Травмы: Гаджет расскажет — когда вернуться спорт
Новая технология, разработанная инженерами Университета Висконсина-Мэдисона, в один прекрасный день поможет определить, готовы ли ваши сухожилия к нагрузкам. Команда исследователей под руководством профессора машиностроения UW-Madison Дэррила Телена и аспиранта Джека Мартина разработала новый подход к неинвазивному измерению напряжения сухожилия, во время ходьбы или бега.
Это достижение могло бы дать новое представление о механизмах управления биомеханики движений человека. Оно также может применяться в областях медицины, начиная от ортопедии, реабилитации и. заканчивая, спортом.
Исследователи описали свой подход в журнале Nature Communications (23 апреля 2018 г.). Мышцы генерируют движение в суставах, натягивая сухожилия, которые являются тяжами соединительной ткани, соединяющей скелетную мускулатуру с костями. Но оценка сил, передаваемых сухожилиями внутри тела живого человека достаточно сложна.
«В настоящее время портативные датчики наших движений, не предоставляют информацию о мышечных силах, которые генерируют движение», — говорит Телен, работа которого поддерживается Национальными институтами здравоохранения.
Чтобы преодолеть эту проблему, Телен и его сотрудники разработали простое, неинвазивное устройство, которое можно легко установить на коже поверх сухожилия. Устройство позволяет исследователям оценивать силу сухожилия, изучив колебательные характеристики сухожилия, в момент, когда оно подвергается нагрузке, как это происходит во время движения.
Это явление похоже на гитарную струну, где напряжение в струне изменяет вибрационный отклик. Когда струна гитары вибрирует, скорость волны, перемещающейся вдоль струны, и, следовательно, частота вибрации, связана с напряжением или силой, приложенной к струне. «Мы нашли способ измерения вибрационных характеристик — в данном случае это скорость сдвиговой волны, распространяющейся вдоль сухожилия, — и затем мы пошли дальше и определили, как мы можем интерпретировать это измерение, чтобы найти растягивающее напряжение в сухожилиях », — говорит Телен.
Новая система измерения скорости волны является портативной и относительно недорогой. Она включает механическое устройство, которое слегка ударяет сухожилие 50 раз в секунду. Каждый удар инициирует волну в сухожилии, а два миниатюрных акселерометра определяют, как быстро она перемещается.
Исследователи использовали устройство для измерения сил на ахилле, а также сухожилии надколенника и подколенном сухожилии. В каждом случае возможно измерять то, что происходит в сухожилии, когда пациетны изменяют свою походку — например, меняя длину или скорость шага.
Измеряя, как мышцы и сухожилия ведут себя в человеческом теле, эта система может позволить врачам планировать более эффективные методы лечения и реабилитации для пациентов, страдающих от заболеваний опорно-двигательного аппарата и травм.
«Мы считаем, что потенциал этой новой технологии высок, как с точки зрения фундаментальной науки, так и для клинических применений», — говорит Телен. «Например, замеры сухожильной силы могут использоваться для руководства по лечению людей с нарушениями походки. Также, может быть полезно объективно оценить, когда травмированное сухожилие достаточно восстановилось, чтобы нормально функционировать и позволить человеку вернуться к физическим нагрузкам».
Jack A. Martin, Scott C. E. Brandon, Emily M. Keuler, James R. Hermus, Alexander C. Ehlers, Daniel J. Segalman, Matthew S. Allen, Darryl G. Thelen. Gauging force by tapping tendons. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-03797-6
