Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів
У дослідах на чотирьох добровольцях досліджувалася координація центральних рухових команд (ЦРК), що керували повільними двосуглобовими рухами руки в горизонтальній площині. Як кореляти інтенсивності таких команд розглядались поточні амплітуди ЕМГ, відведених від шести м’язів плечового пояса і плеча...
Saved in:
| Published in: | Нейрофизиология |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68348 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів / А.В. Горковенко // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 238-246. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860040684362268672 |
|---|---|
| author | Горковенко, А.В. |
| author_facet | Горковенко, А.В. |
| citation_txt | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів / А.В. Горковенко // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 238-246. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Нейрофизиология |
| description | У дослідах на чотирьох добровольцях досліджувалася координація центральних рухових команд (ЦРК), що керували повільними двосуглобовими рухами руки в горизонтальній площині. Як кореляти інтенсивності таких команд розглядались поточні амплітуди ЕМГ, відведених від шести м’язів плечового пояса і плеча й підданих повному випрямленню та низькочастотній фільтрації. Зокрема, досліджували залежність координації ЦРК від напрямку зовнішньої сили, яка прикладалася до дистальної частини передпліччя. Як виявилося, координація ЦРК істотно залежить від напрямку сили, що згинає ліктьовий суглоб. Згідно з результатами дослідження, ЕМГ певних м’язів у разі виконання двосуглобового руху може бути представлена як лінійна комбінація ЕМГ, зареєстрованих у перебігу послідовних односуглобових рухів в умовах пересування референтної точки кисті в ту ж саму точку операційного простору, що й при двосуглобовому русі. Отримані дані можуть вважатися підтвердженням принципу суперпозиції елементарних ЦРК під час виконання складних рухів кінцівок.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:55:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3238
УДК 612.76:612.825
А. В. ГОРКОВЕНКО1
АКТИВАЦІЯ М’ЯЗІВ ПЛЕЧОВОГО ПОЯСА ТА ПЛЕЧА ЛЮДИНИ В ПЕРЕБІГУ
ДВОСУГЛОБОВИХ РУХІВ РУКИ, ЩО ВИКОНУЮТЬСЯ ПРИ ДІЇ ЗОВНІШНІХ
НАВАНТАЖЕНЬ ПРОТИЛЕЖНИХ НАПРЯМІВ
Надійшла 17.03.10
У дослідах на чотирьох добровольцях досліджувалася координація центральних рухових
команд (ЦРК), що керували повільними двосуглобовими рухами руки в горизонтальній
площині. Як кореляти інтенсивності таких команд розглядались поточні амплітуди ЕМГ,
відведених від шести м’язів плечового пояса і плеча й підданих повному випрямленню
та низькочастотній фільтрації. Зокрема, досліджували залежність координації ЦРК від
напрямку зовнішньої сили, яка прикладалася до дистальної частини передпліччя. Як
виявилося, координація ЦРК істотно залежить від напрямку сили, що згинає ліктьовий
суглоб. Згідно з результатами дослідження, ЕМГ певних м’язів у разі виконання дво-
суглобового руху може бути представлена як лінійна комбінація ЕМГ, зареєстрованих
у перебігу послідовних односуглобових рухів в умовах пересування референтної точки
кисті в ту ж саму точку операційного простору, що й при двосуглобовому русі. Отримані
дані можуть вважатися підтвердженням принципу суперпозиції елементарних ЦРК під
час виконання складних рухів кінцівок.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: двосуглобовий рух руки, ліктьовий суглоб, плечовий суглоб,
м’язи плечового пояса та плеча, суперпозиція центральних моторних команд.
1 Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ (Україна).
Ел. пошта: gork@biph.kiev.ua (А. В. Горковенко).
ВСТУП
Як відомо, у людини м’язи плеча m. biceps brachii,
caput breve та triceps brachii, caput longum, котрі
забезпечують відповідно згинання та розги-
нання передпліччя, беруть також участь у ру-
хах у плечовому суглобі. Таким чином, ці м’язи
є біартикулярними, тобто такими, які можуть за-
безпечити рухи в двох суглобах одночасно [1–3].
Дана обставина робить дослідження механізмів
координації рухових команд щодо двосуглобо-
вих рухів значно складнішим, ніж аналогічні
дослідження односуглобових рухів, особливо в тих
випадках, коли один із суглобів кінцівки згинається,
а інший – розгинається. Важливо відмітити, що
координація рухових команд, отриманих згада-
ними вище м’язами, здебільшого вивчалася при
виконанні швидких балістичних рухів або в умовах
створення статичних ізометричних зусиль [4, 5].
Очевидно, що в разі керування швидкими рухами
у моторних командах мають враховуватися впливи
інерційних сил та моментів сил, виниклих між сег-
ментами кінцівки внаслідок їх прискореного руху.
У наших експериментах досліджувалися відносно
повільні рухи руки, під час яких інерційні сили та
моменти сил були значно меншими, ніж створені
зовнішніми навантаженнями (див. нижче).
Згідно з даними нашої попередньої роботи, не-
залежно від комбінації елементарних повільних
рухів у ліктьовому та плечовому суглобах (обид-
ва суглоби згинаються, обидва розгинаються або
один згинається, а інший розгинається) центральні
рухові команди (ЦРК), які надходять до м’язів руки
в умовах виконання двосуглобових рухів, у першо-
му наближенні можуть розглядатись як результат
суперпозиції команд при виконанні відповідних
елементарних односуглобових рухів. Часовий
перебіг таких ЦРК був майже незмінним, проте
їх амплітуда могла змінюватися на тлі відносної
сталості форми. Було висловлено припущення, що
конфігурація ЦРК у значній мірі зумовлена базо-
вими механічними показниками руху, такими, на-
приклад, як поточне значення суглобового кута та
кутова швидкість руху ланки кінцівки. Очевидно
також, що рухові команди залежать від комбінації
зовнішніх сил, діючих на кінцівку. Якщо механічні
параметри руху й навантаження ланки кінцівки не
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3 239
АКТИВАЦІЯ М’ЯЗІВ ПЛЕЧОВОГО ПОЯСА ТА ПЛЕЧА ЛЮДИНИ В ПЕРЕБІГУ ДВОСУГЛОБОВИХ РУХІВ
змінюються, ЦРК до м’язів, забезпечуючих рух у
суглобі, залишаються сталими, причому в багатьох
випадках така ситуація не залежить від складності
руху кінцівки [6]. У нашій роботі ми намагалися
перевірити викладену гіпотезу в умовах зміни на-
прямку зовнішнього навантаження на одну із ланок
верхньої кінцівки.
МЕТОДИКА
Контингент. В експериментах брали участь чоти-
ри чоловіки віком від 30 до 60 років, котрі не мали
неврологічних захворювань та вад опорно-рухового
апарату. Всі учасники тестів були правшами.
Експериментальна установка. Учасники здійсню-
вали рухи правою рукою в горизонтальній площині
(рис. 1, А). Для реєстрації поточних коорди-
нат референтної точки (РТ) кисті тестований мав
переміщувати рукоятку маніпулятора, котра мог-
ла вільно рухатися вздовж рейки легкої металевої
консолі. Остання, у свою чергу, могла вільно обер-
татися навколо вертикальної осі, що була мак-
симально близькою до осі обертання плечового
суглоба. Кінець консолі був підвішений за допо-
могою троса з кріпленням над віссю її обертання;
переміщення консолі при довільних поворотах не
виходили з горизонтальної площини. Лікоть те-
стованого був підвішений за допомогою лямки та
троса до стелі, також з кріпленням над віссю обе-
ртання консолі. Обидва підвіси забезпечували пе-
ребування РТ кисті та обох суглобів (ліктьового та
плечового) в одній горизонтальній площині. За до-
помогою системи тросів, валів та гумових пасів до
РТ могли прикладатися зовнішні зусилля, що були
спрямовані вздовж рейки консолі. Під час експери-
менту використовувалися два протилежних напрям-
ки цих зовнішніх зусиль. Так, у першому випад-
ку зусилля спрямовувалося від плечового суглоба
вздовж рейки консолі, що призводило до розгинан-
ня ліктьового суглоба, а в другому таке зусилля було
спрямоване до плечового суглоба, тобто це зусил-
ля згинало ліктьовий суглоб. Величина зовнішніх
зусиль змінювалася від 6.5 до 10 Н; навантаження
збільшувалося з наближенням рукоятки до плечо-
вого суглоба при дії розгинальної сили і, навпаки,
зменшувалося при впливі згинальної сили.
Координати РТ з використанням системи
тросиків, валиків, прецизійних потенціометрів та
підсилювачів перетворювалися в електричні сигна-
ли, що вводилися до двох комп’ютерів із застосу-
ванням пристроїв вводу PCI 6071E та PCI 6024E
(“National Instruments”, США).
Траєкторія руху РТ у горизонтальній площині
задавалася за допомогою мітки-курсора на екрані
монітора одного з комп’ютерів. Цю траєкторію те-
стований мав відстежувати, переміщуючи другий
(„свій”) курсор. Координати останнього на екрані
монітора відповідали реальним поточним координа-
там РТ. У другий комп’ютер вводили ЕМГ-сигнали
(див. нижче) та координати РТ; відповідні сигна-
ли записувалися в окремі файли для подальшої
обробки off-line. Більш детальний опис методики
експериментів можна знайти в нашій попередній
роботі [7].
Реєстрація ЕМГ. Як кореляти інтенсивності ЦРК
розглядалися поточні амплітуди ЕМГ, відведених від
шести м’язів плечового пояса та плеча: m. brachio-
radialis (Brad), m. biceps brachii cap. breve (BBcb),
mm. triceps brachii cap. laterale et longum (TBclt, TB-
clg), m. pectoralis major (Pm) та m. deltoideus pars
scapularis (Dps) із застосуванням поверхневих
Р и с. 1. Схема установки та приклади траєкторій.
А – схема установки: X, Y – фронтальна й сагітальна площини
відповідно; O1, O2 – центри обертання плечового та ліктьового
суглобів відповідно; а – референтна точка кисті; C – консоль;
F1, F2 – розгинальна та згинальна сили відповідно; α1, α2 –
плечовий та ліктьовий кути відповідно; θ – кут обертання
консолі. Б – траєкторії переміщення референтної точки:
відтинок AB відтворюється обертанням тільки у плечовому,
BC – тільки у ліктьовому суглобі, AC – сумісним обертанням
в обох суглобах.
A Б
Y
X
B
C
C
F1
F2
а
O2
O1
α2
α1
θ
A
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3240
А. В. ГОРКОВЕНКО
ЕМГ-електродів Biopac System EL503 (для трива-
лого відведення). Використовували шість каналів
підсилення зі смугою пропускання 0.1–1000 Гц.
Обробка результатів. Кожна траєкторія рухів
руки відтворювалася тестованим 10–12 разів; кожна
окрема спроба записувалась у вигляді окремого фай-
ла. У режимі off-line за допомогою спеціальної про-
грами сигнали ЕМГ піддавали двонапівперіодному
випрямленню та фільтрації з використанням циф-
рового фільтра Баттерворта четвертого порядку з
частотою зрізу 10 Гц. Така ж сама фільтрація ви-
конувалась і щодо сигналів координат РТ. Окре-
мо з цих сигналів та антропометричних даних те-
стованого вираховували точні значення суглобових
кутів. Оброблені дані записувалися в окремі фай-
ли, після чого всі сигнали усереднювали по 10–12
повтореннях ідентичних тестових рухів.
Траєкторії рухів. У перебігу тестування учас-
ник мав здійснювати рухи між трьома точка-
ми операційного простору (рис. 1, Б) із задани-
ми значеннями кутової швидкості обертання в
ліктьовому та плечовому суглобах. Координа-
ти цих точок були розраховані таким чином, щоб
суглобові кути в них дорівнювали певним величи-
нам. Так, значення ліктьового та плечового кутів
у точці А становили відповідно 55 та 10, у точці
B – 55 та 40, а в точці C – 100 та 40 град. В екс-
периментах відтворювалися траєкторії руху чоти-
рьох різновидів – ABC, AC, CBA та CA. Під час
реалізації траєкторії ABC відбувалися послідовні
згинання плечового та ліктьового суглобів за умов
збереження в перебігу кожного руху суглобового
кута в іншому суглобі постійним. Траєкторія CBA
складалась із послідовних розгинань ліктьового та
плечового суглобів при незмінних позиціях в іншому
суглобі. Траєкторії AC та CA відтворювались одно-
часним згинанням та розгинанням обох суглобів
відповідно. Пересування РТ від однієї до іншої
точки операційного простору мало здійснюватися
впродовж 3 с. Траєкторії ABC та CBA вважалися
такими, що відповідають односуглобовим рухам,
тоді як траєкторії AC та CA – двосуглобовим.
Розрахунок суперпозиції центральних команд.
Для перевірки гіпотези про принцип суперпозиції
центральних команд було використано метод
лінійної декомпозиції сигналів ЕМГ, що були
записані при рухах по різних траєкторіях РТ. Так,
оброблена ЕМГ-активність м’язів (оЕМГ) у разі
двосуглобових траєкторій розглядалась як сума
відповідних оЕМГ під час окремих етапів – одно-
суглобових траєкторій.
У наведених вище формулах індекси при параме-
трах EMГ означають типи відповідних траєкторій,
вказаних вище. Коефіцієнти a, b та c розраховува-
лися за методом лінійної регресії з використанням
спеціальної програми пакета MATHCAD. За рівень
вірогідності приймалися значення P < 0.001.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
На рис. 1, А показана схема дії зовнішніх наванта-
жень на елементи кінцівки в даних експериментах.
У наших дослідах швидкість рухів була невеликою
і складала 15 та 10 град/с для передпліччя та пле-
ча відповідно, тому внеском інерційних сил та їх
моментів відносно осей обертання суглобів О1 та О2
порівняно із зовнішніми навантаженнями F1 або F2
та їхніми моментами можна було нехтувати. З ура-
хуванням зазначених обставин ми розглядали дану
систему як таку, що знаходиться в квазістатичній
рівновазі (завдяки рівновазі між зовнішнім наван-
таженням і силами м’язової напруги). При цьо-
му зовнішнє навантаження завжди було направле-
но вздовж консолі установки і, таким чином, було
центральним відносно центру обертання плеча О1.
Оскільки моменти центральних сил відносно цен-
тру даних сил завжди дорівнюють нулю, моменти
зовнішнього навантаження F1 та F2 відносно осі
обертання в плечовому суглобі були нульовими.
У той же час моменти зовнішнього навантаження
F1 та F2 відносно центру обертання в ліктьовому
суглобі О2 за абсолютною величиною завжди були
більше нуля, оскільки зовнішнє навантаження не
було спрямоване вздовж передпліччя. Для досяг-
нення статичної рівноваги моменти зовнішніх сил
F1 та F2 відносно центру обертання в ліктьовому
суглобі О2 повинні бути врівноважені моментами
сил, які створювалися за рахунок переважаючої
активації м’язів-згиначів та розгиначів ліктьового
та плечового суглобів відповідно.
Згідно з даними, отриманими раніше [6], ми
припускали, що в умовах дії зовнішнього наванта-
ження F1, розгинаючого ліктьовий суглоб, вихід з
рівноваги та переміщення ланок кінцівки на нову
позицію будуть здійснюватись як при згинанні, так
і при розгинанні ліктьового суглоба здебільшого за
рахунок переважної зміни рівня активності згиначів
ліктьового суглоба. І навпаки, під час дії наванта-
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3 241
АКТИВАЦІЯ М’ЯЗІВ ПЛЕЧОВОГО ПОЯСА ТА ПЛЕЧА ЛЮДИНИ В ПЕРЕБІГУ ДВОСУГЛОБОВИХ РУХІВ
ження F2 у напрямку згинання контроль обертання
в ліктьовому суглобі буде реалізовуватися розги-
начами цього суглоба (розгиначами передпліччя).
Результати проведених тестів підтвердили дане
припущення. У першій серії експериментів тесто-
ваний мав перемістити РТ із зовнішньої ділянки
операційного простору (точки А) у внутрішню
ділянку (точку С). Це переміщення можна було ви-
конати двома способами. У першому випадку (рис.
2, 1, 2) переміщення відбувалося по траєкторії ABC
за рахунок двох послідовних односуглобових рухів,
у другому (3, 4) – по траєкторії АС за рахунок одно-
часного згинання плечового та ліктьового суглобів
(тобто двосуглобового руху). Описані переміщення
РТ кисті руки здійснювалися при дії на передпліччя
зовнішнього навантаження F1, яке розгинало
ліктьовий суглоб (1, 3), та дії навантаження F2, яке
згинало цей суглоб (2, 4). В умовах дії розгиналь-
ного навантаження на стаціонарних ділянках ЕМГ,
які відповідали рівноважному положенню РТ кисті
руки в початковій точці траєкторії А, спостерігалося
підвищення активності згиначів ліктьового суглоба
Brad та BBcb. При дії згинального навантаження
підвищувався рівень активності розгиначів TBclt і
A
A
A
B AC B C
CC
AB
AC
AB
AC
BC BC
Brad
Bbcb
Tbclt
Tbclg
Pm
Dps
Brad
Bbcb
Tbclt
Tbclg
Pm
Dps
0
15
0
10
4
10
2
10
1
3
0
6
40
100
0
15
0
10
4
10
2
10
1
3
0
6
40
100
Р и с. 2. Механограма та ЕМГ м’язів під час виконання згинальних рухів.
1, 2 – траєкторії ABC, 3, 4 – траєкторії AC. 1, 3 – розгинальна, 2, 4 – згинальна сила. Перший графік на кожній частині рисунка є
механограмою, на якій товстою лінією позначена динаміка плечового кута, а тонкою – ліктьового. По осі ординат механограм – кути,
град, записів ЕЕГ–умовні одиниці. Пунктирними лініями позначені окремі етапи рухової задачі (вказані над механограмою; див.
рис. 1 та пояснення в тексті). Наступні шість графіків кожної частини рисунку – ЕМГ відповідних м’язів: Brad – m. brachioradialis,
Bbcb – m. biceps brachii, cap. breve, TBclt i TBclg – mm. triceps brachii, cap. lateral et longum, Pm – m. pectoralis major, Dps – m.
deltoideus, pars scapularis.
4 c
1
град
град
3
2
4
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3242
А. В. ГОРКОВЕНКО
TBclg. Це вказує на те, що саме дані групи м’язів
у кожному випадку створювали моменти сили,
врівноважуючі відповідні моменти зовнішнього
навантаження F1 та F2. Відповідно до наведено-
го в першому випадку згинання передпліччя (зги-
нання ліктьового суглоба) при переміщеннях по
траєкторіях BC та AC (1, 3) здійснювалося завдяки
переважній активації згиначів, у другому ж випад-
ку – за рахунок гальмування активності розгиначів,
а суглоб згинався під дією зовнішнього наванта-
ження. Разом з тим, у другому випадку (2, 4) при
дії згинального навантаження F2 спостерігалося
підвищення м’язового тонусу розгинача плеча Dps
у точці А та згинача плеча Рm у точці С. При цьо-
му момент зовнішнього навантаження F2 відносно
плеча дорівнював нулю. Також слід відзначити
відсутність помітного підвищення рівнів активності
м’язів плечового поясу під час дії розгинального
навантаження F1 (1, 3). На відміну від м’язів пле-
ча, координація активності м’язів плечового пояса
в умовах здійснення згинання плечового суглоба не
змінювалася, причому як при дії зовнішнього на-
вантаження F1, так і при дії навантаження проти-
лежного напрямку F2. В усіх випадках у разі зги-
нання плечового суглоба збільшувалась активність
згинача Pm та зменшувався рівень активації роз-
4 c
1
3
2
4
Brad
Bbcb
Tbclt
Tbclg
Pm
Dps
Brad
Bbcb
Tbclt
Tbclg
Pm
Dps
C
C
C
B C B АA
AA
CB
CA
CB
CA
BA BA
0
15
0
10
4
10
2
10
1
3
0
6
40
100
0
15
0
10
4
10
2
10
1
3
0
6
40
100
Р и с. 3. Механограма та ЕМГ м’язів під час виконання розгинальних рухів.
1, 2 – траєкторії CBA; 3, 4 – траєкторії CA. Решта позначень ті ж самі, що й на рис. 2.
град
град
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3 243
АКТИВАЦІЯ М’ЯЗІВ ПЛЕЧОВОГО ПОЯСА ТА ПЛЕЧА ЛЮДИНИ В ПЕРЕБІГУ ДВОСУГЛОБОВИХ РУХІВ
гинача Dps (рис. 2); варто, проте, відмітити, що
активність відповідних м’язів була помітно вищою
у випадку дії згинальної сили (2, 4).
У другій серії експериментів тестований повинен
був перемістити кисть руки з внутрішньої ділянки
операційного простору (точки С) у зовнішню
ділянку (точку A). Це переміщення також викону-
валося двома способами. У першому випадку (рис.
3, 1, 2) переміщення реалізовувалося по траєкторії
CBA за рахунок двох послідовних односуглобо-
вих розгинальних рухів, у другому ж випадку (3,
4) – по траєкторії СА внаслідок одночасного розги-
нання ліктьового та плечового суглобів (двосугло-
бовий рух). Переміщення кисті руки відбувалися
при дії на передпліччя зовнішнього навантажен-
ня F1, яке розгинало ліктьовий суглоб (1, 3), або
дії навантаження F2, яке згинало цей суглоб (2,
4). В умовах дії розгинального навантаження в
межах відносно стаціонарних ділянок ЕМГ, які
відповідали рівноважному положенню кисті руки
в початковій точці траєкторії С, спостерігалася
вища активність у згиначах ліктьового суглоба
Brad і BBcb. При дії ж згинального навантаження
підвищувалася відповідна стаціонарна активність
розгиначів TBclt та TBclg. Відповідно до цього у
першому випадку розгинання ліктьового сугло-
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
0.1
0.2
0.3
0.4
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.05
0.10
0.15
0.20
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.045
0.050
0.055
0.060
0.065
0.070
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
Р и с. 4. Приклади лінійної декомпозиції ЕМГ окремих м’язів.
А – декомпозиція для траєкторії AC по окремих ділянках траєкторії ABC (AB, BC): 1 – m. brachioradialis (Brad); 2 – m. biceps
brachii, cap. breve (BBcb). Б – така ж сама декомпозиція, що й А, але 1 і 2 – mm. triceps brachii, cap. lateral et longum (TBclt і TBclg
відповідно). В – декомпозиція для траєкторії CA по окремих ділянках траєкторії CBA (CB, BA): 1 – Brad, 2 – BBcb. Г – така ж сама
декомпозиція, що й В, але 1 – TBclt, 2 – TBclg. На Г: 3 – m. pectoralis major, 4 – m. deltoideus, pars scapularis. А, В – декомпозиція
в умовах дії розгинальної, Б, Г – згинальної сили. Товстою лінією позначено сигнали, обраховані за результатами декомпозиції,
тонкою – вихідні ЕМГ для двосуглобового руху. Додаткові пояснення див. у тексті.
1 1
1
3 3
3
1
3
2
А
В
Б
Г
2
2
4 4
4
2
4
3 c
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3244
А. В. ГОРКОВЕНКО
ба (переміщення по траєкторії CB) здійснювалося
за рахунок гальмування активності згиначів (су-
глоб розгинався внаслідок дії зовнішнього наван-
таження), у другому ж випадку – за рахунок збуд-
ження м’язів-розгиначів. Як і в першій серії, при
дії згинального навантаження F2 спостерігалося
підвищення тонічної активності згинача плеча Pm
у точці С та розгинача плеча Dps у точці А. Під
час дії розгинального навантаження F1 значного
підвищення стаціонарної активності в м’язах пле-
чового пояса не реєструвалося. Загальна характе-
ристика координації активності м’язів плечового
пояса при здійсненні розгинання плечового сугло-
ба за обох напрямків зовнішнього навантаження
фактично не змінювалась (F1, F2). В умовах розги-
нання плечового суглоба збільшувалась активність
розгинача плеча Dps на тлі помітного гальмування
активності згинача Pm (рис. 3).
Мабуть, варто відмітити певні особливості
поведінки м’язів, що в разі виконання односуглобо-
вих рухів діяли на нерухомий суглоб. Так, активність
м’язів, відповідальних за рух у ліктьовому суглобі,
могла змінюватись і під час обертання в плечовому
суглобі при незмінному положенні передпліччя (ста-
лому ліктьовому куті). Така зміна могла відбуватися
внаслідок зміни геометричних кутів, під якими ці м’язи
прикріплюються до кісток відповідних ланок кінцівки.
Завдяки зазначеній обставині змінювалися моменти
обертальних сил, котрі прикладаються до плечово-
го суглоба (внаслідок біартикуляційної природи да-
них м’язів). Тобто, для збереження сталим ліктьового
кута потрібно було змінювати рівень активності
відповідного м’яза, що згинає або розгинає ліктьовий
суглоб. Також можна припустити, що рівень активації
м’язів, забезпечуючий рух у ліктьовому суглобі,
може синхронізуватися з відповідними змінами
активності м’язів плечового пояса. Принаймні, є дані,
що при повній механічній фіксації плеча подібна
синхронізація існує між активністю м’язів плечового
пояса та передпліччя, забезпечуючих рухи в плечово-
му та ліктьовому суглобах [8].
Цікавою також виглядала зміна активності
м’язів Pm та Dps саме під час односуглобових
рухів обертання в ліктьовому суглобі. Особли-
во виразними такі зміни були в умовах дії розги-
нального зовнішнього навантаження; вони добре
синхронізувалися зі зміною активності м’язів-
розгиначів передпліччя (рис. 2, 2; 3, 2, відтинки
BC і CB відповідно). Такий патерн активності
м’язів плечового пояса спостерігався при нульо-
вому обертальному моменті зовнішніх сил. Дану
ситуацію можна пояснити біартикулярним ха-
рактером м’язів-згиначів та розгиначів ліктя.
Також варто відзначити, що при згинальному
зовнішньому навантаженні зміна активності м’язів
плечового пояса в разі односуглобового руху
передпліччя була виражена значно менше (рис. 2,
1; 3, 1, відтинки BC і CB відповідно). Це, можливо,
відображує той факт, що активність TBclg відіграє
більшу роль у русі плечового суглоба, ніж така
BBcb, через особливості прикріплення зазначених
м’язів до кісток. Не виключено, що більша зміна
активності TBclg визначається низхідними вплива-
ми, оскільки координація активності м’язів ліктя
та плеча зберігається й при повній фіксації плеча
(відсутності руху в плечовому суглобі) [8].
Можна зробити висновок, що від напрям-
ку зовнішнього навантаження на передпліччя в
істотній мірі залежить патерн активності м’язів
плеча й плечового пояса. Так, при зміні згадано-
го напрямку найбільше варіює патерн ЕМГ м’язів-
згиначів та розгиначів ліктьового суглоба, коли
зі зміною напрямку дії зовнішнього навантажен-
ня відбувається „перемикання” активності між
вказаними згиначами та розгиначами. Динаміка
активності м’язів плечового пояса в даному ви-
падку залишається майже незмінною (на тлі дещо
більшого діапазону зміни активації м’язів під час дії
розгинальної сили). Це може відбуватися внаслідок
того, що біартикуляційні розгиначі ліктя значно
більше впливають на рух у плечовому суглобі, ніж
відповідні згиначі.
Варто уваги також те, що зміна координації мо-
торних команд до м’язів при виконанні односугло-
бових рухів добре відтворювалась і при виконанні
відповідних двусуглобових рухів. На рис. 4 про-
демонстрований результат лінійної декомпозиції
ЕМГ м’язів в умовах одночасного згинання чи
розгинання обох суглобів (двосуглобові рухи) в
алгебраїчну суму активності цих м’язів у разі ви-
конання відповідних односуглобових рухів. Ко-
манди в умовах виконання двосуглобових рухів
фактично являють собою результат суперпозиції
отриманих компонентів. Результати використан-
ня лінійної регресії показали як високий рівень
відмінності відповідних коефіцієнтів регресії від
нуля, так і високий рівень вірогідності результа-
ту самої лінійної регресії (P < 0.001) (див. табли-
цю). Майже в усіх випадках криві, отримані за до-
помогою сумації, співпадали з нативними кривими
ЕМГ, які спостерігались у разі виконання двосу-
глобових рухів. Так, при дії сили F1 у напрямку
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3 245
АКТИВАЦІЯ М’ЯЗІВ ПЛЕЧОВОГО ПОЯСА ТА ПЛЕЧА ЛЮДИНИ В ПЕРЕБІГУ ДВОСУГЛОБОВИХ РУХІВ
розгинання ліктьового суглоба (А) цей суглоб зги-
нався завдяки активності згиначів Brad і BBcb, а
при дії згинальної сили F2 (Б) – завдяки активності
розгиначів TBclt і TBclg. Суперпозиція централь-
них команд, які надходили до вказаних м’язів у разі
виконання ізольованих односуглобових рухів плеча
та передпліччя, з достатньо високою вірогідністю
відтворювала центральні команди, отримувані да-
ними м’язами в умовах виконання двосуглобових
рухів. Якщо згиначі ліктя практично не брали участі
в згинанні плеча (рис. 2, 1) і їх активність була май-
же однаковою під час одно- та двосуглобового руху
із згинанням ліктьового суглоба, то розгиначі отри-
мували центральні команди і при згинанні плеча,
і при згинанні передпліччя (2). У даному випадку
TBclg отримував протилежні команди: він знижу-
вав свою активність у разі згинання плеча і дещо
підвищував її під час згинання передпліччя. Все
це знайшло відображення в центральній команді,
яка надходила до згаданого м’яза при одночасно-
му згинанні плеча та ліктя. Така команда повністю
співпадала із результатом суперпозиції даних про-
тилежних команд. Перебіг активності м’язів Pm та
Dps під час згинання плеча не залежав від напрям-
Коефіцієнти лінійної регресії відтинків траєкторій односуглобового руху
(AB, BC, CB, BA) для лінійної декомпозиції двосуглобових рухів (AC, CA)
Траєкторія Тип зусилля М’яз Відтинок траєкторії Коефіцієнт Похибка середнього
ABC
розгинальне
Brad AB –1.94* 0.12
BC 0.77* 0.01
Bbcb AB 1.51* 0.05
BC 0.61* 0.02
Pm AB 0.66* 0.01
BC 0.42* 0.02
Dps AB 1.12* 0.02
BC –0.97* 0.09
згинальне
Tbclt AB 1.00* 0.02
BC 0.69* 0.04
Tbclg AB 0.75* 0.01
BC 0.40* 0.03
Pm AB 1.10* 0.02
BC 0.81* 0.03
Dps AB 0.64* 0.02
BC 1.60* 0.07
CBA
розгинальне
Brad CB 0.72* 0.02
BA –0.27 0.11
Bbcb CB 0.49* 0.05
BA 0.98* 0.10
Pm CB 0.63* 0.02
BA 0.52* 0.01
Dps CB –1.06* 0.05
BA 0.05 0.02
згинальне
Tbclt CB –0.17 0.04
BA 1.63* 0.04
Tbclg CB –0.04 0.03
BA 0.075 0.02
Pm CB 1.10* 0.02
BA 1.50* 0.04
Dps CB 0.02 0.06
BA 1.50* 0.05
П р и м і т к и. Brad – m. brachioradialis, Bbcb – m. biceps brachii, cap. breve, Tbclt і Tbclg – mm. triceps brachii, cap. laterale et longum,
Pm – m. pectoralis major та Dps – m. deltoideus, pars scapularis. Зірочкою позначені коефіцієнти, для яких P < 0.001.
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ / NEUROPHYSIOLOGY.—2010.—T. 42, № 3246
А. В. ГОРКОВЕНКО
ку сили, прикладеної до передпліччя (рис. 4, А, Б),
але і в цьому разі центральні команди, які надхо-
дили до них в умовах виконання двосуглобових
рухів, являли собою суперпозицію команд, отри-
маних ними в умовах виконання ізольованих зги-
нань плечового та ліктьового суглобів. Такі ж самі
закономірності спостерігались і при розгинальних
рухах (В, Г), хоча результати декомпозиції не були
настільки точними, як у разі згинальних рухів.
Результати, отримані під час дослідження
суперпозиції центральних команд, підтверджують
гіпотезу про модульний принцип організації
управління рухами кінцівок людини. Згідно з цією
гіпотезою, складні рухи базуються на відносно
невеликій кількості елементарних базових
компонентів, які ЦНС комбінує в часі та просторі для
виконання тих або інших конкретних завдань. Так,
підтвердження модульного принципу організації
спінальної моторної системи були отримані в екс-
периментах на низці тварин – черепахах, жабах,
щурах та котах [9, 10]. Вважається, що таким чи-
ном ЦНС, зокрема, вирішує завдання редукції над-
лишку ступенів свободи при плануванні складних
рухів. Окрім зменшення розмірності завдання пла-
нування рухів, модульний принцип може також за-
безпечувати зменшення нелінійності всієї систе-
ми в цілому [11]. Цей тезис підтверджується тим,
що в наших експериментах лінійна декомпозиція
ЕМГ як корелятів моторних команд давала досить
адекватні результати – добре співпадіння з натив-
ними записами. Такий результат може виглядати
досить дивно з огляду на широко відому принци-
пову загальну нелінійність системи, що забезпечує
керування рухами руки та нелінійні властивості її
окремих компонентів (як і виконавчого апарату –
скелетних м’язів).
Результати, отримані відносно суперпозиції цен-
тральних команд, дають можливість припусти-
ти загальну притаманність модульного принципу
організації рухів і центральним механізмам, що
організують рухи людини [12].
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
D. Landin, J. Myers, M. Thompson, et al., “The role of the 1.
biceps brachii in shoulder elevation,” J. Electromyogr.
Kinesiol., 18, 270-275 (2008).
A. S. Levy, B. T. Kelly, S. A. Lintner, et al., “Function of the 2.
long head of the biceps at the shoulder: electromyographic
analysis,” J. Should. Elbow Surg., 10, No. 3, 250-255 (2001).
G. Sakurai, J. Ozaki, Y. Tomita, et al., “Electromyographic 3.
analysis of shoulder joint function of the biceps brachii muscle
during isometric contraction,” Clin. Orthop. Relat. Res., 354,
123-131 (1998).
M. Darainy, N. Malfait, P. Gribble, et al., “Learning to control 4.
arm stiffness under static conditions,” J. Neurophysiol., 92,
No. 6, 3344-3350 (2004).
P. Gribble, L. Mullin, N. Cothros, et al., “Role of cocontraction 5.
in arm movement accuracy,” J. Neurophysiol., 89, No. 5, 2396-
2405 (2003).
А. В. Горковенко, А. Н. Тальнов, В. В. Корнеев и др., 6.
“Особенности активации мышц плеча и плечевого пояса
человека при выполнении произвольных двухсуставных
движений руки”, Нейрофизиология/Neurophysiology, 41, №
1, 48-56 (2009).
А. В. Горковенко, “Методика анализа центральных 7.
моторных команд при реализации двухсуставных движений
руки человека”, Нейрофизиология/Neurophysiology, 41, №
1, 57-60 (2009).
D. B. Debicki and P. L. Gribble, “Persistence of inter-joint 8.
coupling during single-joint elbow flexions after shoulder
fixation,” Exp. Brain Res., 163, No. 2, 252-257 (2005).
N. Krouchev, J. F. Kalaska, and T. Drew, “Sequential activation 9.
of muscle synergies during locomotion in the intact cat as
revealed by cluster analysis and direct decomposition,” J.
Neurophysiol., 96, No. 4, 1991-2010 (2006).
M. C. Tresch, P. Saltiel, A. d’Avella, et al., “Coordination and 10.
localization in spinal motor systems,” Brain Res. Rev., 40, 66-
79 (2002).
E. Bizzi, V. C. Cheung, A. d’Avella, et al., “Combining 11.
modules for movement,” Brain Res. Rev., 57, 125-133 (2008).
D. W. Cabel, P. Cisek, and S. H. Scott, “Neural activity in 12.
primary motor cortex related to mechanical loads applied to the
shoulder and elbow during a postural task,” J. Neurophysiol.,
86, No. 4, 2102-2108 (2001).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68348 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0028-2561 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:55:53Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горковенко, А.В. 2014-09-21T15:26:32Z 2014-09-21T15:26:32Z 2010 Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів / А.В. Горковенко // Нейрофизиология. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 238-246. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 0028-2561 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68348 612.76:612.825 У дослідах на чотирьох добровольцях досліджувалася координація центральних рухових команд (ЦРК), що керували повільними двосуглобовими рухами руки в горизонтальній площині. Як кореляти інтенсивності таких команд розглядались поточні амплітуди ЕМГ, відведених від шести м’язів плечового пояса і плеча й підданих повному випрямленню та низькочастотній фільтрації. Зокрема, досліджували залежність координації ЦРК від напрямку зовнішньої сили, яка прикладалася до дистальної частини передпліччя. Як виявилося, координація ЦРК істотно залежить від напрямку сили, що згинає ліктьовий суглоб. Згідно з результатами дослідження, ЕМГ певних м’язів у разі виконання двосуглобового руху може бути представлена як лінійна комбінація ЕМГ, зареєстрованих у перебігу послідовних односуглобових рухів в умовах пересування референтної точки кисті в ту ж саму точку операційного простору, що й при двосуглобовому русі. Отримані дані можуть вважатися підтвердженням принципу суперпозиції елементарних ЦРК під час виконання складних рухів кінцівок. uk Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України Нейрофизиология Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів Article published earlier |
| spellingShingle | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів Горковенко, А.В. |
| title | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| title_full | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| title_fullStr | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| title_full_unstemmed | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| title_short | Активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| title_sort | активація м’язів плечового пояса та плеча людини в перебігу двосуглобових рухів руки, що виконуються при дії зовнішніх навантажень протилежних напрямів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68348 |
| work_keys_str_mv | AT gorkovenkoav aktivacíâmâzívplečovogopoâsataplečalûdinivperebígudvosuglobovihruhívrukiŝovikonuûtʹsâpridíízovníšníhnavantaženʹprotiležnihnaprâmív |