Результат интеллектуальной деятельности: Тренажёр для скрининг - мониторинга вестибулярной устойчивости

Изобретение относится к области медицины, а именно оториноларингологии и лечебно-физической культуре, и может быть использовано для тренировки и укрепления вестибулярного аппарата у спортсменов, отдыхающих в санаториях лиц и специалистов, занятых работой на высоте, для которых важна сбалансированная координация движений.

Под ней понимают процессы согласования активности мышц тела, направленные на успешное выполнение двигательной задачи. Главным ее компонентом является чувство равновесия, возникающее при устойчивом положении тела и регулируемое при помощи физиологических и биомеханических источников. К физиологическим факторам относятся зрительное и осязательное восприятие. Именно наличие визуального контакта является наиболее важным условием сохранения равновесия. При прекращении зрительного восприятия чувство равновесия и, следовательно, координация резко ухудшаются. Следует подчеркнуть и то обстоятельство, что поддержанию устойчивого равновесия способствуют также осязательные сигналы. В подушечках ступней расположена разветвленная система чувствительных датчиков. Реагируя на изменения давления находящейся под ними поверхности, они посылают соответствующую информацию об этом в мозг, что дает возможность быстро менять положение тела для сохранения равновесия. Важным органом, контролирующим равновесие, является вестибулярный аппарат, расположенный во внутреннем ухе. Он состоит из двух видов рецепторов: полукруглых каналов, отвечающих за угловые движения, и так называемых отолитов, регулирующих линейные движения.

Нормальное сбалансированное функционирование вестибулярного аппарата человеческого организма необходимо для поддержания вертикального положения тела и осуществления согласованных движений при перемещении в пространстве, стабилизации положения головы и фиксации взгляда, формирования пространственной ориентации. Таким образом, любое нарушение вестибулярного аппарата влечет за собой нарушение указанных функций.

К биомеханическим источникам равновесия относится так называемый «центр тяжести» - условная точка, расположенная на пересечении гравитационных линий при вертикальной и горизонтальной ориентации тела. У человека средней комплекции, вертикально стоящего в уравновешенном положении, центр тяжести будет располагаться в области солнечного сплетения.

В осуществлении координации движений участвуют все отделы центральной нервной системы - от спинного мозга до коры большого мозга, с помощью которых управляется опорно-двигательный аппарат и скелетно-мышечная система. Своеобразие последней заключается в том, что она состоит из большого числа звеньев, подвижно соединенных в суставах, допускающих поворот одного звена относительно другого. Скелетные мышцы представляют собой эластичные органы с нелинейной зависимостью развиваемой силы от частоты активации. В каждом конкретном двигательном акте целесообразно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты и стабилизаторы (мышцы, фиксирующие, не участвующие в движении суставы). На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы немышечного происхождения. К ним относятся силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, вовлекаемых в движение, а также силы реакции, возникающие в кинематических цепях при смещении любого из звеньев. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира - различными инструментами, перемещаемыми грузами и т.д., и ему приходится преодолевать силы тяжести, упругости, трения, инерции, возникающие в процессе этого взаимодействия. Немышечные силы вмешиваются в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппарата. Необходимо также нейтрализовывать действие непредвиденных помех движению, которые могут возникать во внешней среде, и оперативно исправлять допущенные в ходе реализации движения ошибки. В связи с перечисленными особенностями скелетно-мышечной системы и условиями ее взаимодействия с внешним миром, управление движениями оказывается немыслимым без решения задачи согласования активности большого числа мышц. В управление движениями человека включены высшие формы деятельности мозга, связанные с сознанием, что дало основание называть соответствующие движения произвольными.

Человек в зависимости от задачи может воспроизводить любую требуемую форму двигательной деятельности. Поэтому движения человека являются проявлением его поведения и трудовой деятельности. Нарушение координации проявляются нарушениями устойчивости при стоянии и ходьбе, асимметрией движений правой и левой стороны, нарушениями точности движений, снижением силы и уменьшением скорости. Регистрация пространственных и временных характеристик движений с их количественным представлением дает возможность оценить степень двигательных расстройств, предложить эффективные методы двигательной реабилитации.

Следовательно, развитая координация - необходимое качество для занятий спортом, работы на высоте, выполнения точных движений. Ее основная задача - согласовать активность мышц тела и, таким образом, помочь человеку успешно выполнить задуманное движение. Чем больше тренируются скоординированные разнообразные движения, тем больше образуется связей и лучше становится координация. Хорошо координированный человек двигается легко и без усилий, кроме того, риск получить травму для него сведен к минимуму. С помощью тренажеров удается тренировать статическое равновесие, динамическое, и координацию между различными конечностями

Известно [RU №2311214 С1, 22.03.2006] устройство баланс-платформы для диагностики вестибулярной устойчивости человека на плоскости с использованием различных комбинаций механических и электрических приспособлений.

К его недостаткам можно отнести отсутствие возможности адаптации системы под конкретного пользователя с различными росто-весовыми характеристиками, а также приспособлений для фиксации стоп, поручней для рук, сигнальных компонентов правильности выполнения движений.

Описано [RU №2501589 С2, 22.11.2011] тренажерное устройство, относящееся к области медицины и спорта для биомеханического воздействия на организм, содержащее базовую опору, предназначенную для размещения на ней, по меньшей мере, нижних конечностей человека, включающее слои пружин, обеспечивающих колебательное движение вдоль координатных осей х, у и z и вращение в горизонтальной плоскости.

Недостатком данного устройства является сложность и невысокая надежность его конструкции при эксплуатации, а также трудности адаптации к нему в случае нетренированных лиц.

В качестве наиболее близкого технического решения может рассматриваться баланс-платформа [RU №126950 U2, 06.12.2012], предназначенная для применения в отрасли здравоохранения с целью укрепления вестибулярного аппарата работников, чья деятельность не связана с физическими нагрузками, а также лиц, стремящихся заниматься активной физической нагрузкой. Она включает массивное основание, с расположенным над ней оптическим датчиком - оптопарой, соединенного электрической цепью со счетчиком фиксации равновесия платформы-балансира.

Недостатком предложенного тренажера является трудность фиксации платформы в положении покоя до начала тренировки, а также заведомо правильного и индивидуально корригируемого положения стоп на поверхности устройства, что понижает его эргономические свойства при подготовке к началу занятия, закрепления необходимого положения стоп на платформе, снижение участия компонента проприоцептивной чувствительности человека в процессе выработки навыка устойчивости на колеблющихся поверхностях.

Целью предлагаемого технического решения является совершенствование конструкции тренажера для диагностики и тренировки вестибулярной устойчивости человека в близлежащем окружающем пространстве при максимальном персонифицированном подходе.

Это достигается тем, что в отличии от известных балансировочных устройств на его колеблющейся площадке предусмотрены приспособления для фиксации стоп с индивидуальным изменением их положения под параметры исследуемого/тренируемого лица с использованием ручного стопора, выводящего устройство из устойчивого состоянии покоя в рабочее положение. Таким образом, в отличие от известных технических решений в предлагаемой конструкции учитывается геометрия расположения стоп, функционально связанных с центральной нервной системой и другими органами человеческого организма. Этому способствует массажная подложка для стоп с целью активизации в них разветвленной системы чувствительных нервных датчиков

Состав усовершенствованного устройства для осуществления скрининг-мониторинга вестибулярного аппарата человека приведен в двух проекциях на фигуре: А) вид сверху; Б) вид спереди с указанием направления взгляда. Обозначения соответствуют следующим позициям: 1 - шарнирная площадка, 2 - приспособление для крепления стопы, 3 - регулируемые по высоте поручни, 4 - устройство для регистрации отклонения платформы от горизонтального положения, 5 - фотоэлемент на колеблющейся площадке, 6 - амортизаторы, 7 - массажная подставка для ног; 8 - шарнир рабочей площадки.

Тренажер представляет собой устройство, состоящее из платформы с шарнирной площадкой для стоп, с возможностью их размещения на нужной ширине с заданным углом разворота, приспособлений для фиксации ступней и ручного стопорного штока для вывода устройства из состояния блокировки, датчика регистрации отклонений платформы от горизонтального положения, функционально связанного с индикатором времени и зуммером, позволяющих судить об устойчивом состоянии рабочей площадки. Каркас в нижней части выполнен в форме прямоугольника, обрамленного металлическим профилем, для обеспечения максимальной надежности и устойчивости (длина основания от 1000 до 1200 мм, сечение профиля рекомендуется от 4 мм). В качестве стопорного штока выступает «Г»-образный металлический рычаг (на фигуре не показан), вставляемый в отверстия рабочей площадки 1. На ней же размещены массажные подставки для ног с крепежными эластичными ремнями, с возможностью разворота ступней внутрь и наружу (с жесткой фиксацией выбранного положения подставок) для придания тренируемому лицу положения максимальной устойчивости и повышения комфортности, обучающей или реабилитирующей функции. Предусмотрена возможность расстановки стоп на оптимальную ширину согласно индивидуальным особенностям человека благодаря смещению и фиксации используемых приспособлений. В качестве них могут быть задействованы массажные подставки для ног в форме креплений для сноубордов, либо элементы с прорезиненной контактной поверхностью. При помощи фотоэлемента 5 и устройства для регистрации отклонений 4 возможен количественный учет количества колебаний в разные стороны испытуемого, адаптация и подбор индивидуальной программы тренировки или реабилитации. В составе тренажера имеются концевые амортизаторы 6, выполненные из цилиндрических резиновых наконечников с закругленным концом и установленные на нижней части креплений стоп высотой от 50 до 65 мм и диаметром 20-30 мм.

Разработанная конструкция устройства в случае включения в его состав всех элементов существенно расширит число привлеченных к тренировке работников, чья профессиональная деятельность связана с работами на высоте, а также пациентов с нарушением работы вестибулярного аппарата, проходящие курс реабилитации. При этом площадка для постановки стоп позволяет фиксировать стопы в правильном положении, индивидуально подбирать размер разведения стоп по комплекции человека, давать возможность дополнительной устойчивости для нетренированных лиц при помощи поручней.

Использование данного тренажера может стать обеспечивающим фактором для реализации лечебно-диагностического процесса согласно Постановлению Минздрава России "Порядок оказания медицинской помощи населению по профилю "оториноларингология", утвержденного его Приказом от 12 ноября 2012 г. №905н (Приложение 9). Его использование будет также способствовать усовершенствованию процесса подготовки спортсменов в части проведения диагностических стабилографических и клинических мероприятий ("Методические рекомендации по тренировке вестибулярной устойчивости спортсменов с целью профилактики травм в видах спорта на выносливость", Москва 2013).