не должны «гулять», но и не должны тянуть вес, постарайтесь перенести всю нагрузку на ягодицы. Как это сделать? Ответ найдете в статье «Концентрация на тренировках: качаем попу головой«. Обязательно обращайте внимание на темп: делайте упражнение плавно и без рывков.

   Если возникли трудности с поддержанием равновесия, то выполняйте плие приседания, прислонившись спиной к стене. Упражнение лучше поставить в начало тренировки, а перед ним выполнить 5-10 минут разминки. Не опускайте голову вниз и не смотрите на свои ноги, лучше повернитесь боком к зеркалу и фиксируйте качество техники. Для большей глубины седа и акцентированной проработки ягодиц можно использовать степ-платформы под каждой из ног.

Эффективно качаем мадам Сижу: приседания плие и сумо

С чем комбинировать?

Упражнения на данном тренажере можно использовать как вспомогательные к основным (или реабилитационные в случае получения травм) и включать в конец тренировки, но работа только с ним не даст никакого прогресса в улучшении формы ног, помните это и не западайте на тренажер как исключительный для тренировки мышц внутренней поверхности бедра.

Думаю, возник резонный вопрос: для чего в залах устанавливают подобные не особо эффективные тренажеры. Ответ – если бы их не было, фитнес-центры отвадили бы от своего посещения большую часть женской клиентуры. Вкупе с тем, что женщины боятся свободных весов и стать слишком большими и мышечными, им проще выбрать легкую нагрузку по себе.

Поэтому, дамы, в деле улучшения форм внутренней части бедер используйте приводящий тренажер с умом и не зацикливайтесь только на нем.

Вред

Сразу попросим заметить, мы не заявляем, что этот тренажер вреден. Упражнения на данном тренажере полезны в меру с небольшими весами и малым общим месячным объемом их использования. Они действительно создают мышечный тонус отводящих и приводящих мышц бедра, улучшают тонус средних и малых ягодичных мышц, улучшают кровообращение в этих местах.

Однако они совсем не убирают лишний жир и более того, эти упражнения даже могут быть вредными.

(Степень занудства: приемлемая)

Мы уже упоминали, что амплитуда движения в этом тренажере неестественна для организма, т.е. данное движение нигде не применяется за пределами зала. Да и сами приводящие мышцы (на которые и направлено данное упражнение) не особо много работают в жизни. Эти мышцы являются комплексом мускулов глубокого залегания внутренней поверхности бедра и паха. Их трудно нащупать, т.к. они “погребены” под другими мышцами, например, четырехглавой. Вы используете эти мышцы при подъемах по лестнице, восхождении в гору и при вставании.
Прогресс в весе идет достаточно быстро, но чем он больше, тем это сильнее напрягает позвоночник. Коленная чашечка также не скажет спасибо от все возрастающей нагрузки.

Как снизить нагрузку на колени при занятиях спортом?

Таким образом получается, что как бы вы ни использовали тренажер для сведения ног, он с большой долей вероятности не изменит ваш композитный состав ног, для этих целей это бесполезный инструмент. И все дело тут в биомеханике движения. Сама по себе конструкция тренажера сидячая, поэтому мышцы бедер в таком положении никак не работают. Часто бывает, что люди приходят в зал после трудового сидячего дня, дабы разогнать кровь и привести мышцы в тонус.

И, как ни странно, выбирают сами (или по совету тренера) для тренировки мышц сидячий тренажер. Это не верно. Необходимо выбирать упражнения, в которых требуется удержать баланс и которые используют свободные веса и хождение/стояние с отягощением. В частности, сведение ног можно заменить на перекрестные выпады или отведение ноги на блоке — они позволяют добиться значительно лучшего “тюнинга” ног.

Написанное не стоит воспринимать как полную несостоятельность приводящего тренажера для проработки соответствующих мышц.

Самый главный вред состоит в том, что при разведении ног в тренажере в большом объеме и тем более с хорошими весами постепенно развиваются и спазмируются грушевидные мышцы.

Начало грушевидной мышцы на передней поверхности крестца, а прикрепляется она к бедренной кости. Функция грушевидной мышцы – отведение и супинация бедра. Под грушевидной мышцей расположен седалищный нерв — самый длинный нерв в организме, проходит от нижней части позвоночника, через ягодицы и бедра, вниз по задней поверхности ноги. Хотя этот нерв находится в обеих ногах, симптомы защемления седалищного нерва обычно проявляются только в одной ноге.

Вы никогда не чувствовали при выполнения данного упражнения, что у вас «сводит» бедро, какое то ноющая боль при разведении в стороны глубоко внутри? Нет, это не мышца, которую вы так здорово прокачали, это бедный нерв просит о милости.

Симптомы защемления:

1. Самый первый симптом защемления седалищного нерва — это боль, которая, как правило, начинается в нижней части спины и распространяется по всей протяженности нерва: через ягодицы, к бедрам и икрам. Интенсивность болевых ощущений может варьироваться от слабых до очень острых. Иногда боль проявляется в виде жжения, в других случаях может быть похожей на удары током.
2. Еще одним распространенным симптомом защемления седалищного нерва является онемение, которое охватывает часть ноги или всю ногу. Онемение в одной области может сопровождаться болью в другой. Кроме того, обычно человек при этом испытывает еще и характерное покалывание в пальцах ног.
3. Один из самых неприятных симптомов защемления седалищного нерва — это потеря контроля над мочевым пузырем или кишечником. Это состояние встречается редко и требует неотложной медицинской помощи. Иногда этот симптом защемления седалищного нерва сопровождается пояснично-крестцовым радикулитом.

Во время сведения ног в тренажере при спазмированной грушевидной мышцы происходит еще большее сдавливание седалищного нерва и ухудшение либо проявление симптомов.

Вывод: данный тренажер можно использовать в своей тренировочной программе, но с небольшими весами и максимум 1 раз в неделю.

Видео

Техника и нюансы для женщин:

Упражнения на тренажере на видео для мужчин:

«А вот я..»

• «Это мое самое любимое упражнение, мне его комфортно делать, и я к нему привыкла.»

• Привычки часто бывают вредными из-за бессознательности, особенно приносящие вред, а тренировка должна выводить вас из зоны комфорта, чтобы был какой-то толк от нее. И вообще аргумент «а мне так больше нравится/мне так удобно/я так хочу» оставляйте за пределами спортзала.

• «Мне его тренер посоветовал делать, а все женщины довольны этими упражнениями.»

• А если тренер посоветует заниматься в трусах и каске? Взвешивайте логически полученную информацию, советы, и делайте выводы сами. А тех, кто уже не доволен, вы либо не увидите в клубе, либо они будут просто страдать болями, не понимая причину, и заниматься дальше.

• Вообще не понимаю, как можно не делать эти упражнения..

• Во-первых, ясно написано, что совсем отказываться не нужно, стоит снизить рабочий вес и частоту использования. И вообще, так трудно от них отказаться? Конечно, ведь это простые и приятные упражнения, их можно делать хоть несколько часов, «чувствуя», как мышцы подтягиваются, жгут. Но давайте, всё-таки, не будем забывать, что спорт должен улучшать здоровье, а не приносить вред во имя красивой попы.

[Всего голосов: 1    Средний: 5/5]

Данная статья проверена дипломированным диетологом, который имеет степень бакалавра в области питания и диетологии, Веремеевым Д.Г.

Статьи предназначены только для ознакомительных и образовательных целей и не заменяет профессиональные медицинские консультации, диагностику или лечение. Всегда консультируйтесь со своим врачом по любым вопросам, которые могут у вас возникнуть о состоянии здоровья.

Разведение ног в тренажере сидя

Простое разведение ног в тренажере сидя – изолирующее движение для средней ягодичной мышцы. Оно задействует и малую ягодичную, а также другие мускулы как стабилизаторы. Упражнение пользуется дурной славой. Спортсменки постоянно критикуют обычных женщин, которые «седлают» тренажер для разведения чуть ли не в самом начале тренировки «низа». Они считают, что это малозатратное движение не способно вылепить упругие ягодицы. Тем не менее, смысл выполнять разведение на ягодицы есть.

Разведение ног: какие мышцы работают

Какие мышцы работают при разведении ног в тренажере:

• Отведение бедра в сторону осуществляется за счет работы средней и малой ягодичной мышц;
• Приведение в исходное положение – за счет приводящей мышцы бедра и силы инерции;
• Дополнительно нагружаются напрягатель широкой фасции, длинные мышцы спины и работает пресс как стабилизатор.

Критика упражнения связана с одним простым фактом. Оно не прорабатывает большую ягодичную мышцу, которая больше задействована в отведении ноги назад. Потому спортсменки фитнес-бикини дают своим клиенткам махи ногой назад и «ягодичные мосты». Но разведение способно избавить от специфической проблемы худых девушек – «ямок» в середине ягодицы. Поэтому оно встречается в тренировочных планах как последнее изолирующее движение.

Многие девушки встают на «педали» тренажера ногами, разводят ноги, и одновременно опускают таз в подобие приседа, а затем встают в стойку. Это упражнение дополнительно задействует бицепс бедра и квадрицепс, и помогает придать тонус мышцам ног. Но оно не может заменить классическое приседание со штангой или гантелями, и не должно использоваться как основное. Это движение может быть четвертым-пятым упражнением в программе, либо использоваться как предварительное утомление или разминка перед тяжелым приседанием. Ягодичные мышцы – сильные, и проработать их подобными упражнениями до результата не получится.

Техника выполнения

Техника выполнения разведения ног в тренажере проста:

• Сесть на скамью тренажера и зафиксировать стопы на «педалях», а ногами – упереться в фискаторы;
• Подтянуть живот, ухватиться руками за ручки, чтобы исключить инерцию;
• Развести бедра в стороны одновременным плавным движением;
• Медленно свести, исключая касание коленями друг друга.

Техническими ошибками является толкание тренажера рывком, и приведение в исходное положение за счет силы инерции.

Вариаций упражнения несколько:

• Разведение с прямой вертикальной спиной – больший акцент на среднюю ягодичную;
• Разведение ног с наклоном корпуса вперед – позволяет частично загрузить большую ягодичную;
• Разведение с отклонением корпуса назад – при полностью прижатой к спинке тренажера спине позволяет комфортно выполнять упражнение людям с различными типами телосложений.

Чем заменить разведение ног в тренажере

Замена этого упражнения необходима, если в зале просто нет соответствующей машины или она занята.

Первый вариант – выполнять разведение ног с резиновым амортизатором, закрепленным на уровне чуть выше коленей. Круглую резинку для фитнеса одевают на бедра чуть выше коленей, садятся на скамью, ставят пятки на листы бумаги, чтобы ноги скользили, и выполняют упражнение. Это изолирующее среднюю ягодичную мышцу движение.

Второй вариант, чтобы заменить разведение ног в тренажере – шаги в стороны с резиновым амортизатором на уровне чуть выше колена, или на уровне коленей, если это не вызывает дискомфорта. Нужно стараться поддерживать корпус прямым, пресс втянутым, и делать приставные шаги в стороны.

Третий вариант – отведение бедра в сторону в кроссовере стоя. Манжету тренажера закрепляют на лодыжке, встают так, чтобы можно было опереться руками о вертикальную опору, и отводят прямую ногу в сторону с выдохом на комфортную высоту.

Четвертый вариант – отведение бедра в сторону с утяжелителем. Это наименее сложный вариант, он используется в тренинге новичков. Встать прямо, и отводить ногу в сторону как в предыдущем упражнении, но стараться избегать маховых и маятниковых движений.

Отведения бедра лежа на одном боку также могут заменить разведение ног в тренажере. Амортизатор крепится на уровне коленей, «верхняя» нога отводится в сторону. Напряжение не должно менять положение тела, поэтому допускается опора о пол рукой.

Отведения в сторону не «убирают галифе» и не помогают похудеть. В комплексном тренировочном плане, содержащем приседания или жим ногами, тягу или наклон вперед, и другие упражнения на ноги, они способны задействовать относительно мелкие средние ягодичные мышцы. Выполнять их «для похудения» на огромное количество повторов не стоит. Кардионагрузку лучше получить после силовой тренировки, а разведения делают в количестве 10-20 повторений до чувства существенного утомления мышц.

Поделиться в социальных сетях

Влияние ширины таза и длины ноги на износ тазобедренной чашки из сверхвысокомолекулярного полиэтилена

Признак абдуктора: новый надежный признак для выявления одностороннего неорганического пареза нижней конечности

Выявление неорганического пареза, связанного с конверсионным расстройством (истерией) или симуляцией, было важной темой неврологии уже более века . ¹ Предыдущие исследователи указали на опасность чрезмерного обследования истерических пациентов, ^{2– 4} , а также ошибочного диагноза истерии, поставленного пациенту с истинным органическим заболеванием. ^{3 5– 7} Таким образом, потребность в надежных клинических признаках, которые могут подтвердить неорганическую природу пареза, не уменьшилась даже в нашу эпоху сложных диагностических методов, включая исследования изображений.

Признак Гувера — известный классический признак, различающий органический и неорганический парез нижней конечности. ⁸ Однако несколько клиницистов заявили, что этот тест может давать переменные или двусмысленные результаты. ^{2 7 9– 12} Я разработал новый неврологический тест, названный «абдукторный признак», который напоминает знак Гувера при использовании контралатерального синергетического движения, но обеспечивает более четкое различие между органическим и неорганическим парезом. нижней конечности.

Предварительные результаты этого исследования опубликованы. ¹³

МЕТОДЫ

Объектами исследования были 33 пациента с парезом одной ноги или обеих ног, но доминирующим на одной ноге.Из этих пациентов 16 имели неорганическое происхождение (трое мужчин и 14 женщин, в возрасте от 16 до 75 лет) и 17 пациентов имели органическое происхождение (12 мужчин и пять женщин в возрасте от 25 до 87 лет). Пациенты неорганического происхождения отбирались последовательно от пациентов, направленных ко мне (как стационарных, так и амбулаторных пациентов) в течение 22 месяцев до мая 2001 г. Пациенты с органическими методами были отобраны из одной и той же популяции.

Неорганический парез диагностировали по отрицательному признаку Бабинского, симметричным сухожильным рефлексам, типичной слабости уступки, ^{2 14} или неизбирательному поражению мышц сгибателей и разгибателей.У 11 пациентов паретическая сторона была левой, у 5 — правой. У четырех пациентов психогенная слабость накладывалась на какое-то органическое заболевание, которое вряд ли могло вызвать одностороннюю слабость в ногах (паралич Белла, невралгия тройничного нерва, вращательное головокружение или болезненная диабетическая невропатия). У четырех других пациентов симптомы возникли после идентифицируемого события, включая медицинские вмешательства (три общих или местной анестезии; одно дорожно-транспортное происшествие). У остальных восьми пациентов не было выявлено определенной причины.Различие между конверсионным расстройством (истерией) и симуляцией не проводилось, потому что это различие часто затруднено и требует подробного психологического интервью. ^{14 15} Однако у большинства пациентов подозревали истерию, потому что они, как правило, помогали при обследовании.

Причинный уровень органического пареза был кортикоспинальным у 14 пациентов (восемь цереброваскулярных заболеваний, одна церебральная травма, два рассеянного склероза, два шейных спондилеза, один боковой амиотрофический склероз (БАС) с преимущественным поражением верхних двигательных нейронов), нейрогенным у двух пациентов ( оба с БАС), и миопатические в одном (миозит с тельцами включения).Органический парез кортикоспинального происхождения диагностировали по положительному одностороннему признаку Бабинского, гиперрефлексии или относительной щаде разгибателей ног. ^{14 16} Нейрогенная или миопатическая слабость была диагностирована на основании соответствующих результатов игольчатой ​​электромиографии.

Для проверки отводящего признака экзаменатор стоял у ног лежавшего на спине пациента. Он положил руки на боковые стороны обеих ног и препятствовал отводящему движению ног во время следующих маневров, обеспечивая при этом одинаковое давление обеими руками; это было легко достигнуто, потому что применение одинаковой силы приведения обеих рук является естественным синергетическим действием экзаменатора.

Знак похитителя — предварительное испытание

Во-первых, в качестве подготовительного теста экзаменатор сказал пациенту отвести обе ноги одновременно с максимально возможной силой. Слабое отведение паретической ноги было очевидным как для органических, так и для неорганических парез: здоровая нога была зафиксирована в отведенном положении, полностью противоположно руке исследователя, тогда как паретическая нога двигалась в направлении аддукции из-за более сильной противодействующей силы, создаваемой экзаменатор (рис. 1A и 1D).

Рисунок 1

Схематическое объяснение знака похитителя. (A) и (D): отведение обеих ног; (B) и (E): отведение здоровой ноги; (C) и (F): отведение паретичной ноги при органическом и неорганическом парезе левой ноги (паретичная левая нога затемнена). Черная стрела, отводящая сила ноги пациента; серая отметина руки — рука экзаменатора; серая стрелка, приводящая сила, прилагаемая рукой исследователя к ноге пациента; белая стрелка — направление движения ноги; белый кружок, нога, которая не двигается; жирная белая стрелка — движение непроведенной ноги, использованное для диагностики; жирный белый кружок, неподвижная нога, используемая для диагностики.

Знак похитителя — основное испытание

Затем, в качестве основного теста, экзаменатор сказал пациенту по очереди отвести каждую ногу как можно сильнее. Экзаменатор наблюдал за поведением неведенной ноги, которая изначально была помещена в приведенное положение по средней линии. Экзаменатор направил внимание пациента исключительно на отведенную ногу, а не на отведенную ногу.

При органическом парезе, когда пациенту было сказано отвести здоровую ногу, здоровая нога оставалась зафиксированной в отведенном положении, тогда как паретическая нога, которая обычно должна проявлять синергетическую отводящую силу, чтобы противостоять руке исследователя, подавлялась и перемещалась направление сверхпроводимости (рис. 1B и 2A).Когда ему сказали отвести паретичную ногу, она была подавлена ​​рукой исследователя, в то время как здоровая нога оказала сильную синергетическую силу и осталась зафиксированной в исходном положении (рис. 1C и 2B)

Рисунок 2

Знак абдуктора у пациента с органическим парезом и пациента с парезом неорганического происхождения. Белая стрелка, движение; белый круг, неподвижная нога. (A), (B): мужчина 49 лет с рассеянным склерозом с парезом левой ноги (органический).(A) Пациент отводит здоровую правую ногу; непроведенная паретическая ножка движется в направлении гиперадукции. (B) Пациент отводит паретичную левую ногу; неведенная здоровая нога остается в исходном положении. (C), (D): женщина 45 лет с истерическим парезом, наложенным на корешковую травму, с парезом левой ноги (неорганического происхождения). (C) Пациент отводит здоровую правую ногу; неведенная «паретическая» нога остается в исходном положении. (D) Пациент отводит паретичную левую ногу; неведенная «здоровая» нога движется в направлении гиперадукции.

Однако при неорганическом парезе наблюдаются другие явления. Когда пациенту говорят отвести здоровую ногу, обычно все движения, направленные на «отведение здоровой ноги», являются сильными. Таким образом, не только сильное отведение здоровой ноги, но также сильное синергетическое противостояние «паретичной ноги», и последняя остается фиксированной в своем исходном положении (рис. 1E и 2C). Когда пациенту говорят отвести паретическую ногу, весь набор движений становится слабым. Следовательно, не только отводящая паретическая нога, но и противоположная «здоровая нога» становится слабой, и последняя движется в направлении гиперадукции, подавляемой рукой исследователя (рис. 1F и 2D).

Вышеупомянутые противоположные наборы реакций непроведенной ноги были названы «органическими» и «неорганическими» паттернами абдукторного знака соответственно.

Знак Гувера

Признак Гувера также проверялся по всем предметам. В положении лежа на спине пациенту говорят поднять одну вытянутую ногу, и экзаменующий оказывает противоположное давление вниз на поднятую ногу. В то же время исследователь кладет другую руку под пятку неподнятой ноги и оценивает синергетическое давление вниз, прилагая противодействующую силу, направленную вверх.

В первоначальном описании Гувера указывалось, что знак состоит из двух отдельных тестов. ⁸ Первый, здесь названный тестом Гувера 1, исследует дополнительное сопротивление паретичной ноги при поднятии здоровой ноги. Это давление вниз сравнивается с силой предварительно проверенного вручную разгибателя бедра. Парез считался неорганическим, если паретическая нога оказывала полное сопротивление вниз, более сильное, чем сила, проверенная вручную. Парез считался органическим, если давление вниз было столь же слабым, как сила, испытанная вручную.Когда вручную проверенная сила разгибателя бедра была полной, этот тест не был диагностическим.

Тест Гувера 2 исследует дополнительное сопротивление здоровой ноги, когда пациент поднимает или пытается поднять паретичную ногу. Когда здоровая нога оказывает лишь слабое давление вниз и пассивно поднимается рукой исследователя, парез считается неорганическим. Обычно сильное сопротивление здоровой ноги вниз предполагает органический парез. Когда сила сгибателя бедра, проверенная вручную, полная, этот тест не является диагностическим.

Мы пришли к выводу, что признак Гувера в целом указывает на неорганический парез, если хотя бы один из двух тестов предполагает неорганический парез, поскольку оба явления, указывающие на неорганический парез, вряд ли возникнут при органическом парезе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

У каждого пациента в этой серии была некоторая слабость отводящего тазобедренного сустава, и признак отведения был диагностическим. Признак абдуктора показал неорганический образец для всех 16 пациентов с неорганическим парезом и органический образец для всех 17 пациентов с органическим парезом (таблица 1).

Таблица 1

Сводка результатов

Тест Гувера 1 правильно показал неорганический парез у всех 12 пациентов с неорганическим парезом, у которых были слабые разгибатели бедра. У остальных четырех пациентов с нормальными разгибателями бедра он не был диагностическим. Тест Гувера 2 показал органический паттерн у двух из 15 неорганических пациентов со слабостью сгибателей бедра: таким образом, нисходящая оппозиция здоровой ноги была в полной силе, несмотря на слабый подъем паретичной ноги.У одного из этих двух пациентов тест Гувера 1 показал неорганический парез, а симптом Гувера в целом был признан неорганическим. У другого пациента тест Гувера 1 не был диагностическим из-за нормального разгибателя бедра, и он был диагностирован как органический даже при сочетании двух тестов, составляющих признак Гувера. У одного пациента сгибатель и разгибатель бедра были нормальными, а признак Гувера не был диагностическим.

Среди 17 пациентов с органическим парезом разгибатели бедра были нормальными у 12, а сгибатели бедра были нормальными у одного, что отражает меньшее вовлечение разгибателей в пирамидную слабость ^{14 16} ; Тест Гувера 1 не был диагностическим у пациентов с нормальными разгибателями бедра, а тест 2 не был диагностическим у пациентов с нормальными сгибателями бедра.Тесты Гувера 1 и 2 правильно указали на органический парез при диагностике.

ОБСУЖДЕНИЕ

Признак абдуктора — это новый неврологический тест, использующий контралатеральные синергические движения, аналогичные признаку Гувера. Произвольное отведение одной ноги неизбежно сопровождается синергическим сокращением средней ягодичной мышцы другой стороны. В противном случае таз будет повернут в сторону отведенной ноги из-за действия средней ягодичной мышцы — сокращение средней ягодичной мышцы на неведенной стороне стабилизирует таз и дает прочную основу для действия другой средней ягодичной мышцы по отведению ноги.

При органическом парезе все наблюдаемые явления просто соответствуют слабости средней ягодичной мышцы на паретической стороне. Напротив, как указывал Бабинский, истерический парез влияет на всю «систему» ​​произвольных движений, которые пациент призван выполнять. ^{1 14 17 18} Таким образом, весь набор движений для отведения здоровой ноги является сильным, тогда как весь набор движений для отведения паретичной ноги является слабым.

Разница между двумя вышеупомянутыми ситуациями становится очевидной, когда экзаменующий говорит пациенту отвести каждую ногу «отдельно» и оказывает приводящее давление, используя руки, чтобы противостоять обеим ногам.Здесь тест также использует синергетическое действие обеих рук экзаменатора, которое должно создавать почти симметричную приводящую силу. Например, когда пациент отводит здоровую ногу при органическом парезе, сила отведения здоровой ноги уравновешивается противодействующим давлением руки исследователя, тогда как столь же сильное приводящее давление другой руки исследователя подавляет слабое синергетическое сокращение. средней ягодичной мышцы на паретической ножке, которая, таким образом, движется в направлении гиперадукции.Как подробно описано в разделе о методах, различные способы воздействия между органическим и неорганическим парезом приводят к диаметрально противоположному поведению неповрежденной ноги, то есть к движению или неподвижности. Единственная необходимая техника — побудить пациента сосредоточиться на отведенной ноге и не обращать внимания на неведенную ногу. Это обычное явление для признака Гувера, когда экзаменующий должен позаботиться о том, чтобы пациент не осознавал, что фактически исследуемая нога не поднята.

Было описано несколько явлений, связанных с отведением или приведением ног. Раймист сообщил об аномальном контралатеральном движении, связанном с отведением или приведением паретической ноги, наблюдаемом у пациентов с гемиплегией, ¹⁹ , которое теперь известно как «признак ноги Раймиста». ¹⁴ Он также заявил, что это связанное движение не наблюдается у истерических пациентов. Однако и маневр, и результаты этого знака отличаются от нынешнего знака похищения.В знаке Раймист экзаменатор сопротивляется только отведению здоровой ноги и наблюдает за свободным движением паретичной ноги без сопротивления. Паретическая нога движется в отводящем направлении только при органическом парезе из-за ненормального связанного с ней движения. Направление движения паретической ноги в знаке Раймиста противоположно текущему знаку отводящего: при отводящем знаке она должна двигаться в направлении гиперадукции, подавляемом экзаменатором. Это ясно показывает, что два знака совершенно разные.

Weintaub ¹⁷ упомянул признак для обнаружения неорганической слабости с использованием контралатерального синергического сокращения приводящих мышц бедра. Он заявил, что у пациента, жалующегося на одностороннюю слабость приводящей мышцы бедра, врач может почувствовать сокращение этой мышцы, когда проверяет сопротивление противоположного бедра. Однако в этой газете не было упоминания о похитителях бедер. ДеМайер ²⁰ дал краткое описание теста, который близок к моему признаку похищения, заявив, что тот же принцип, что и в знаке Гувера — вызвать непреднамеренное закрепление предположительно парализованной части — действует при тестировании приведения и отведения ног.Затем он написал: «Когда исследователь сжимает оба колена вместе или пытается развести их в стороны, (истеричный) пациент часто автоматически фиксирует якобы парализованную конечность против действия неповрежденной конечности». Это описание может соответствовать части настоящего отводящего признака — отведению здоровой конечности при неорганическом парезе — хотя Де Майер не упомянул явно важный аспект признака, что исследователь должен попросить пациента отвести одну ногу отдельно; одновременное отведение обеих ног выявляет только слабость паретичной ноги даже при неорганическом парезе (рис. 1A и 1D).Больше не было упоминаний, например, об отведении паретичной конечности при неорганическом парезе или о находках при органическом парезе.

Следовательно, я считаю, что описанный здесь знак похитителя является новым признаком, о котором никогда не сообщалось, за исключением краткого и неполного упоминания Демайером. ²⁰

Несколько исследователей заявили, что признак Гувера может давать разные или двусмысленные результаты. ^{2 7 9– 12} Я боюсь, что это может частично отражать недостаточное или неправильное понимание этого сложного теста, как показано ниже.

Во-первых, хотя признак Гувера, очевидно, состоит из двух отдельных тестов, во многих статьях или учебниках упоминается только один — либо тест 1 ^{20– 23} , либо тест 2. ^{10 16 24}

Во-вторых, ни один из тестов признака Гувера не является диагностическим, если соответствующая мышца имеет нормальную силу: разгибатели бедра для теста 1 и сгибатели бедра для теста 2. Однако такие ограничения применения знака Гувера не были прямо упомянуты в предыдущих статьях.Сам Гувер упомянул сравнение между произвольной силой и непроизвольным давлением, заявив: «Если пациента с гемипаретической болезнью попросят поднять нормальную ногу … он будет демонстрировать сопротивление паретичной ноге, которое прямо пропорционально произвольной мышечной силе … ” ⁸ Нормальная сила разгибателей бедра наблюдалась у 12 из 17 пациентов с органическим парезом в моей нынешней серии исследований. Тест Гувера 1 не является диагностическим для таких пациентов. Если исследователь не знает об этом, он может ошибочно диагностировать многих органических пациентов как неорганических из-за сильного давления вниз, оказываемого паретичной ногой.

В-третьих, Адамс и Виктор предложили модифицированный знаковый маневр Гувера. ²⁵ Сначала они говорят пациенту прижать обе ноги к кровати и ощущать давление вниз обеими руками под пятками, а затем просят пациента поднять здоровую ногу, преодолевая сопротивление. Они заявили, что при органическом парезе не ощущается никакого дополнительного давления, но давление увеличивается при истерическом парезе. Однако давление вниз, когда обе ноги прижаты вниз, обычно не достигает максимальной произвольной силы, потому что это действие трудно выполнить, что можно легко увидеть, если попытаетесь воспроизвести это движение самостоятельно.Напротив, когда экзаменующий прикладывает сопротивление к поднятой ноге, это сопротивление легче уравновешивает нисходящее давление другой ноги, которая теперь может достигать максимальной силы. Соответственно, повышенное давление вниз может возникать не только при неорганическом парезе, но и у нормальных людей и при легкой паретической ноге органического происхождения. Я боюсь, что модифицированный маневр Гувера Адамса и Виктора вводит в заблуждение и что он, возможно, даже усилил впечатление, что знак Гувера ненадежен.

Наконец, было несколько предыдущих попыток количественно определить признак Гувера, но безуспешно. ^{10 26} Последнее исследование Зива и др. четко разграничило органический и неорганический парез с использованием количественного моделирования признака Гувера. ²² Однако они не смогли подтвердить тест Гувера 2, потому что непроизвольное давление вниз при поднятии паретичной конечности было одинаково слабым как при органических, так и при неорганических парезах.Я подозреваю, что это могло быть связано со стабилизацией таза в их экспериментах, что могло бы подорвать синергетические отношения и, например, уменьшить потребность в дополнительном противодействии при поднятии одной ноги. Таким образом, их эксперименты не являются точной копией знака Гувера или модифицированного маневра Адамса и Виктора, ²⁵ , который они описали в своем введении как единственный клинический прием, позволяющий вызвать знак Гувера. ²² Количественная оценка неврологического признака — непростая задача, поскольку маневры, используемые для количественной оценки, сами по себе могут вызвать изменение исходного признака и могут привести к различным выводам.

Мое настоящее исследование показало достаточную надежность в клиническом применении симптома Гувера. Специфичность выявления истерии составила 100% как для теста 1, так и для теста 2 (таблица 1). Чувствительность составила 100% для теста 1 и 87% (13/15) для теста 2, когда недиагностические случаи были исключены.

У двух пациентов неорганического происхождения в тесте 2 был выявлен органический образец, то есть сильное давление здоровой ноги вниз, несмотря на слабый подъем паретичной ноги. Это было предсказано Гувером, ⁸ , который заявил: «Всегда ли это отсутствие дополнительной оппозиции будет обнаруживаться или нет у симуляторов и истерических субъектов, остается для определения дальнейшего наблюдения.Эти исключительные пациенты успешно разложили синергетические движения и «сделали вид», что приложили все усилия, чтобы поднять паретичную ногу. Можно показать, что это возможно, просто добровольно с силой прижав одну ногу (не обе ноги) вниз, не поднимая другую ногу. Напротив, ни одному истеричному пациенту в данной серии не удалось обмануть экзаменатора ни тестом Гувера 1, ни признаком похищения. Эти два маневра, должно быть, сложнее обойти, чем тест 2 Гувера. Это можно распознать, пытаясь с силой поднять одну ногу, не оказывая равного давления на другую ногу, или силой отвести одну ногу, не прилагая равной отводящей силы другая нога, обе очень сложные и неестественные.

Я резюмирую сравнение между знаком похищения и знаком Гувера следующим образом. Во-первых, оба теста демонстрируют превосходную специфичность и чувствительность, но, вероятно, труднее обмануть исследователя с помощью признака отводящего и теста Гувера 1, чем с помощью теста Гувера 2. Во-вторых, потому что средняя ягодичная мышца и сгибатель бедра являются одними из наиболее часто задействованных мышц. пирамидная слабость, абдукторный признак и тест Гувера 2 чаще диагностируют, чем тест Гувера 1, требуя слабости разгибателей бедра, особенно при органическом парезе (таблица 1).Третье и самое важное преимущество признака отведения ноги заключается в том, что он дает простой, видимый результат с точки зрения движения или неподвижности непродвинутой ноги. Это контрастирует со знаком Гувера, который зависит от субъективной оценки нисходящего давления руками экзаменатора.

У моего исследования есть несколько ограничений. Во-первых, это не было ослепленным для экзаменатора: я лично проводил как обследования, так и диагностические оценки пациентов. Было бы идеально проверить настоящие результаты, используя слепое расследование.Во-вторых, в мою серию не вошли пациенты со слабостью, вызванной болью, или пациенты с корковыми поражениями, вызывающими пренебрежение или другую высшую корковую дисфункцию. Такие пациенты могут по-разному реагировать на эти тесты. Наконец, в серии не было ни одного пациента неорганического происхождения, который смог бы обмануть исследователя по признаку похитителя, но мы не можем отрицать возможность того, что дальнейшее исследование может выявить такого «умного» пациента, хотя я подозреваю, что это должно быть совершенно исключительный.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить профессора Теруо Симидзу (кафедра неврологии, медицинский факультет университета Тэйкё) за общие советы и поддержку, доктора Мицуаки Бандо (кафедра неврологии, Токийская столичная неврологическая больница) за помощь с французским языком, доктора Кена Араи и Такааки Миура (факультет неврологии медицинского факультета университета Тейкё) за фотографию, а также доктора Ясунобу Содзава, Юки Хатанака, Митико Кобаяси, Асако Хасе и профессора Киичиро Мацумура (факультет неврологии медицинского факультета Университета Тейкё), доктора Масанари Кунимото, Томотакэ Накамори (отделение неврологии, больница Йокогама Росай, Иокогама, Япония) и профессору Киёхару Иноуэ (отделение неврологии, Медицинская школа университета Дзикей, Токио, Япония) за направление пациентов ко мне.

ССЫЛКИ

1. ↵

   Бабинский Ю. . Дифференциальный диагноз органической гемиплегии и истерической гемиплегии: 1900 г. [Перевод Маннена Х.] Shinkei Kenkyu No Shimpo1967; 11: 664–74.

2. ↵

   Маги КР . Истерическая гемиплегия и гемианестезия. Постградская медицина, 1962; 31: 339–45.

3. ↵

   Мерски H .Важность истерии. Br J Psychiatry 1986; 149: 23–8.

4. ↵

   Май FM . «Истерия» в клинической неврологии. Can J Neurol Sci 1995; 22: 101–10.

5. ↵

   Marsden CD . Истерия: взгляд невролога. Psychol Med 1986; 16: 277–88.

6. Miller BL , Benson DF, Goldberg MA, et al. Ошибочный диагноз истерии.Am Fam Physician 1986; 34: 157–60.

7. ↵

   Джонс JB . Камуфляж конверсионного расстройства при поражении головного мозга в двух случаях. Arch Intern Med, 1990; 150: 1343–5.

8. ↵

   Hoover CF . Новый знак для выявления симуляции и функционального пареза нижних конечностей. JAMA1908; 51: 746–7.

9. ↵

   Зеннер П .Новый знак для выявления симуляции и функционального пареза нижних конечностей. JAMA1908; 51: 1309–10.

10. ↵

    Арчибальд К.С. , Вичек Ф. Переоценка теста Гувера. Arch Phys Med Rehabil 1970; 51: 234–8.

11. Хиросе G . Знак Гувера. Клиническая неврология (Токио) 2000; 18: 606.

12. ↵

    Pryse-Philips W .Товарищ по клинической неврологии. Бостон: Литтл, Браун, 1995: 422.

13. ↵

    Sonoo M , Симидзу Т. Знак похитителей: новый знак для выявления функционального пареза одной ноги. Clin Neurol (Токио) 2001; 41: 914.

14. ↵

    Херер А.Ф. . Dejong’s Неврологическое обследование, 5-е изд. Филадельфия: Липпинкотт, 1992.

15. ↵

    Наиш Дж. М. .Понятие истерии. Тенденции в области здравоохранения 1982; 14: 15–17.

16. ↵

    Копье JW , McLeod JG. Физиологический подход к клинической неврологии. Лондон: Баттерворт, 1981: 30–45.

17. ↵

    Weintraub MI . Истерия. Am Fam Physician 1973; 8: 91–5.

18. ↵

    Purves-Stewart J , Worster-Daught C. Диагностика нервных заболеваний.Лондон: Эдвард Арнольд, 1952: 524–8.

19. ↵

    Raimiste J . Deux signes d’hémiplégie organique dumbre inférieur. Rev Neurol1909; 17: 125–9.

20. ↵

    DeMyer WE . Методика неврологического осмотра: программный текст, 4-е изд. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 1994: 515.

21. Картер А.Б. . Взгляд врача на истерию.Lancet1972; II: 1241–3.

22. ↵

    Ziv I , Djaldetti R, Zoldan Y, et al. Диагностика «неорганического» пареза конечности с помощью новой объективной моторной оценки: количественного теста Гувера. Журнал Neurol 1998; 245: 797–802.

23. ↵

    Thompson PD , Marsden CD. Расстройства ходьбы. В: Bradley WG, Daroff RB, Fenichel GM, et al. , ред. Неврология в клинической практике: принципы диагностики и ведения.Бостон: Баттерворт-Хайнеманн, 2000: 341–54.

24. ↵

    Rowland LP . Черепные и периферические нервы. В: Rowland LP, ed. Учебник неврологии Мерритта, 7-е изд. Филадельфия: Леа и Фебигер, 1984: 313–39.

25. ↵

    Адамс RD , Виктор М. Принцип неврологии, 4-е изд. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1989: 52.

26. ↵

    Arieff AJ .Знак Гувера. Arch Neurol1961; 5: 673–8; 1998; 245 : 797–802.

В чем разница между абдукцией и аддукцией? (Биомеханика)

Скачать эту статью в формате .PDF

В медицине и биомеханике движения конечностей и других частей тела к центральной линии тела или от нее (линии, проходящей вверх и вниз по центру человеческого тела) называются приведением и отведением соответственно.

Приведение — это движение части тела к средней линии тела.Итак, если человек вытягивает руки прямо у плеч и опускает их по бокам, это приведение. Для пальцев рук и ног приведение приводит их к центру кисти или стопы. Например, если у человека пальцы широко разведены, их соединение будет приведением. Сведение рук к груди или сближение коленей — другие примеры приведения. Приведение запястья, движение руки к телу у запястья, когда рука находится сбоку от человека, также называется локтевым отклонением.Любая мышца, создающая этот тип движения, называется приводящей мышцей.

Для нормальных глаз (например, не косоглазых), когда правое приведено, оно смещается к центру лица и смотрит влево. При этом левый глаз отводится от средней линии лица и смотрит влево. Итак, у людей с нормальными глазами, когда один глаз сводится, другой отводит.

Отведение — это любое движение конечностей или других частей тела, которое отталкивается от средней линии тела.Махи руками от тела к плечу или выше — это отведение. Что касается пальцев рук и ног, при отведении пальцы рук или ног отводятся от средней линии кисти или стопы. Подъем рук в стороны, в стороны и отведение коленей от средней линии — вот некоторые примеры отведения. Отведение запястья, отведение руки от тела на запястье, когда рука находится сбоку от человека, называется радиальным отклонением. Любая мышца, создающая этот тип движения, называется отводящим.

Аддукция и приводящие мышцы

Аддукция относится к любому движению, которое тянет части или структуры тела к центру тела. Средняя точка тела называется средней линией, которая делит тело на равные левую и правую части. Вместо того, чтобы вытягивать руки или ноги, прижатие их к боку будет примером приведения, поскольку оно приближает их к средней линии.

Пальцы рук и ног

В конкретном случае пальцев ног и пальцев под приведением понимается сближение пальцев к центру кисти или стопы.Примером приведения может быть сжатие пальцев по направлению к средним пальцам из разогнутого положения.

Мышцы паха ног

Приводящие мышцы — это веерообразные мышцы верхней части бедра, которые сводят ноги вместе при сокращении. Они также помогают стабилизировать тазобедренный сустав. Приводящие мышцы прикрепляются от таза к бедренной кости (бедренной кости).

У человека приводящие мышцы, расположенные в области бедра ноги, обычно называют паховыми мышцами.

Мышцы паха включают: большую приводящую мышцу, длинную приводящую мышцу, короткую приводящую мышцу, грудную мышцу и тонкую мышцу. Они сближают ноги, когда сокращаются. Они также помогают стабилизировать тазобедренный сустав. Приводящие мышцы прикрепляются от таза к бедренной кости (бедренной кости).

Растяжку приводящих мышц бедра можно выполнять с помощью растяжки, которая раздвигает ноги и удлиняет эти мышцы. Это можно делать сидя, как с растяжкой «бабочка», стоя, как с растяжкой паха стоя, или лежа.

Противоположное похищение

Похищение противоположно приведению. Эти два термина можно легко спутать, поскольку они отличаются только одной буквой. Отведение — это кинезиологический термин, который означает отход от средней линии или медианы тела или от прилегающей части или конечности. Думайте о похищении как о «забрать».

Действие отведения достигается за счет отводящей мышцы тела. В теле есть несколько отводящих мышц, в том числе в ногах, руках и ступнях.Когда дело доходит до пальцев рук и ног на теле, абдукция означает отведение пальцев от центра стопы или руки.

Разведение рук или ног по бокам от центра тела является примером отведения.

Приведение, то есть приближение к средней плоскости тела, противоположно отведению.

Отводящие мышцы ноги часто называют отводящими мышцами бедра и состоят из средней ягодичной мышцы (основной отводящей мышцы) и малой ягодичной мышцы.Мышцы-синергисты включают поясничную, грушевидную, растягивающую широкую фасцию (TFL), портняжную мышцу, квадратную мышцу поясницы и прямую мышцу бедра.

При сокращении абдукторы отводят ноги от средней линии тела, а также помогают повернуть бедро в тазобедренном суставе и стабилизировать тазобедренный сустав. Абдукторы прикрепляются от таза к бедренной кости.

Инерциальные единицы измерения для обнаружения эффектов смоделированных неравенств длины ног | Журнал ортопедической хирургии и исследований

Цель данного исследования состояла в том, чтобы проанализировать воздействие различных моделируемых ЛЛИ на кинематической цепи опорно-двигательного аппарата.Это первое исследование, в котором IMU используется в качестве метода измерения для оценки LLI и их эффектов. Кроме того, эту систему можно использовать для изучения LLI и их эффектов не только в лабораторных условиях, но также во время повседневных и спортивных занятий. Мы смогли показать значительные изменения, вызванные LLI, при этом механика компенсации различается между суставами, плоскостями движения, фазами походки, боком и величиной LLI.

Начиная с позвоночника, мы сосредоточились на результатах во фронтальной плоскости, с боковым сгибанием в качестве основного движения.Мы обнаружили только небольшие движения и большие отклонения, вызванные отдельными движениями в других плоскостях. В предыдущих исследованиях, из-за использования разных систем измерения, различные параметры положения позвоночника анализировались во время статического стояния [4,5,6,7,15] и при ходьбе [8, 16]. Однако с помощью IMU мы смогли проанализировать движение шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника. Мы не обнаружили каких-либо значительных изменений в движении шейного и грудного отделов позвоночника между различными моделированными LLI и физиологической ходьбой.Подводя итог другим нашим результатам, LLI, по-видимому, в основном компенсируется нижними конечностями, тазом и поясницей. Развитие поясничного бокового сгибания в течение цикла походки (рис. 3а), выше на стороне стоящей ноги, было сопоставимо с данными, сообщенными Needham et al. [16]. Более того, эффекты LLI со значительным увеличением бокового сгибания поясницы во время стойки и уменьшением бокового сгибания поясницы во время фазы качания длинной ноги соответствовали результатам, представленным Needham et al.[16]. В дополнение к Needham et al. [16], мы обнаружили инвертированные эффекты на стороне короткой ноги.

Повышенная наклонность таза, вызванная LLI, ниже на стороне короткой ноги, кажется, является самым большим эффектом LLI [4,5,6,7,8], и поэтому наклонность таза все еще используется для диагностики и лечения LLI. [17]. При ходьбе таз был наклонен, на стоящей ноге выше [16, 18]. Следовательно, во время фазы опоры длинной ноги максимальный наклон таза значительно увеличился [8, 9, 19], а затем значительно уменьшился во время фазы качания.В сочетании при ходьбе объем движений таза во фронтальной плоскости не изменялся [16]. Следуя биомеханической цепочке во фронтальной плоскости, движение бедра было сопоставимо с движением таза (рис. 3b, c) [18]. Длинная нога показала уменьшенное отведение бедра и увеличенное приведение бедра, тогда как короткая нога показала противоположные эффекты. Уменьшение отведения бедра на удлиненной ноге во время фазы качания противоречило выводам Khamis et al. [3], тогда как Zeitoune et al.[18] обнаружили более высокое приведение и более низкое отведение бедра на длинной ноге по сравнению с короткой ногой. Более того, Resende et al. [9] представили увеличенное отведение бедра для короткой ноги во время фазы стойки по сравнению с нашими результатами.

В сагиттальной плоскости сгибание бедра увеличилось на длинной ноге для функционального укорачивания ноги [3, 9, 19, 20]. Кроме того, мы проанализировали максимальное разгибание бедра, которое уменьшилось в длинной ноге и увеличилось в короткой ноге. Аналогичные результаты, увеличение сгибания [3, 9, 19, 20] и уменьшение разгибания длинной ноги, и увеличение разгибания короткой ноги [3, 9, 19], были обнаружены для движения колена.В голеностопном суставе длинной ноги наблюдалось уменьшение подошвенного сгибания и увеличение тыльного сгибания во время фазы опоры [19]. Короткая нога показала противоположные эффекты с увеличением подошвенного сгибания [3, 9, 19] и уменьшением тыльного сгибания [19]. Во фронтальной плоскости отведение и приведение голеностопного сустава было затронуто только в длинной конечности, показывая более высокое отведение и значительно более низкое приведение. Khamis et al. [3] описали подобный эффект, показывающий увеличенное внешнее вращение стопы в длинной ноге. В сочетании, цель механизмов компенсации, кажется, функционально укорачивает более длинную конечность и удлиняет более короткую конечность, как описано ранее [3], с меньшими эффектами в короткой конечности [9, 19].

Большинство наших результатов были в соответствии с предыдущими исследованиями, которые подчеркивают способность системы IMU для опорно-двигательного аппарата анализа. Единственным исключением было уменьшенное отведение бедра длинной ноги по сравнению с данными Zeitoune et al. [18], но вопреки выводам Khamis et al. [3]. Более того, небольшие различия в тенденциях угловых диаграмм должны были быть результатом преимущественно различий биомеханических моделей, используемых для оценки углов, и различных методов измерения [21].Ограничения, вызванные эффектами дрейфа IMU, были уменьшены из-за короткой прогулки в виде маятникового движения [21]. Другие отличия от предыдущих исследований вызваны статистическим анализом, в котором мы оценивали значения максимального угла во время фазы стойки и поворота, в отличие от анализа анатомических углов во время определенных событий походки [3, 19].

Чтобы проанализировать эффект LLI, мы решили измерить здоровых участников с различными моделированными LLI, а не пациентов с анатомическим LLI.По сравнению с предыдущими исследованиями это был приемлемый метод [3, 8, 9, 14]. Анализ участников с моделированием LLI позволяет индивидуально сравнивать физиологическую и патологическую походку, эффекты различных количеств LLI и сравнивать двуногие. Но симуляция LLI с сандалиями нестандартной сборки все еще является ограничением. Ходьба в сандалиях оказала влияние на опрокидывающее движение, особенно по сравнению с ходьбой босиком [22]. Более того, мы проанализировали только острый эффект, без компенсационных стратегий, генерируемых в течение определенного периода времени.Моделирование LLI с различной высотой подошвы между ногами основано на терапии легкой LLI с ортопедическими стельками и не сопоставимо с локализацией «настоящего» LLI в большеберцовой или бедренной кости. Но, как описано, с помощью этого метода мы смогли показать возможности техники и метода измерения. При обсуждении правильной терапии LLI необходимо ответить на множество вопросов. В качестве первого шага мы прикрепили к телу 10 IMU, чтобы проанализировать цепочку звеньев от нижних конечностей по тазу и позвоночнику до головы.Для дальнейшего анализа мы можем легко превзойти измерительную систему с помощью до 16 датчиков, что дополнительно позволит анализировать движения верхних конечностей. LLI [23] влияет на движение верхних конечностей, особенно во время динамических движений, и поэтому требует дополнительной оценки. С помощью этой настройки он сможет оценить корреляционные эффекты различных частей / суставов биомеханической цепи. После этого можно оценить возможные различные стратегии компенсации, объясняя различия во влиянии LLI на разных людей.На другом этапе IMU могут быть использованы для анализа биомеханических эффектов «реальных» LLI и их лечения у пациентов. При анализе пациентов положение калибровки для IMU должно быть адаптировано для устранения ошибок из-за затронутого положения стоя. Одним из решений может быть калибровка в сбалансированном положении стоя со стельками, контролируемом системами анализа осанки [6,7,8].

(PDF) Динамика ноги робота с 9 степенями свободы для футбольного симулятора

Динамика ноги робота с 9 степенями свободы для футбольного симулятора

Masoud Vahidi, S.Али А. Моосавян.

Центр передового опыта в робототехнике и управлении, Лаборатория передовой робототехники и автоматизированных систем (ARAS).

Кафедра машиностроения, К.Н. Технологический университет Туси, Тегеран, Иран.

masoud [email protected], [email protected].

Аннотация. В этой статье рассматривается роботизированная человеческая нога.

Этот робот был разработан и смоделирован для задачи удара

футбольного мяча в желаемую цель. Кроме того, было объяснено применение этого робота

и разработаны уравнения его кинематики и динамики

.Кинематический анализ был проведен

с использованием метода Денавита-Хартенберга, и можно получить положение, скорость

и ускорение центра масс (CoM) всех звеньев

. Уравнения динамики этого робота

были записаны с использованием рекурсивного метода Лагранжа и решена обратная задача динамики

. Наконец, кинематика и уравнения динамики

этого робота проверены с помощью численного моделирования в MATLAB

simmechanics.

Ключевые слова — роботизированная нога, симмеханика, верификация; кинэ-

матик; динамика.

I. ВВЕДЕНИЕ

С 1980-х годов по настоящее время робототехника и спорт

во многих случаях смешивались. Например, первый робот для игры в пинг-понг

был продуктом 1980-х годов, с которым игрок

мог тренироваться без необходимости для другого (игрока или тренера).

Его можно поставить против игрока и бросить мяч в любом произвольном направлении

.В настоящее время с использованием робототехники используются многие машины, которые имеют специальное применение в таких видах спорта, как футбол,

гольф и т.д. сделал который может ударить футбольный мяч

. Этих роботов можно изучить с помощью многих подходов, но

почти во всех из них, сложная проблема — это форма

ударов ногами и то, как правильно отбивать мяч. Таким образом, большая часть работы

была проделана в области планирования движения ногой

[1] — [6].В некоторых роботах-гуманоидах, таких как HOAP-3 [7], Ka-Nok

[8] и AMICO, исследовалось движение ногой.

С другой стороны, воспроизведение занятий спортом человека

с использованием механических тренажеров считается полезным инструментом в разработке более безопасного и лучшего оборудования и

навыков спортсмена. Механические тренажеры, разработанные Hatze (1992) и

Schempf (1995), были нацелены на воспроизведение движений спортсмена во время

игры в теннис и футбол соответственно.Хатце разработал устройство

, способное воспроизводить теннисный удар человека справа,

, получившее название «манусимулятор», который нацелен на демонстрацию всех степеней свободы

в плечевом, локтевом и лучезапястном суставах.

Шемпф разработал пинающего робота (‘roboleg’) в качестве инструмента

для оценки существующих и будущих футбольных мячей и дизайнов бутс,

, удалив статистическую дисперсию, связанную с человеком.

Рис. 1: Схематическая модель Роболега.

тестирование. Сложная конструкция была изготовлена ​​по значительной цене

и была спроектирована так, чтобы максимально приблизить кинематику и динамику

человека к кинематике и динамике человека во время действия

, ударившего по футбольному мячу. Подпружиненные приводы

использовались для имитации вращения бедра и поворота стержня, в то время как линейные приводы

использовались для моделирования ахиллова сухожилия.

Это позволяло движение с носком вверх и вниз, в то время как небольшая зубчатая передача

позволяла вращение с носком.Во время предварительных испытаний

роботизированная ножка достигла скорости мяча 40 м / с с хорошей повторяемостью

, что было сравнимо со скоростью удара человека

. Однако из-за сложной природы симулятора роболег

столкнулся с множеством проблем, включая отказ зубчатого зацепления

и перегрев. В результате этот станок больше не используется

[9].

Для упрощения машины ряд механических тренажеров

призван воспроизвести характеристики движения снаряда по схеме запуска

.Упрощенный механический симулятор

использовался для всестороннего тестирования мяча Teamgeist soccer

, который использовался на чемпионате мира 2006 года. Футбольная лаборатория adidas —

Труды 3-ей

Международной конференции RSI по робототехнике и мехатронике

7-9 октября 2015 г., Тегеран, Иран

978-1-4673-7234-3 / 15 / $ 31,00 © 2015 IEEE 314

локомоторных движений ног, вызванных ритмическими движениями рук у людей

Образец цитирования: Sylos-Labini F, Иваненко Ю.П., Маклеллан MJ, Cappellini G, Poppele RE, Lacquaniti F (2014) Локомоторные движения ног, вызванные Ритмические движения рук у людей.PLoS ONE 9 (3):
e

.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

Редактор: Роберт Дж. ван Бирс, Университет VU Амстердам, Нидерланды

Поступила: 4 декабря 2013 г .; Одобрена: 4 февраля 2014 г .; Опубликован: 7 марта 2014 г.

Авторские права: © 2014 Sylos-Labini et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа была поддержана Министерством здравоохранения Италии, Министерством университетов и исследований Италии (проект PRIN), Итальянским космическим агентством (гранты DCMC, CRUSOE и COREA) и программой Европейского союза FP7-ICT (грант MINDWALKER # 247959 и грант AMARSi № 248311). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Люди качают руками автоматическим стереотипным образом во время передвижения, сочетая движения верхних и нижних конечностей с целочисленным соотношением частот, как это делают животные во время четвероногих движений [1] — [4]. Эти движения рук характерны для ходьбы, бега, ползания, плавания, лазания и других походок, но они не являются обязательными (как при ходьбе со скрещенными руками). Движения рук во время локомоции могут быть результатом пассивной механической связи с движениями туловища и плеч, а также активных двигательных стратегий, направленных на снижение общих затрат энергии [1], [5], [6] или повышение стабильности походки [7], [8] ].Ритмическая активность мышц рук и плеч присутствует при вертикальной ходьбе [9] — [12], даже когда руки неподвижны во время ходьбы [9], [13], что указывает на влияние центральной двигательной программы. Координация между руками и ногами во время передвижения человека имеет много общего с таковой у четвероногих, включая опору на проприоспинальные связи [2], [14] — [19]. У животных координация между конечностями также может отражать надспинальный контроль; таким образом, нейроны задних конечностей в моторной коре головного мозга кошек отвечают на изменения движений передних конечностей во время локомоции [20].

Связь между конечностями у людей ранее изучалась путем вызова рефлексов в одной конечности и наблюдения за степенью, в которой движение другой конечности модулирует выражение рефлекса [21] — [24]. Недавно было показано, что активные движения рук увеличивают задействование мышц ног во время субмаксимального шага лежа [25]. Утверждалось, что лучшее понимание механизмов, лежащих в основе координации четырех конечностей, может иметь важные последствия для локомоторной реабилитации при некоторых нейромоторных расстройствах [22], [25] — [27].

У четвероногих, движения передних конечностей могут способствовать или даже запускать шаги задних конечностей, что согласуется с сочетанием шейных и пояснично-крестцовых центральных генераторов паттернов (CPG) [19], [28] — [31]. Однако менее ясно, может ли такое облегчение также проявляться у людей, у которых, по-видимому, более слабая связь между движениями верхних и нижних конечностей в связи с эволюцией двуногого передвижения и необходимостью освобождать верхние конечности для манипулятивных задач. Здесь мы попытались выявить облегчение шага нижними конечностями движениями верхних конечностей, попросив участников ритмично двигать руками над головой, как при ходьбе руками.Мы предположили, что эти движения рук могут запускать автоматические чередующиеся движения ног, вызывающие ассоциации с локомоторными паттернами. Мы использовали протокол воздушного шага, поскольку было показано, что, по крайней мере, в случае тонической сенсорной стимуляции или спинномозговой электромагнитной стимуляции, автоматические движения ног легче вызвать при отсутствии нагрузки на конечности и контроля равновесия [32] — [ 35].

Методы

Участников

В первой серии экспериментов мы отобрали 33 здоровых добровольца, не имевших отношения к цели экспериментов (возрастной диапазон 23–50 лет, 18 мужчин и 15 женщин, длина ног 0.83 ± 0,04 м [среднее ± стандартное отклонение], рост 1,72 ± 0,10 м, вес 68 ± 7 кг) на наличие ответов ног. Девять из этих субъектов (возрастной диапазон 25–45 лет, 4 мужчины и 5 женщин, средняя длина ног 0,86 ± 0,05 м, рост 1,73 ± 0,10 м, вес 69 ± 10 кг), у которых заметные движения ног могли быть вызваны движениями рук. и те, кто смог вернуться в лабораторию для участия в дополнительных сеансах, были отобраны для подробных кинематических и ЭМГ записей во второй серии экспериментов. Исследования соответствовали Хельсинкской декларации, и мы получили информированное согласие всех участников в соответствии с процедурами Комитета по этике Фонда Санта-Лючия.

Экспериментальная установка

Мы уменьшили действующие силы гравитации в плоскости движения нижних конечностей, используя экзоскелет, расположенный горизонтально (патент Италии № Rm2007A000489). Система подробно описана в [35] — [37]. Вкратце, субъект лежал на правом боку, каждая нога была подвешена в независимом экзоскелете, что позволяло движения сегментов с низким трением и малой инерцией (рис. 1A). Система нейтрализует составляющую силы тяжести, нормальную к поверхности лежа.Длина телескопического бедренного сегмента экзоскелета была отрегулирована в соответствии с длиной бедра испытуемого, а нога была прикреплена с помощью манжеты к экзоскелету таким образом, чтобы обеспечить наилучшее совмещение осей вращения. тазобедренных и коленных суставов с таковыми экзоскелета. Сегмент стопы оставался безудержным. Чтобы обеспечить удобную ширину ступеньки, мы также отрегулировали угол между двумя ногами, наклонив конструкцию, которая поддерживает верхнюю часть экзоскелета по отношению к кушетке.Верхняя часть тела испытуемого была зафиксирована посредством фиксации груди и плеч, а голова покоилась на подушке. Несмотря на то, что передне-задние движения туловища были ограничены, опора для бедра могла скользить по передне-задним направляющим кушетки, что позволяло вращать таз. Беговую дорожку (EN-Mill 3446.527, Bonte Zwolle BV, Нидерланды) наклонили на 90 ° и поместили на расстоянии вытянутой руки от плеч испытуемого перпендикулярно его / ее телу. Комфортное расстояние (достаточно большое, чтобы обеспечить достаточное сгибание / разгибание плеча и локтя, но не слишком большое, чтобы обеспечить легкий контакт с беговой дорожкой) от плеча до полотна беговой дорожки составляло около 80% от общей длины верхней конечности (предплечье + плечо). ) в любых условиях.В основной серии экспериментов полотно беговой дорожки перемещалось в сагиттальном (передне-заднем и задне-переднем) направлении относительно лежащего испытуемого (рис. 1А). В дополнительном эксперименте беговую дорожку вращали так, чтобы ее ремень двигался во фронтальном (срединно-латеральном) направлении относительно испытуемого.

Рисунок 1. Экспериментальная установка.

A — схематическое изображение горизонтальной системы поддержки веса тела. Испытуемый лежал на правом боку, каждая нога была подвешена в экзоскелете, позволяющем двигаться сегментами с низким коэффициентом трения.Оружие не было ограничено и не поддерживалось. Голова покоилась на небольшой подушке, закрепленной на горизонтальном ремне шириной 10 см (не показан) таким образом, чтобы нижняя часть руки двигалась беспрепятственно. B — пример передне-заднего смещения стопы (маркер MP), вызванного ходьбой (представлен смещением маркера DP). FW — вперед, BW — назад. L обозначает пешую экскурсию. Вертикальные пунктирные линии указывают начало движений рук и ног. Обратите внимание на разницу между периодами цикла стопы и руки (T ₁ и T ₂ , соответственно).C — круговая диаграмма, показывающая процент субъектов (n = 33), у которых ходьба вручную вызвала значительные (L> 10 см) смещения стопы, и субъектов с небольшим эффектом или без него (L <10 см).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g001

Протокол

Мы попросили участников дотянуться до беговой дорожки над головой и ритмично перемещать руки на движущемся ремне беговой дорожки, как если бы они ходили по рукам. Руки были неограниченными и без опоры (голова опиралась на небольшую подушку, закрепленную на горизонтальном ремне шириной 10 см таким образом, чтобы нижняя часть руки двигалась беспрепятственно).Чтобы «ходить» по беговой дорожке, участникам нужно было дотянуться до поверхности и активно вытянуть руку. Чтобы снизить уровень внимания, уделяемого двигательной задаче, испытуемых также просили выполнять в уме арифметические операции (отсчет вслух по семеркам) на протяжении каждого испытания [33]. Мы не давали никаких инструкций относительно позы, которую необходимо поддерживать телом и нижними конечностями. Изменяя скорость беговой дорожки в разных испытаниях, мы могли соответственно изменять скорость движений рук.Лента беговой дорожки могла смещаться в передне-заднем (а-р), задне-переднем (р-а) или срединно-боковом (m-l) направлениях в различных испытаниях. Протокол и инструкция были следующие. Сначала испытуемого просили вытянуть обе руки над головой, не касаясь беговой дорожки (исходное положение). Примерно через 2–3 секунды полотно беговой дорожки начало двигаться с заданной скоростью, и началась запись. Затем (примерно через 3–5 с) экспериментатор называл испытуемому случайное число, и он / она начинал считать и «ходить вручную» на беговой дорожке.Продолжительность каждого испытания составляла ∼1–2 минуты с минимум 2-минутным отдыхом между испытаниями. В конце испытания экспериментатор сказал испытуемому, чтобы он прекратил считать, и отключил движение полотна беговой дорожки. Прекращение ходьбы вручную не было зафиксировано в основном протоколе (таблица 1).

Все участники (n = 33) были первоначально проверены на наличие автоматических движений ног, вызванных ходьбой вручную со скоростью 1 и 2 км / ч в обоих направлениях: a-p и p-a. После завершения теста мы спросили испытуемых, заметили ли они появление движений ног во время ходьбы вручную.Эти сеансы записывались на видео, без автоматического захвата движения и сбора данных ЭМГ, средний ход стопы приблизительно оценивался с помощью линейки (в среднем 28 ± 24 см, диапазон 3–85 см).

Затем мы собрали подробные кинематические данные и данные ЭМГ в 2 дополнительных сеансах (таблица 1), проведенных в разные дни, у 9 испытуемых из тех, кто продемонстрировал заметные автоматические движения ног (ход стопы> 20 см) в ответ на воздействие рук. ходьба во время первоначального тестирования. На одном занятии участники ходили по беговой дорожке вручную с разной скоростью в направлении a-p (0.5, 1, 2, 3 и 4 км / ч в произвольном порядке), а в направлении р-а со скоростью 2 км / ч. В заключительной части этого занятия были проведены два дополнительных теста. В первом тесте мы просили испытуемых генерировать в воздухе шагающие движения рук в собственном темпе в п-направлении, а во втором тесте мы просили испытуемых выполнять движения ногами произвольно в течение 20–30 с (без движений рук. ) лежа в аппарате, как и раньше. Общая продолжительность этого экспериментального сеанса составляла ~ 2 часа.

На другом сеансе было проведено четыре дополнительных эксперимента на подгруппах субъектов (таблица 1).В одном эксперименте мы попросили испытуемых выполнить ручную ходьбу со скоростью 1 км / ч в срединно-латеральном (m-l) направлении. С этой целью беговая дорожка была размещена перпендикулярно первому этажу, при этом полотно двигалось в направлении снизу вверх, что соответствовало ходьбе правой рукой. В другом эксперименте мы также записали движения ног после прекращения ходьбы вручную (три испытания со скоростью 1 км / ч в направлении AP для каждого испытуемого): участников проинструктировали прекратить ходьбу руками (сохраняя неподвижное положение руки), когда беговая дорожка была арестована, но счет продолжал.В третьем эксперименте мы проверили эффект временного блока шаговых движений ног, вызванного ходьбой вручную. С этой целью экспериментатор (находящийся позади испытуемого, невидимый для него / нее) блокировал на несколько секунд ноги испытуемого примерно в центральном положении их экскурсии во время ходьбы руками в п-направлении со скоростью 1, 2 и 3 км / ч. (произвольно выбранные скорости, 42 испытания по 6 испытуемым). Блок был получен путем ручного удерживания обоих сегментов стойки экзоскелета. В четвертом эксперименте мы проверили потенциальные механические эффекты смещения бедра на движения ног.С этой целью экспериментатор вручную смещал нижнюю часть туловища испытуемого вперед и назад на ~ 5 см (сравнимо со средней амплитудой смещений туловища, измеренной во время ходьбы вручную в предыдущем сеансе, см. Результаты), в то время как испытуемый оставался пассивным.

Запись данных

Мы записали кинематические данные с двух сторон на частоте 100 Гц с помощью системы Vicon-612 (Оксфорд, Великобритания) с девятью камерами, расположенными по всей системе. Инфракрасные отражающие маркеры (диаметр 1,4 см) были прикреплены с каждой стороны пациента к коже над следующими ориентирами: конец 3-й дистальной фаланги (DP) кисти, запястье, локоть, плечево-плечевой сустав, большой вертел ( GT), латеральный надмыщелок бедра (LE), латеральная лодыжка, пятка и пятый плюснефаланговый сустав (MP).Маркер GT на правой стороне тела не удалось записать (поскольку объект лежал на этой стороне). 20-сантиметровые палки с двумя маркерами были прикреплены к GT и LE левой ноги, и положения GT и LE были реконструированы как средняя точка между этими двумя маркерами.

ЭМГ-активность регистрировалась с двух сторон с помощью поверхностных электродов одновременно от 13 мышц: локтевого сгибателя запястья (FCU), локтевого разгибателя запястья (ECU), длинной головки трехглавой мышцы плеча (TRIC), длинной головки двуглавой мышцы плеча (BIC), передней дельтовидной мышцы. (DELTa), задняя дельтовидная мышца (DELTp), полусухожильная мышца (ST), двуглавая мышца бедра (BF), медиальная широкая мышца бедра (Vmed), прямая мышца бедра (RF), передняя большеберцовая мышца (TA), медиальная икроножная мышца (MG) и камбаловидная мышца (SOL).Данные ЭМГ были записаны с помощью беспроводной системы ЭМГ Delsys Trigno (Delsys Inc., Бостон, Массачусетс), ширина полосы 20–450 Гц, общее усиление 1000 и оцифровано с частотой 2000 Гц. Выборка кинематических данных и данных ЭМГ была синхронизирована.

Анализ данных

Цикл походки определялся независимо для движений рук и ног как временной интервал между двумя последовательными максимумами ap-смещения маркера DP для рук и маркера MP для ног (T ₁ и T ₂ , соответственно, на рис.1Б). Были вычислены амплитуды угловых изменений плеча, локтя, запястья, бедра, колена и голеностопного сустава [17] и усреднены по ~ 10 циклам в течение последних 15–30 с каждого испытания. Направление вызванного шага ногой в воздухе (вперед или назад) оценивалось путем вычисления траектории знаковой площади стопы (маркер MP) в течение цикла (нормированной на ход стопы) и усреднения по всем циклам в испытании: (1) где x и y — координаты MP-маркера (рис. 1B), Δx — ход ступни в i-м цикле, t (i) и t (i + 1) — это начала циклов i и i + 1 ног, соответственно, и N — количество циклов в испытании.По этому критерию движение считалось вперед, если область была положительной, и назад, если область была отрицательной.

Чтобы оценить процент субъектов в исходной выборке из 33 участников, у которых ходьба вручную вызвала значительные смещения стопы, мы установили порог 10 см (L) на основе амплитуды (размаха) стопы (маркер MP ) смещения, вызванные пассивными движениями бедра (см. Влияние колебаний туловища на движение ног в Результатах). Поэтому мы рассматривали колебания нижних конечностей с L <10 см как возможные из-за механического воздействия движений рук на движения ног.

Мы определили начало движения ноги как последнюю критическую точку перед первым ритмическим циклом с L> 10 см, где производная хода стопы по времени (маркер MP) изменила свой знак (рис. 2). Начало движения руки определялось, когда ход конечной точки кисти превышал 2 стандартных отклонения от среднего значения, рассчитанного в период отдыха в начале каждого испытания, потому что всегда были небольшие колебания конечной точки руки из-за неподдерживаемого исходное положение руки (см. протокол).

Рисунок 2. Инициирование шага.

Примеры задержки вызванного шага в воздухе от начала движения руки (со скоростью, указанной в верхней части рисунка) у трех разных испытуемых. От вверху до внизу : передне-заднее (ап) смещение (дисп.) Левой руки, ЭМГ-активность 6 мышц левой руки, смещения левого бедра и стопы, углы левого тазобедренного и коленного суставов и ЭМГ активность 7 мышц левой ноги. Вертикальные пунктирные линии указывают начало движений рук и ног.FCU, локтевой сгибатель запястья; ЭКЮ, локтевой разгибатель запястья; TRIC — длинная головка трехглавой мышцы плеча; BIC, длинная головка двуглавой мышцы плеча; ДЕЛЬТА, передняя дельтовидная мышца; DELTp, задняя дельтовидная мышца; ST, полусухожильная; BF, двуглавая мышца бедра; Vmed, Wastus medialis; RF, rectus femoris; TA, tibialis anterior; MG gastrocnemius medialis; SOL soleus. Обратите внимание на вариабельность начала шага ног у испытуемых.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g002

Сигналы ЭМГ были численно выпрямлены, отфильтрованы нижними частотами с использованием фильтра Баттерворта с нулевой задержкой 4 ^th с отсечкой 10 Гц.Кинематические и ЭМГ-данные были интерполированы по времени по отдельным циклам походки, чтобы соответствовать нормализованной базе времени из 100 точек, и усреднены по (~ 10) циклам. Для усреднения по субъектам мы использовали как ненормализованные (в мкВ), так и нормализованные (до максимального значения) данные ЭМГ. Для нормализованного метода огибающие ЭМГ принимались равными нулю, если максимальное значение было меньше 3 мкВ (что мы считали уровнем шума). Мы также проанализировали кинематику конечностей и сигналы ЭМГ в частотной области с помощью быстрого преобразования Фурье (‘fft.m ’в Matlab). Мы вычислили частотную составляющую с наибольшей амплитудой (пиковую частоту), ее фазовый сдвиг относительно начала цикла отрезка (ноль соответствует косинусной функции с нулевым сдвигом по времени) и учтенный процент дисперсии (r ² ). для этого компонента.

Когда соотношение между продолжительностью цикла руки и ноги составляло ∼1 (в диапазоне 0,95 ÷ 1,05), ипсилатеральное фазовое отставание ( IPL, ) между верхними и нижними конечностями определялось с использованием методов, описанных ранее [17].Вкратце, относительное время начала цикла левой нижней конечности выражалось в процентах от цикла походки, определяемого последовательными контактами левой руки: (2) где t ₁ — интервал времени между началом цикла левой ноги и событиями касания левой рукой. и T — продолжительность ручного цикла. В соответствии с этим методом латеральные паттерны походки (ипсилатеральный контакт верхней / нижней конечностей в аналогичных случаях) определяются при значении 0%, а диагональные паттерны походки (контралатеральный контакт верхней / нижней конечности в аналогичных случаях) определяются при значении 50%. .Промежуточные значения (~ 25%) соответствуют отсутствию спаривания конечностей.

Чтобы оценить выполнение мысленных арифметических операций, экспериментатор аннотировал все числа, произносимые в ходе испытаний с участием четырех испытуемых. Для каждого испытания мы вычисляли процент ошибок как количество ошибочных чисел, деленное на общее количество чисел и умноженное на 100, и скорость счета как общее количество чисел, деленное на продолжительность испытания (в минутах). .

Моделирование механического воздействия движения бедра на движения ног

Мы рассмотрели потенциальные механические эффекты колебаний туловища на движение ног, используя как биомеханическое моделирование, так и влияние внешних движений туловища, оцененных в дополнительных экспериментах (Таблица 1).В частности, на основе этих двух подходов мы определили a posteriori — нижний порог экскурсий стопы, используемый для расчета процента «реагирующих» субъектов из начальных скрининговых экспериментов (см. Результаты).

Биомеханическая модель использовалась для моделирования чисто механического воздействия колебаний туловища на движения ног. Нижняя конечность была смоделирована как мульти-маятник с тремя жесткими однородными сегментами (рис. 3A): бедро, голень и стопа, с массой м _T , м _S и м _F , длина L _T , L _S и L _F и момент инерции I _T , I _S и I _F соответственно.Тазобедренные и коленные суставы моделировались как шарниры без трения с линейными амортизаторами, коэффициенты демпфирования составляли b _H и b _K соответственно [38]. Кроме того, чтобы учесть пассивное эластичное сцепление за счет одно- и двухсуставных мышц, для каждого сустава мы рассматривали пассивный упругий суставной момент ( M _H и M _K ) как функцию сустава нижней конечности углы, следуя модели Ринера и Эдриха [39]. Мы считали голеностопный сустав фиксированным, потому что мы не наблюдали каких-либо значительных угловых движений в этом суставе во время соответствующих экспериментов (см. Результаты).

Рисунок 3. Биомеханическая модель.

A — схематическое изображение биомеханической модели, используемой для оценки механического воздействия периодических смещений бедра a-p на движение ноги. Б — примеры пассивных движений нижних конечностей, вызванных относительно большими (10 и 5 см) колебаниями бедра у двух испытуемых. Верхние кривые представляют собой пассивные смещения бедра, вручную вызванные экспериментатором, а нижние кривые представляют собой результирующие движения ног (смещения а-р стопы и углы суставов) и ЭМГ мышц ног.Пунктирные линии представляют собой прогноз, сделанный с использованием биомеханической модели. Обратите внимание на отсутствие активности ЭМГ во время движений нижних конечностей, вызванных пассивным движением бедра. C — среднее (+ SD) горизонтальное отклонение стопы и сустава (от пика до пика), вызванное пассивным движением бедра и ходьбой вручную (среднее значение для всех скоростей беговой дорожки), а также предсказанное моделью. Обратите внимание на значительно меньшие смещения стопы, вызванные пассивным движением бедра или оцененные по модели (L <10 см), по сравнению с перемещениями при ходьбе вручную (~ 60 см).Звездочки обозначают достоверные различия (p <0,05) с тестами множественного сравнения Tukey HSD.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g003

Координаты центра масс каждого сегмента: (3) где x _GT — это ap-смещение маркера GT, h _S , h _T и h _F — соответствующие продольные положения центра масс в процентах от длины сегмента, а φ _A — угол лодыжки. θ ₁ и θ ₂ — это углы возвышения (обобщенные координаты) в системе отсчета горизонтального экзоскелета. Инерционные параметры сегментов конечностей оценивали на основе скорректированных уравнений регрессии антропометрических данных [40].

В формулировке Лагранжа кинетическая энергия E системы равна: (4) потенциальная энергия U , функция диссипации Рэлея D (для учета вязкости) и обобщенные силы Q ₁ и Q ₂ составляют соответственно: (5)

(6)

(7) где и φ _H и φ _K — углы тазобедренного и коленного суставов соответственно.

Движение нижней конечности было получено путем решения уравнений Лагранжа: (8) Для решения уравнения (8) был использован метод Рунге-Кутты четвертого порядка. 8 с начальными условиями, соответствующими начальному статическому положению ( θ ₁ и θ ₂ углы) с M _H = 0; M _K = 0; .

Статистика

Описательная статистика включала средние значения ± стандартное отклонение среднего. Для проверки нормальности распределения данных использовался тест Шапиро-Уилка.Повторные измерения (RM) ANOVA использовали для сравнения средних значений между различными условиями основного протокола и для оценки влияния различных скоростей ходьбы руками в направлении a-p. Апостериорные тесты и анализ множественных сравнений были выполнены с помощью теста Tukey HSD (Honestly Significant Difference). Уровень статистической значимости был установлен на уровне 0,05. Исходные данные доступны по запросу у авторов.

Доступность данных

Авторы предоставляют в свободный доступ любые материалы и информацию, описанные в этом документе, которые могут быть обоснованно запрошены другими в целях академических некоммерческих исследований.Пожалуйста, свяжитесь с [email protected] или [email protected].

Результаты

Пилотные эксперименты

Мы протестировали 33 участника, чтобы оценить процент «отзывчивых» субъектов. С этой целью участников, лежащих в разгрузочном экзоскелете, просили ритмично перемещать руки на беговой дорожке над головой в переднезаднем направлении. Чтобы снизить уровень внимания, уделяемого двигательной задаче, участников всегда просили выполнять в уме арифметические операции (отсчет вслух по семеркам) на протяжении всего испытания.Мы обнаружили, что этот тип ходьбы вручную вызывал автоматические движения ног с ходом стопы L> 10 см у 58% испытуемых (19/33, рис. 1С). У этих отзывчивых субъектов вызванные движения ног были ритмичными, чередующимися между левой и правой ногой, и сохранялись до тех пор, пока субъект продолжал ходить вручную. У остальных испытуемых из нашей выборки ходьба руками вызвала небольшие (L <10 см) движения ног или их отсутствие.

При опросе в конце эксперимента многие отзывчивые испытуемые, казалось, не подозревали, что они двигали ногами во время ходьбы вручную.Следует подчеркнуть, что из-за позы при ходьбе руками обзор нижних конечностей существенно затруднялся. В нескольких анекдотических случаях, когда экспериментатор направлял внимание испытуемого на наличие движений ног во время выполнения задания, испытуемый выглядел удивленным и заявлял, что ноги двигаются «сами по себе». Тем не менее, если его просили подавить автоматические движения ног, субъект, как правило, мог сделать это добровольно.

Количественная оценка движений ног при ходьбе вручную

Мы провели углубленные эксперименты с подробной записью кинематических и ЭМГ данных у 9 из испытуемых.У этих субъектов мы обнаружили, что движения ног систематически вызывались движениями рук в ходе повторных тестов без признаков адаптации, по крайней мере, в течение периодов наблюдения, которые не утомляли субъектов (1-2 мин). Начало движений ног всегда следовало за движением рук с задержкой по времени, которая сильно варьировалась в зависимости от испытуемых и условий (рис. 2). Хотя было некоторое начальное движение (возможно, из-за механической передачи, см. Ниже) сегментов ног примерно в начале ходьбы вручную в каждом случае реакции, задержка устойчивого колебательного движения ноги относительно начала движений руки варьировалась между 0.07 и 30 с у этих испытуемых (в среднем 4,05 ± 7,04 с). Самые длительные задержки имели место при самой низкой скорости ходьбы вручную (0,5 м / с), но в целом задержка систематически не зависела от скорости. Таким образом, у двух испытуемых, тестируемых на скорости 1 м / с на рис. 2, задержки были совершенно разными. В большинстве случаев (34/45 испытаний) задержки составляли менее 3 с. Результаты, представленные ниже, относятся к установившемуся состоянию вызванных ответов ног, как правило, в последние 15–30 с каждого испытания во время ходьбы руками в направлении р, ходьбы руками со скоростью 2 км / ч в направлении ра и руки в воздухе. шагая.

Еще одна важная особенность локомоторных движений — направление шага. Мы проверили, демонстрируют ли движения ног обратный шаг с обратным движением рук. Анализ показал, что площадь траектории стопы была положительной как во время ап (1,5 ± 2,1 см, ² / см, диапазон 0 ÷ 5,6 см, ² / см), так и ра (1,3 ± 2,7 см ² / см, диапазон 0 ÷ 8,9 см ² / см) направления ручной ходьбы со скоростью 2 км / ч. Таким образом, вызванные ритмические движения были преимущественно вперед независимо от направления ходьбы руками.

На рис. 4 представлены общие кинематические параметры (вызванных) движений рук и ног. Угловые движения плечевого и локтевого суставов существенно не различались (F (2,16) = 0,227, p = 0,80 для плеча и F (2,16) = 2,45, p = 0,12 для локтя, RM-ANOVA) в разных руках. -Условия ходьбы (скорость 2 км / ч, скорость 2 км / ч и рука). Угловая амплитуда лучезапястного сустава была значительно больше (p = 0,035, Tukey HSD) при ходьбе вручную в направлении p-a, чем при ходьбе вручную в направлении a-p (рис.4Б, панели слева). Относительные угловые движения в тазобедренных и коленных суставах во время вызванных автоматических движений ног у разных испытуемых были разными (рис. 4А). В среднем они были на 30 ° меньше в коленном суставе (рис. 4B, p <0,05, Tukey HSD) по сравнению с таковыми при произвольном шаге ногой по воздуху (рис. 4B, правые панели).

Рисунок 4. Общие параметры походки.

A — палочные диаграммы движений левой руки и ноги у трех разных испытуемых при ходьбе руками со скоростью 3 км / ч в направлении a-p (слева) и произвольной (vol.) воздушный шаг (справа). B — средние (+ SD, n = 9) угловые амплитуды суставов рук и ног при разных скоростях ходьбы руками в направлении AP (слева) и различных условиях основного протокола: ходьба руками со скоростью 2 км / ч в направлении Pa , воздушный шаг рукой (рука как) и произвольный шаг ногой в воздухе. C — продолжительность цикла и пешая экскурсия а-р. D — частотное соотношение движений рук и ног. На диаграммах разброса каждая точка показывает частоту движений рук или ног в различных условиях для каждого отдельного участника.Пунктирными линиями обозначены целочисленные отношения частот плеча: ноги (1∶1 и 2∶1). Полосы на правой панели представляют собой средние (+ SD) отношения частоты руки / ноги для всех условий.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g004

Угловые движения в голеностопном суставе были довольно небольшими во время вызванных движений ног и сопоставимы с теми, которые были зарегистрированы во время произвольных воздушных шагов (p≥0,11, Tukey HSD). Горизонтальный ход стопы и длительность цикла вызванных движений ног были сопоставимы с произвольными шагами ногами по воздуху (рис.4C, p≥0,052, Tukey HSD). Продолжительность цикла колебаний рук и ног монотонно уменьшалась со скоростью (F (4,32) = 54,4, p <0,00001 для рук и F (4,32) = 8,30, p = 0,00027 для ног, RM-ANOVA, рис. 4С).

Однако, в отличие от того, что обычно происходит при вертикальной ходьбе [5], [41], соотношение частот движений рук и ног отличалось от 1 в большинстве случаев при ходьбе вручную и в значительной степени зависело от скорости ходьбы вручную ( F (4,32) = 11,8, p <0,00001). Действительно, если сопоставить частоту движений рук с частотой движений ног (рис.4D), точки данных для ходьбы вручную во всех условиях попадают между линиями регрессии 1: 1 и 2: 1, что указывает на то, что частота движений ног, как правило, ниже, чем частота движений рук.

Паттерны ЭМГ при ходьбе вручную

Ручная ходьба обычно ассоциировалась с низким уровнем ЭМГ-активности мышц ног, что соответствовало ненагруженным условиям горизонтальной позы и ограниченным движениям в голеностопном суставе (рис. 2,5,6). Действительно, общая ЭМГ-активность была низкой даже при произвольном шаге по воздуху (см. Рис.6,7), что также включало разгрузку и ограниченные движения голеностопного сустава (см. Также [42]). Более того, наблюдалась вариабельность моделей модуляции активности мышц ног, связанных с ходьбой вручную, у разных субъектов (сравните двух субъектов на рис. 5). ЭМГ, как правило, модулируется ритмично синфазно с движениями ног в мышцах подколенного сухожилия (ST и BF) чаще всего, а в других мышцах нижних конечностей более спорадически. Таким образом, субъект s6 на фиг. 5B продемонстрировал заметную модуляцию медиальной широкой мышцы бедра (Vmed) и прямой мышцы бедра (RF), в то время как субъект s2 на фиг.2 показана модуляция медиальной икроножной мышцы (MG). Также изменение активности ЭМГ со скоростью несколько зависело от субъектов. Например, активность мышц подколенного сухожилия увеличивалась со скоростью у субъекта s1 на фиг. 5A, в то время как она снижалась со скоростью у субъекта s6 на фиг. 5B (и активность Vmed и RF увеличивалась со скоростью у этого субъекта).

Рис. 5. Паттерны ЭМГ у двух репрезентативных субъектов для разных скоростей ходьбы руками.

От вверху до внизу : передне-заднее смещение левой руки, ЭМГ-активность 6 мышц левой руки, смещение а-р левой стопы и ЭМГ-активность 7 мышц левой ноги.Обратите внимание на нелинейные изменения в активности ЭМГ со скоростью: у испытуемого 1 (A) наблюдалось увеличение активности мышц задней поверхности бедра, в то время как у испытуемой 2 (B) наблюдалось снижение активности подколенных сухожилий и увеличение активности четырехглавой мышцы. Отметим также отсутствие заметной активности дистальных мышц ног.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g005

Рис. 6. Усредненные по ансамблю (по субъектам) кинематические и ЭМГ паттерны во время ходьбы вручную.

От слева до справа : ходьба рукой со скоростью 2 км / ч в направлении a-p, p-a, шаг рукой в ​​воздухе и произвольный шаг ногой в воздухе.От вверху до внизу : углы суставов (среднее ± стандартное отклонение, n = 9) (A), ненормализованная (B) и нормализованная (C) конверты ЭМГ (черные линии обозначают среднее значение, а пунктирные линии обозначают среднее значение + SD ). Образцы построены в зависимости от нормализованного цикла ног. Обратите внимание на одинаковое время активности мышц подколенного сухожилия (примерно в начале цикла ноги) во всех условиях.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g006

Рисунок 7. Координация движений рук и ног.

A — кинематика рук и ног и ЭМГ у одного репрезентативного участника, выполняющего ручную ходьбу со скоростью 2 км / ч и произвольное воздушное шагание. В левой части каждой панели показаны колебания левой верхней и нижней конечностей, сопровождаемые соответствующей ЭМГ-активностью некоторых репрезентативных мышц. Серые области разграничивают циклы отдельных конечностей, определенные отдельно для рук и ног как время между двумя последовательными максимумами смещения a-p соответствующей конечной точки. В правой части каждой панели отображаются спектры Фурье, полученные из сигналов слева от них.Пунктирными линиями показано положение первых пяти кратных основной частоты (f1), для которых отображается объясненный процент отклонения (PV _f1 ). B — средние (± SD, n = 9) пиковые частоты ЭМГ и соответствующие кинематические паттерны рук (верхний график) и ноги (средний график) для ходьбы руками с различной скоростью и для произвольного шага ногами в воздухе (об.). Нижний график представляет фазу (относительно начала цикла ноги) первой гармоники для ЭМГ ноги и углов подъема бедра и голени (ноль соответствует функции косинуса с нулевым сдвигом по времени).В этот анализ были включены только ЭМГ с пиковой активностью более 2 мкВ и PV _f1 > 20%.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g007

На рисунке 6 сравниваются кинематические модели ног и модели ЭМГ, ансамбль, усредненный по всем испытуемым при ходьбе руками (ап и па при 2 км / ч), рука воздушный шаг и произвольный воздушный шаг. Примечательно, что модель модуляции мышц подколенного сухожилия при ходьбе руками была аналогична таковой при произвольном шаге ногами в воздухе, со всплесками активности в конце замаха и в начале стойки в обоих условиях (см.рис.6). Кинематика ног при ручной ходьбе также напоминала кинематику при произвольном шаге в воздухе, причем оба условия предполагали гораздо большие изменения углов бедра и колена, чем угол лодыжки. Угловой ход суставов ног был низким при шаге в воздухе (как вызванном, так и произвольном), особенно в голеностопном суставе (рис. 6).

Координация движений рук и ног

Чтобы количественно охарактеризовать связь между движениями рук и ног, мы вычислили величину и фазу преобразования Фурье кинематических и ЭМГ переменных (рис.7). Что касается движений ног, мы анализировали только активность мышц задней поверхности бедра (BF и ST), потому что это были мышцы, более последовательно модулируемые во время ходьбы руками и произвольного шага по воздуху среди записанных.

На рис. 7 показаны кинематика и ЭМГ у одного репрезентативного участника, выполняющего ходьбу руками в направлении a-p со скоростью 2 км / ч и произвольные шаги в воздухе. В частности, эти примеры показывают, что, в отличие от вертикальной ходьбы [2], частоты колебаний рук и ног во время ходьбы не были заблокированы между собой в соотношении 1: 1.Эти взаимосвязи между движениями рук и ног были подтверждены путем анализа ЭМГ-активности проксимальных мышц руки и ноги, даже несмотря на то, что процент дисперсии, объясняемый основной гармоникой, обычно был меньше для профилей ЭМГ по сравнению с кинематикой как для ходьбы вручную, так и для произвольной ноги воздушный шаг (рис. 7А).

Пиковая частота модуляции ЭМГ тесно коррелировала с таковой для соответствующей конечности, руки для мышц руки и ноги для мышц ног (рис.7Б, верхняя и средняя панели). Фурье-анализ также подтвердил предыдущее качественное наблюдение (рис.6) о том, что фаза активности мышц BF и ST при ходьбе вручную (рис. 7B, нижняя панель) была примерно такой же, как и при вертикальной ходьбе (около конца махов и начала движения). позиции [43]).

Когда соотношение движений рук и ног составляло ∼1 (в диапазоне 0,95 ÷ 1,05, всего 13 испытаний для всех условий), ипсилатеральное фазовое отставание (уравнение 2) между верхними и нижними конечностями составляло 34 ± 8% (диапазон 22 ÷ 47), демонстрируя, таким образом, более «диагональную» походку (IPL около 50%), хотя в четырех из 13 испытаний участники не демонстрировали отсечения конечностей (IPL = 22–28%).«Боковая» походка (IPL ~ 0%) никогда не наблюдалась.

Оценка автоматизма

Согласно литературным источникам [44], [45], доказательство того, что задача выполняется автоматически и выполняется с минимальным вниманием, обеспечивается тем фактом, что второстепенная задача выполняется с минимальным вмешательством. Чтобы оценить степень вмешательства в задачи, у четырех испытуемых мы сравнили выполнение мысленной арифметики (количество ошибок и скорость счета) во время периодов отдыха и во время ходьбы руками. Ни процент ошибок (5 ± 2% и 7 ± 4% при ходьбе и покое соответственно), ни скорость счета (18.8 ± 7,5 мин ⁻¹ и 15,2 ± 5,4 мин ⁻¹ соответственно) достоверно различались в этих условиях (p = 0,18 и p = 0,05, парные t-критерии), хотя результативность ментальной арифметики была немного хуже. при ходьбе вручную. Эти результаты показали ограниченное взаимодействие между двумя задачами, таким образом подтверждая гипотезу об автоматичности движений ног, возникающих во время ходьбы руками [44], [45]. Также следует отметить, что ментальная арифметика сводит к минимуму внимание испытуемых к движениям ног.

Эффект ходьбы вручную, зависящий от направления

Другой вопрос: являются ли эффекты направленными или вызваны общим повышением возбудимости спинномозговых локомоторных цепей из-за сокращений мышц руки. Например, известно, что маневр Джендрассика облегчает воздушные шаги ногами [33]. В частности, мы проверили, могут ли автоматические движения ног быть вызваны движениями рук, выполняемыми в направлении, отличном от направления нормальной ходьбы. С этой целью мы попросили четырех испытуемых выполнить ручную ходьбу в переднезаднем или среднебоковом направлении с одинаковой скоростью (рис.8). Экскурсии рук в направлении движения полотна беговой дорожки существенно не различались между двумя условиями (28 ± 6 см против 29 ± 8 см соответственно, p = 0,39, парный t-критерий, хотя пример на рис. 8 показывает немного меньше ручные экскурсии по направлению мл). Однако вызванные движения ног в основном наблюдались во время ходьбы вручную (смещения стопы составляли 49 ± 27 см против 4 ± 3 см, p = 0,021, парный t-критерий). Кроме того, не было обнаружено значительных различий в выполнении мысленной арифметической задачи, количественно определяемой процентом ошибок и скоростью счета между ходьбой руками в направлениях a-p и m-l (p> 0.32 для обоих параметров, парные t-тесты), что соответствует аналогичному уровню автоматизма для ходьбы вручную в двух направлениях.

Рис. 8. Специфичность вызванных движений ног при ручной ходьбе.

Пример движений ног во время ходьбы руками в переднезаднем (a-p, A) и срединно-латеральном (m-l, B) направлениях у одного репрезентативного субъекта (s9). Формат аналогичен рис. 5. R — правый, L — левый. Отметьте минуту, если какие-либо движения ног во время ходьбы рукой в ​​направлении m-l (B).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g008

Эффекты блокировки движений ног

Для дальнейшего исследования природы вызванных движений ног мы вручную заблокировали движения ног у шести испытуемых. На рисунке 9 показаны примеры вызванных ответов у четырех испытуемых: пунктирными линиями обозначен период временной блокады ног (прерывание и возобновление смещений стопы). В большинстве исследований (27/42, 64%) мы наблюдали ЭМГ-активность мышц задней поверхности бедра (ST, BF) в ответ на этот маневр.Заметной активности ЭМГ в других мышцах ног мы не наблюдали. В 17 испытаниях у субъектов наблюдалась тоническая реакция, состоящая из постоянной активации во время блока (см. Субъект s8 на рис. 9A), в то время как в 10 исследованиях мы наблюдали ритмический ответ, состоящий из взрывных эпизодов с частотой около 0,6 Гц (субъект s2 на рис. 9А). Таблица 2 содержит количество испытаний с тоническими и фазовыми ответами у каждого субъекта. В остальных 15 исследованиях не было явной ритмической или тонической ЭМГ-активности мышц подколенного сухожилия.Все испытуемые возобновили автоматические движения ног после отпускания ног, продолжая ходить вручную (рис. 9А).

Рис. 9. Эффект временного блока ног и прекращения ходьбы руками.

A — Кинематика верхних и нижних конечностей и ЭМГ-активность у двух испытуемых во время временной блокады ног, выполняемой экспериментатором вручную. Пунктирными линиями обозначен период преходящей блокады ноги: прекращение и начало смещения стопы. Один субъект (s8) продемонстрировал тоническую реакцию в мышцах ног во время блока, в то время как другой (s2) показал фазовую реакцию.Все испытуемые восстановили непроизвольные шаговые движения в воздухе после расслабления ног. Б — продолжение движений ног после прекращения ходьбы руками. Обратите внимание на ЭМГ-активность мышц ST и BF, связанную с несколькими постциклами движений стопы.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.00

.g009

Последствия прекращения ходьбы вручную

Мы также проверили устойчивость движений ног и / или ЭМГ-активности после прекращения ходьбы вручную (таблица 1, три испытания на скорости 1 км / ч в направлении a-p для каждого субъекта).Постоянные движения ног с соответствующей активностью мышц задней поверхности бедра наблюдались после прекращения движений рук (фиг. 9B). Задержка прекращения колебательных движений ног относительно окончания движений руки варьировала от 0,6 до 46 с. В большинстве случаев (9/12 испытаний) задержка превышала 3 с (в среднем 10,05 с).

Влияние колебаний туловища на движение ног

Потенциальные механические эффекты колебаний туловища на движение ног оценивались с использованием как биомеханического моделирования, так и эффекта внешних движений туловища.Результаты моделирования представлены на рис. 3. При усредненных горизонтальных (от пика до пика) смещениях стопы, предсказанных моделью с использованием фактических движений бедер во время ходьбы руками в качестве входных данных, было 8 ± 7 см (все скорости были объединены вместе. , Рис. 3C).

Для непосредственной оценки влияния колебаний туловища на движения ног (таблица 1) экспериментатор перемещал туловище испытуемого вперед и назад, пытаясь имитировать колебания бедер, связанные с ходьбой руками. В результате среднее смещение бедер составило 5.45 ± 1,41 см по сравнению со средним смещением 3,53 ± 2,49 см, связанным с ходьбой вручную (рис. 3C, левая панель). Важно отметить, что мы обнаружили, что амплитуда (от пика до пика) смещений стопы (маркер MP), вызванных пассивными движениями бедра, была относительно небольшой (от 2 до 10 см, в среднем 7,30 ± 3,41 см). Более того, в отличие от движений ног, вызванных ходьбой вручную, мы не наблюдали какой-либо заметной ЭМГ-активности в мышцах ног с пассивными движениями бедра (рис. 3B). Мы также обнаружили, что амплитуда горизонтального смещения стопы, предсказываемая моделью, существенно не отличалась от экспериментально наблюдаемой при пассивных движениях бедра (рис.3B и C, p = 0,67, Tukey HSD).

В целом, движения стопы, вызванные ходьбой вручную, были значительно больше, чем те, которые экспериментально измерялись с пассивным движением бедра, и те, которые предсказывала биомеханическая модель (для обоих сравнений p = 0,00017 Tukey HSD). То же самое справедливо и для угловых экскурсий суставов (рис. 3C). Экскурсии стопы, вызванные пассивным смещением бедра, не превышали 10 см (рис. 3С). Поэтому мы использовали этот предел (L = 10 см) как нижний порог движений ног, связанных с ходьбой вручную, чтобы идентифицировать «отзывчивых» субъектов из пилотных экспериментов (рис.1С).

Обсуждение

Мы обнаружили, что ритмичное движение рук на беговой дорожке над головой, как при ходьбе руками, часто вызывает автоматические чередующиеся движения ног у значительной части испытуемых. Эти движения ног имели некоторое сходство с произвольными шагами в воздухе и вертикальными движениями. Таким образом, время ЭМГ-активности подколенного сухожилия относительно цикла походки было одинаковым во всех трех условиях. Более того, как и при обычной ходьбе, частота движений ног увеличивается с увеличением частоты движений рук во время ходьбы вручную.Однако соотношение частот руки / ноги имеет тенденцию становиться больше единицы с увеличением скорости беговой дорожки, в отличие от фиксированного отношения 1 при нормальной ходьбе. Связь между активностью шейных мотонейронов, лежащих в основе ходьбы руками, и активностью пояснично-крестцовых мотонейронов, лежащих в основе движений ног, была предположительно непрямой, отсроченной и асинхронной, по крайней мере, в наших экспериментальных условиях. Ниже мы обсуждаем результаты в контексте возможных функциональных связей между шейными и поясничными сетями, которые могут быть ответственны за наблюдения.

Методологические соображения

Наша установка позволяла относительно неограниченное движение ног в эквипотенциальной плоскости силы тяжести, в то время как ходьба руками выполнялась с контролируемой скоростью. Несмотря на свои преимущества для исследования ритмогенеза, установка имеет ограничения. Во-первых, положение пациента лежа приводит к асимметричным вестибулярным и тактильным стимулам к телу и к некоторой активности мышц руки против силы тяжести, действующей перпендикулярно длинной оси руки. Однако маловероятно, что эти факторы, связанные с положением, оказали значительное влияние на общие характеристики шага.Действительно, ранее было показано, что ходьба в этой наклонной установке очень похожа на ходьбу с вертикальной опорой веса тела [35], [36]. Кроме того, мы не думаем, что движения ног представляют собой стратегию, используемую для облегчения «вертикального» досягаемости рук к беговой дорожке в позднем «качании» цикла рук, поскольку движения ног не наблюдались во время среднебоковой ходьбы руками ( Рис.8). Наконец, ритмичные движения ног были постоянными в разных условиях, включая разные положения рук и наличие или отсутствие сил «реакции земли» при ходьбе руками (шаг руками в воздухе, рис.4,6).

Во-вторых, положение руки над головой соответствует «ходьбе по деревьям» [46] или ориентации руки, напоминающей плавание [2], а не взмаху руки во время передвижения по земле. Тем не менее, колебания плеча a-p при ходьбе вручную (∼7 см) были сопоставимы с колебаниями при обычной ходьбе (∼5–10 см [47]). Также часто считается, что двуногие люди произошли от четвероногих предшественников (наземных или древесных [26], [46]). Одним из отличительных аспектов ходьбы на четвероногих приматах является использование диагональных пар межконечностей [16], [48] — [50], которые мы также наблюдали в наших экспериментах, когда соотношение между частотами рук и ног составляло 1∶1.

В-третьих, мы изучали влияние движений верхних конечностей на движения нижних конечностей, когда верхние и нижние конечности не выдерживали нагрузки. В этих условиях голеностопный сустав обычно не был задействован (рис. 4B), вероятно, из-за отсутствия сил нагрузки, что согласуется с предыдущими исследованиями с использованием тонических сенсорных стимуляций (посредством вибрации мышц или электростимуляции нервов), чтобы вызвать воздушные шаги ногами. движения [32], [33]. Органолептическая обратная связь вносит существенный вклад в активацию дистальных мышц во время передвижения [51], [52], а также схемы формирования шаблона в крестцовом мозге [53], возможно, может быть инактивирован, когда вход от опорной поверхности отсутствует.Продолжительность цикла вызванных колебаний ног (в среднем 2–4 с, рис. 4С) была больше, чем при вертикальной ходьбе (1,1–1,6 с, в зависимости от скорости [54]), что согласуется с влиянием силы тяжести на маятник. поведение конечностей и идея о том, что локомоторный контроллер использует преимущества и адаптируется к пассивной динамике многосуставной системы [5], [36]. Мы использовали воздушный шаг в качестве модели для исследования ритмогенеза у людей, поскольку его проявлению в значительной степени способствует отсутствие внешнего сопротивления, и он задействует неизменные сенсорные входы [33], [34].Более того, известно, что многие особенности координации четвероногих рук и ног сохраняются при выполнении различных локомоторных задач у людей [16], [55], включая реципрокный паттерн влияний между координацией движения и ходьбы [56] или координацию четвероногих конечностей во время избегание препятствий [57].

Наконец, нельзя исключить механическую передачу движений рук и связанного с ними скручивания туловища на ноги, учитывая низкое сопротивление экзоскелета. Однако, используя внешние движения туловища и биомеханическое моделирование (см. Влияние колебаний туловища на движение ног в Результатах), мы показали, что пассивные смещения бедер, примерно сопоставимые с теми, которые регистрируются при ходьбе вручную, определяют движения ног намного меньшие, чем те, которые связаны с ходьба руками и без заметной модуляции ЭМГ-активности в мышцах ног.Вместо этого такая модуляция ЭМГ присутствовала во время ходьбы руками (рис. 2,5,6) и часто продолжалась даже тогда, когда движения ног были временно заблокированы экспериментатором (рис. 9A) или после прекращения движений рук (рис. 9B). ). Таким образом, основная часть свидетельств указывает на преимущественно активную (нервную), а не пассивную (механическую) природу движений ног, вызванных ходьбой вручную.

Предполагаемые механизмы

Маловероятно, что движения ног были вызваны произвольно во время ходьбы руками: испытуемые всегда занимались ментальной арифметикой и, когда их спрашивали, они казались не замечающими движений ног (которые они не могли видеть из-за позы).Действительно, общепринято, что автоматические движения выполняются без явного внимания к деталям движения [58]. Кроме того, ходьба руками мало влияла на выполнение мысленных арифметических операций (процент ошибок и скорость счета), что свидетельствует о минимальном вмешательстве или отсутствии вмешательства в двигательную задачу и, следовательно, на автоматичность [44], [45] движений ног.

Хотя реакции ног были предположительно автоматическими, они не были стереотипными. Таким образом, задержка начала колебаний ног относительно колебаний руки была переменной (обычно около 1-2 с, но иногда и намного дольше), как и соотношение между частотой колебаний ног и частотой колебаний руки (рис.4,7). Так же, как произвольная воздушная ходьба, также ходьба руками обычно ассоциировалась с низким уровнем ЭМГ-активности мышц ног из-за ненагруженных условий. Мышцы подколенного сухожилия были мышцами ног, более последовательно активировавшимися ритмично, но у некоторых испытуемых также ритмично модулировались четырехглавые мышцы и икроножные мышцы (рис. 2,5,6). Это можно объяснить важным вкладом рефлексов растяжения в мышцу подколенного сухожилия (особенно в конце маха) в контексте «пассивного» вклада [59].Более того, ограниченная активация более дистальных мышц может быть интерпретирована с точки зрения их большей зависимости от сенсорной обратной связи, связанной с нагрузкой на конечности, по сравнению с проксимальными мышцами (в контексте «активного» вклада центральных источников) [51], [52]. Когда экспериментатор временно блокировал движения ног (Таблица 2) или после прекращения движений рук (Рис.9), в разных испытаниях мы могли наблюдать один из 3 различных ответов на ЭМГ-активность ранее активных мышц: 1 ) ритмическая активность, 2) тоническая активность, или 3) не обнаруживаемая активность.Постоянство ритмической активности ног (рис. 9A, B) дополнительно подтверждает активную (нервную), а не пассивную (механическую) природу движений ног, вызванных ходьбой рук, и, таким образом, указывает на активацию схем генерации паттернов. Напротив, наличие тонической активности может зависеть от взаимосвязи между мышечным тонусом и движением. Примеров такой взаимосвязи много. Например, мышечная активность может быть продлена, когда движение конечности прерывается в фазе замаха или стойки, а чередующиеся всплески могут быть заменены тонической активностью, когда конечность остается неподвижной [60] — [62].Более того, эпидуральная стимуляция на уровне L5 позвоночника у децеребрированных кошек первоначально вызывает тоническую активность в мышцах задних конечностей, которая меняется на двигательную активность после 5-7 секунд стимуляции [34]. Кроме того, инициирование локомоции, вызванной стволом мозга, обычно сопровождается повышением постурального мышечного тонуса [63]. Наконец, разные формы передвижения человека могут быть связаны со специфическим мышечным тонусом [64]. О больших межиндивидуальных различиях у людей (Fig. 1C, 2,9) в задержке и реакции схемы генерации паттерна позвоночника на его активацию также сообщалось в предыдущих исследованиях [32] — [34].

Каким бы ни был точный механизм наблюдаемого явления, эти переменные особенности предполагают, что сигналы, относящиеся к движениям рук, не передают напрямую двигательные команды мышцам ног, а запускают реакции, которые зависят от сенсорной обратной связи и состояния пояснично-крестцовой локомоторной схемы [65]. . Один из возможных путей для этих триггерных сигналов — через внутренние спинномозговые пути, соединяющие шейные и пояснично-крестцовые нейроны. Наиболее известными из таких связей являются длинные нисходящие проприоспинальные нейроны, которые были продемонстрированы у людей [14].Однако, учитывая латентность ответов ног относительно колебаний руки, нельзя исключить супраспинальный вклад.

У четвероногих млекопитающих описаны как нисходящие, так и восходящие связи между шейными и пояснично-крестцовыми CPG. У этих животных связь между конечностями намного сильнее, чем у людей, но функциональное состояние этих связей зависит от задачи и контекста [18].