This article is concentrated on the objective computerizing method of measuring of muscle tone using compressive and decompressive deformation of superficial skeletal muscle of wrist in vivo. Four indices were highly recommended for complex analysis of muscle tone

Archangelskaja, J. S.

Ganin, G.

Gutnik, B.

Hudson, G.

Vasilieva, E. A.

Yielder, P.

European Researcher

Deakin Research Online

A computerized method for objective measurement of muscle tone

Ekaterina A. Vasilieva

Gennadij V. Ganin

Julia S. Archangelskaja

Grant Hudson

Boris J. Gutnik

Paul Yielder

Directory of Open Access Journals

European researcher. 2011. № 5-1 (7) 552  UDC 53/57/61  A COMPUTERIZED METHOD FOR OBJECTIVE MEASUREMENT  OF MUSCLE TONE  1 Boris J. Gutnik 2 Paul Yielder 3 Grant Hudson 4 Gennadij V. Ganin 5 Julia S. Archangelskaja 6 Ekaterina A. Vasilieva  1 GKA by Maimonideus Sadovnicheskaja st., 52/45, Moscow, 113035, Russia Doctor of biological sciences, Professor E-mail: gutnikboris@gmail.com 2 University of Ontario Institute of Technology 2000 Simcoe Street North Oshawa Ontario L1H7K4, Canada Doctor of biological sciences; Assistant Professor E-mail: paul.yielder@uoit.ca 3 UNITEC, Department of Civil Engineering  Carrington Rd, 92025, Auckland, New Zealand Lecturer, MSci E-mail: grant@cghudson.co.nz 4 GKA by Maimonideus Sadovnicheskaja st., 52/45, Moscow, 113035, Russia PhD (biological),, Senior Lecturer E-mail: ganingv@mail.ru 5 GKA by Maimonideus Sadovnicheskaja st., 52/45, Moscow, 113035, Russia PhD (biological), Professor E-mail: yul0807@yandex.ru 6 GKA by Maimonideus Sadovnicheskaja st., 52/45, Moscow, 113035, Russia PhD (biological), Professor,  E-mail: ea_v@list.ru  This article is concentrated on the objective computerizing method of measuring of muscle  tone  using  compressive  and  decompressive  deformation  of  superficial  skeletal muscle of wrist in vivo. Four indices were highly recommended for complex analysis of muscle tone. Keywords:  Special  Energy  of  Compression  and  decompression,  dissipational special energy, set.  В настоящее время используется огромное количество субъективных методов оценки  мышечного  тонуса  в  клинических  исследованиях  [1,  2];  Однако  все  эти методы  задают  усилие  и  регистрируют  уровень  лишь  объемной  деформации мышцы  с  недостаточной  степенью  точности  и  не  позволяют  определить изменения  ее  формы.  Наибольший  эффект  проявления  подобных  деформаций наблюдается  для  таких  материалов,  как  вязкоупругие  материалы,  к  которым можно отнести и кожный покров, и мышечные ткани. Mышечный тонус отражает European researcher. 2011. № 5-1 (7) 553  нервную  регуляцию,  результат  которой  зависит  от  вязкоэластичных  свойств мышцы  [3,  4].  В  соответствии  с  этим  была  высказана  идея  о  изменении механических  характеристик  мышцы  при  ее  деформации  [5,  6].  Механическое напряжение, возникающее в мышце при длительной воздействии внешней силы, определяется  ее  вязкоэластичными  свойствами.  Эта  зависимость  отчетливо выражена на диаграмме ﾫусилие – деформацияﾻ. В противоположность Моргану [6] и другим [7], которыe измеряли мышечную жесткость в течение очень короткого периода эссентрической работы, нами была предложена модель регистрации мышечного тонуса на релаксированной мышце. Для  этого  был  разработан  специальный  прибор  –  эластомер,  подключенный  к персональному  компьютеру  [8].  Эластометр  состоит  функционально  из  двух блоков.  С  помощью  первого  блока  осуществляется  механическое  воздействие  на мышцу.  Он  представляет  собой  штифт,  перемещение  которого  происходит  в вертикальной  плоскости  с  небольшой  скоростью  (не  более  0,25  мм/с).  Диаметр штифта  –  3,5  мм.  Второй  блок  –  это  регистратор  величины  абсолютной деформации  и  механического  напряжения.  Регистратор  включает  в  себя  два сенсорных датчика, регистрирующих глубину погружения штифта с точностью 0,05 мм и силу упругости, возникающую при погружении штифта в мышцу,. точность 0,001  Н.  Датчики  были  подключены  к  персональному  компьютеру, регистрируемые  ими  показатели  с  шагом  погружения  штифта  0,05  мм непосредственно вводились в таблицу ЭКСЕЛЬ. Данные исследования проводились на дистальных мышцах кисти (First dorsal interosseous muscle) у 18 здоровых молодых людей (контрольная группа), а также на 18  лицах,  страдающими  спазмами  кистевых  мышц  (экспериментальная  группа). Испытуемому  предлагалось  полностью  расслабиться,  закрыть  глаза,  положить доминантную  руку  на  горизонтальную  приставку,  а  другой  рукой  удерживать сигнальную  кнопку.  По  сигналу  врача  он  нажимал  эту  кнопку,  чем  приводил штифт  в  движение.  Затем  этот  же  эксперимент  проводился  для  недоминантной руки.  Начиналась  прогрессивная  компрессия  брюшка  мышцы,  которая продолжалась  до  того  момента,  когда  испытуемый  начинал  чувствовать дискомфорт  (глубина  погружения  12–15  мм).  В  этот  момент  испытуемый прекращал  движение  штифта  вниз  повторным  нажатием  сигнальной  кнопки,  и штифт  начинал  подниматься  с  такой  же  скоростью.  На  экране  компьютера строился график ﾫсила-деформацияﾻ. Автоматически рассчитывались следующие показатели:  1.  Удельная  вязкоэластическая  энергия  компрессии,  затраченная  на деформацию мышцы (Е к. удельн., Дж/м) на каждый мм погружения штифта. 2. Удельная  вязкоэластическая  энергия  декомпрессии,  затраченная  на деформацию мышцы (Е дк.удельн., Дж/м) на каждый мм поднятия штифта.. 3. Удельная  энергия  диссипации  (Е  дис.удельн.,  Дж/м),  как  дополнительный показатель степени слабости тонуса данной мышцы, равная (Е к. удельн. - Е дк. удельн.).  4. Уровень остаточной деформации -   ocт.(мм). Измерение мышечного тонуса у каждого испытуемого проводилось дважды. В каждом  случае  было  сделано  по  три  измерения,  при  этом  результаты  всех исследуемых  параметров  усреднялись.  Результаты  исследования  показали,  что  у испытуемых обеих групп глубина погружения штифта была примерно одинакова. В экспериментальной  группе  отмечалось  более  высокая  удельная  энергия компрессии,  но  более  низкая  удельная  энергия  декомпрессии,  в  результате  чего удельная  энергия  диссипации  оказалась  значительно  выше.  В  этой  же  группе наблюдалось тенденция к снижению уровня остаточной деформации. Показатели тонуса внутри одной группы могли сильно отличаться [9, 10] но при этом разброс European researcher. 2011. № 5-1 (7) 554  результатов у одного и того же испытуемого был в пределах + 10%. Во всех случаях для  доминантной  руки  фиксировались  более  низкие  показатели  удельной диссипационной  энергии  и  более  низкий  уровень  остаточной  деформации.  Это может свидетельствовать о более высоком тонусе дистальных мышц доминантной руки [10, 11]. Разработанная нами методика объективного определения мышечного тонуса может найти широкое применение в нейрологической практике, а также в спортивно-методических  и  физиотерапевтических  исследованиях,  связанных  с методами восстановления мышечной активности и мышечной релаксации.  Примечания: 1. Sloan R.L, Inter-rater reliability of the modified Ashworth Scale for spasticity in hemiplegic  patients.  /  R.L.  Sloan,  E.Sinclair,  J.Thompson  and  others//  International journal of rehabilitation research, 1992, Vol. 15, No2, P. 158-161. 2. Haas B.M. The inter rater reliability of the original and of the modified Ashworth scale  for  the  assessment  of  spasticity  in  patients  with  spinal  cord  injury/  B.M.  Haas; E. Bergstrom  A.  Jamous  and  others  //Spinal  cord  :  the  official  journal  of  the International Medical Society of Paraplegia.199, Vol 34, No9, P. 560-564. 3. Samsom J.F. Muscle power and medical history in high risk preterm infants at 3 months of corrected age. J.F. Samsom , de Groot L., Hopkins B.) Neuropediatrics, 1998, Vol.29 No3, P. 127-32. 4. Magnusson S.P. Tendon properties in relation to muscular activity and physical training/ S.P. Magnusson, P. Hansen, M. Kjaer //Scandinavian journal of medicine & science in sports, 2003, Vol. 13, No4, P.211-223.  5. Morgan D.L.Separation of active and passive components of short-range stiffness of muscle. // The American journal of physiology, 1977, Vol. 232, No1. 6. Almeida-Silveira M.I. Changes in stiffness induced by hindlimb suspension in rat Achilles tendon./ M.I. Almeida-Silveira D. Lambertz, C. Perot and others // European journal of applied physiology, 2000, Vol. 81, No 3, P. 252-257 7. Gregson J.M., Reliability of measurements of muscle tone and muscle power in stroke patients / J.M Gregson, M.J., Leathley, A.P. and others// Age and ageing, 2000, Vol 29, No3, Pp. 223-228. 8. Gutnik B. Neuro-muscular factor in stiffness of the distal hand muscle in vivo. The Lateral Approach (preliminary results)/ B. Gutnik, P., Yielder, G. Hudson and others // Proceedings of the 22nd international australasian winter conference on brain research, 2004, P. 135-136. 9. Barney F., LeVeau R.T.Biomechanics of human motion, 1992, W.B.Saunders Co. Philadelphia, 176 p. 10. Alter M.G. Science of Flexibility, 1996, Human Kinetics, Champaign, Illinois, 246 p. 11. Watkins J. Structure and function of the skeletal muscle system, 1999, Human Kinetics, Champaign, Il., 274.           European researcher. 2011. № 5-1 (7) 555  УДК 53/57/61  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОГО МЕТОДА  В ОБЪЕКТИВНОМ ИЗМЕРЕНИИ МЫШЕЧНОГО ТОНУСА  1 Борис Иосифович Гутник 2 Пол Йелдер 3 Грант Хадсон 4 Геннадий Васильевич Ганин 5 Юлия Серафимовна Архангельская 6 Екатерина Анатольевна Васильева  1 ГКА им. Маймонида 113035, Россия, г. Москва, ул. Садовническая, д. 52/45 доктор биологических наук, профессор E-mail: gutnikboris@gmail.com 2 Университет Онтарио, Технологический институт пров. Онтарио, Северная Ошава, 2000, г. Онтарио, Симк, L1H7K4 доктор биологических наук, ассистент профессора E-mail: paul.yielder@uoit.ca 3 Юнитек – Технологический институт 92025, Каррингтон Роуд, Окленд, Новая Зеландия магистр биологических наук, старший лектор E-mail: grant@cghudson.co.nz 4 ГКА им. Маймонида 113035, Россия, г. Москва, ул. Садовническая, д. 52/45 кандидат физико-математических наук, ст.преподаватель E-mail: ganingv@mail.ru 5 ГКА им. Маймонида 113035, г. Москва, ул. Садовническая, д. 52/45 кандидат физико-математических наук, профессор E-mail: yul0807@yandex.ru 6 ГКА им. Маймонида 113035, г. Москва, ул. Садовническая, д. 52/45 кандидат физико-математических наук, профессор E-mail: ea_v@list.ru  В статье рассматривается использование компьютеризированного метода для объективного  измерения  мышечного  тонуса  на  модели  деформирующей компрессии  и  декомпрессии  поверхностной  скелетной  мышцы  кисти  в естественных условиях. Четыре индекса рекомендуется для комплексного анализа мышечного тонуса. Ключевые слова: удельная энергия компрессии и декомпрессии, удельная энергия рассеяния, остаточная деформация.        

A computerized method for objective measurement of muscle tone

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Deakin Research Online

Directory of Open Access Journals