Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
В даний час біомеханіка, що є розділом біофізики, володіє великим арсеналом методів дослідження локомоторной функції як в статиці, так і в динаміці, причому вивчається не тільки зовнішня картина руху, але і механізм управління, життєзабезпечення організму, що дає можливість виявити цілий комплекс параметрів, що характеризують руховий образ. У це поняття включаються не тільки механічні прояви і руху і реакцій навколишнього середовища, а й умови організації управління рухами, Корельована діяльність всіх організмів і систем організму.
Отримана в результаті біохімічних досліджень інформація служить основою для визначення норми, дозволяє кількісно визначити ступінь порушення локомоторной функції при різних патологічних станах. Вона забезпечує об'єктивну оцінку стану опорно-рухового апарату і всієї системи організації рухів і може бути використана для диференціальної діагностики обґрунтування методів відновного лікування, створення передумов для розробки засобів протезної техніки, покликаних компенсувати втрачені функції. Методична база біомеханічних досліджень постійно вдосконалюється, використовуючи новітні досягнення, особливо в галузі електроніки та обчислювальної техніки.
Одна з останніх розробок в області протезування - це так звані біоелектричні протези верхніх кінцівок, які приводяться в дію за допомогою електродів, що зчитують електричний струм, що виробляється м'язами кукси в момент їх скорочення. Потім інформація передається на мікропроцесор, і в результаті протез приходить в дію. Завдяки новітнім технологіям штучні руки дозволяють здійснювати обертальні рухи в кисті, захоплювати і утримувати предмети. Біоелектричні протези дають можливість успішно користуватися і такими речами, як ложка, виделка, кулькова ручка тощо
Суть біомеханічних протезів полягає в тому, що після ампутації культя руки зберігає залишки була раніше хапальної м'язи. При їх скороченні надходить електричний імпульс змінного струму, який сприймається розташованими на шкірі керуючими електродами біомеханічного протеза руки. Електронна підсилювальна система, наявна в цих електродах, навіть при незначному скороченні м'язової тканини дозволяє вмикати / вимикати невеликою за своїми розмірами, але досить потужний електродвигун, що здійснює переміщення великого і вказівного пальця.
Електромеханічне сполучення в м'язах.
Розглянемо механізм скорочення м'язів на прикладі кардиомиоцита. Електромеханічне сполучення - це цикл послідовних процесів, що починається з виникнення потенціалу дії ПД на антисарколемальних (клітинній мембрані) і закінчується скорочувальним відповіддю м'язи.
Основні етапи процесу простежимо за рисунком 1.
біопротезуванні електрод м'яз культя
Процес скорочення кардіоміоцитів відбувається наступним чином:
1 - при подачі на клітку стимулюючого імпульсу відкриваються швидкі (час активації 2 мс) натрієві канали, іони Na + входять в клітину, викликаючи деполяризацію мембрани;
2 - в результаті деполяризації плазматичної мембрани в ній і в Т-трубочках відкриваються потенціал-залежні повільні кальцієві канали (час життя 200 мс), і іони Са2 + надходять з позаклітинного середовища, де їх концентрація 2 * 10 ^ (- 3) моль / л , всередині клітини (внутрішньоклітинна концентрація Са2 + = 10 ^ (- 7) моль / л);
3 - кальцій, що надходить в клітку, активує мембрану НГ. що є внутрішньоклітинним депо СР, в результаті чого виникає так званий «Кальцева залп». Іони Са2 + з СР надходять на актин-міозінових комплекс МФ, відкривають активні центри актінових ланцюгів, викликаючи замикання містків і подальший розвиток сили і вкорочення саркомера;
4 - по закінченню процесу скорочення міофібрил іони Са2 + за допомогою кальцієвих насосів, які перебувають в мембрані СР, активно закінчуються всередину саркоплазматичного ретикулуму;
5 - процес електромеханічного сполучення закінчується тим, що К + пасивно виходить з клітки, викликаючи реполяризацию мембрани;
6 - іони Са2 + активно виводяться в позаклітинне середовище за допомогою кальцієвих насосів сарколеми.
Таким чином, в кардіоміоциті електромеханічне спряження йде в два ступені: спочатку невеликий вхідний потік кальцію активує мембрани СР, сприяючи більшому викиду кальцію з внутрішньоклітинного депо, а потім в результаті цього викиду відбувається скорочення саркомера. Описаний вище двоступеневий процес сполучення доведений експериментально. Досліди показали, що: а) відсутність потоку кальцію ззовні клітини) припиняє скорочення саркомеров, б) в умовах сталості кількості кальцію, що вивільняється з СР, зміна амплітуди потоку кальцію призводить до добре корелює зміни сили скорочення. Потік іонів Са "всередину клітини виконує таким чином дві функції: формує тривалий (200 мс) плато потенціалу дії кардіоміоцитів і бере участь в процесі електромеханічного сполучення.
Слід зазначити, що не у всіх м'язових клітинах організму процес сполучення відбувається, як в кардіоміоциті. Так, в скелетних м'язах теплокровних потенціал дії короткий (2 - 3 мс) і повільний потік іонів кальцію в них відсутній. У цих клітинах сильно розвинена Т-система поперечних трубочок, які підходять безпосередньо до саркомер близько до z-дискам (див. Рис. 1). Зміни мембранного потенціалу під час деполяризації через Т-систему передається в таких клітинах безпосередньо на мембрану СР, викликаючи залповое вивільнення іонів Са2 + і подальшу активацію скорочення (3, 4, 6). Тимчасової хід описаних процесів показаний на малюнку. 1
Загальним для будь-яких м'язових клітин є процес звільнення іонів Са2 + і внутрішньоклітинних депо - саркоплазматичного ретикулуму і подальша активація скорочення. Хід кальцієвого викиду з СР експериментально спостерігається за допомогою люмінесцирующего в присутності іонів Са2 + білка екворіна, який був виділений зі світних медуз.
Процес розслаблення м'язи повторює всі етапи тільки в зворотному порядку.
Протез передпліччя з біоелектричних управлінням двома функціями.
Питання про біоелектричної управлінні двома функціями протеза - згинання та розгинання пальців штучної кисті і пронація і супінація гільзи передпліччя (кисті) може бути вирішене різними способами. Один спосіб полягає в створенні чотирьохканальної системи управління, в якій кожен канал забезпечує незалежне управління одним із зазначених вище чотирьох рухів двох механізмів (кисті і ротації гільзи передпліччя) від чотирьох м'язів кукси передпліччя. Це може бути зроблено простим повторенням звичайної двоканальної системи управління однією функцією. Перевагами такої системи є відносна простота побудови схеми і можливість одночасного і незалежного управління двома рухами в різних поєднаннях: згинання пальців з одночасною пронацією гільзи передпліччя, згинання пальців з супінацією гільзи передпліччя і т. Д. Крім того, така система більш повно відповідає управлінню кінцівкою в нормі. Однак ця система має низку істотних недоліків, що знижують перспективність її широкого практичного застосування. Основними з них є складність отримання чотирьох незалежних сигналів з м'язів кукси при великій різноманітності травм, і характеру ампутації, істотне збільшення габаритних розмірів, маси і вартості системи управління.
Інший спосіб полягає в послідовному управлінні чотирма рухами виконавчих механізмів від біоелектричних сигналів двох груп м'язів кукси - згиначів і розгиначів кисті, як це має місце в протезах з однієї керованої функцією. Перевагами такого способу є невеликі габаритні розміри і маса системи управління, відносна простота управління, достатня надійність роботи всієї системи управління, можливість використання обмеженого числа м'язів для управління декількома рухами, простота тренування м'язів на роздільну та комбінаційну посилку керуючих сигналів. Недолік цього способу - неможливість виконання одночасно двох рухів. Суть способу послідовного управлінні полягає в тому, що система управління за певних умов підключається або до приводу штучної кисті, або до приводу механізму ротації.
Перемикання системи проводиться довільно, за бажанням хворого. У загальному випадку подібна система управління може бути представлена блок-схемою (Малюнок 2).
Двоканальна система управління складається з токоз'ємного пристрою 1, попередніх підсилювачів 2, перетворювачів 3, кінцевих підсилювачів 4 з навантаженням у вигляді реле 5, як це має місце в системах релейного управління для протезів з однієї керованої функцією, описаних раніше. Тут вводиться лише одне нове ланка - перемикаючий пристрій б, має в навантаженні реле РЗ, за допомогою якого система може бути з'єднана з одним з двох електродвигунів Ml або М2 приводів кисті або механізму ротації відповідно. У початковому стані система управління з'єднана, наприклад, з приводом кисті і управління здійснюється так само, як і в протезах з однією функцією: сигнали з м'язів-згиначів кисті управляють згинанням, а з м'язів-розгиначів - разгибанием пальців штучної кисті. При подачі короткочасного і різкого сигналу з керуючою м'язи спрацьовує перемикаючий пристрій б і до системи управління через контакти реле РЗ підключається електродвигун М2 приводу ротації гільзи передпліччя. Управління електродвигуном М2 здійснюється так само, як і двигуном M1, від тих же керівників м'язів, по більш повільним скороченням їх, ніж при перемиканні, причому полярність включення двигуна М2 вибирають такий, щоб м'язи-згиначі управляли пронацією, а м'язи-розгиначі - супінацією гільзи передпліччя. Перемикання системи знову на управління штучної пензлем проводиться повторної посилкою короткочасного різкого сигналу з керуючою м'язи, в результаті чого перемикаючий пристрій повертається в початковий стан, т. Е. Контакти реле РЗ підключають до системи управління електродвигун M1. Перемикання можливо як з однієї, так і з обох керуючих м'язів.
Малюнок 2. Блок-схема системи біоелектричного управління двома функціями.
Протез передпліччя з біоелектричних управлінням руху пальців і ротацією штучної кисті ПР2-37 призначений для протезування інвалідів з куксою передпліччя 6 см і більше від ліктьового згину і коротше передпліччя збереглася руки не менше ніж на 8 см, при відсутності м'язової ротації або при її обмеженні 30 градусів .
Протез складається з (Малюнок 3): вузла - кисть штучна з системою біоелектричного управління і приводом ротації, гільзи передпліччя і блоку живлення. Приймальна гільза виконаний не спадає і не вимагає додаткового кріплення. Конструкція протеза передбачає застосування приймальні гільзи з використанням інших видів кріплення (ремешковие, вуздечкою, манжетка ЦІЕТІН, шкіряна гільза плеча і т.д.).
Рис.3 Загальний вигляд: 1 - кисть штучна, 2 - релейний підсилювач потужності, 3 - підсилювач біопотенціалів, 4 - електрод «маса», 5 - розподільна коробка, 6 - шнур живлення з вилкою, 7 - привід ротації кисті, 8 - гільза передпліччя, 9 - джерело живлення.
Кисть і механізм ротації разом з крайовим підсилювачем і переключающим пристроєм утворюють один загальний вузол-напівфабрикат.
Малюнок 4. Кінематична схема приводу ротації кисті.
Механізм ротації складається з редуктора циліндричної форми, в корпусі якого розміщений електродвигун. Редуктор складається з двох ступенів зубчастої передачі Z1 і Z2 (Малюнок. 4), самогальмується гвинтової пари Z3 і зубчастої передачі з внутрішнім зачепленням Z4, Z5.
Максимальний крутний момент приводу становить 0,5 - 5Н * м; число поворотів - не менше 15 об / хв; маса протеза не перевищує 1,2 кг.
Система управління в основному така ж, як і для протезів з однієї керованої функцією. У систему управління додано лише електронне перемикаючий пристрій для комутації системи з управління згинання та розгинання пальців кисті па управління пронація і супінація передпліччя і назад. Блок живлення в даному протезі використовується такий же, що і в протезі з однієї керованої функцією. Блок-схема біоелектричної системи пропорційного управління згинання та розгинання пальців кисті і ротації передпліччя представлена на рисунку 5.
Малюнок 5. Блок-схема системи біоелектричного пропорційного управління двома функціями.
Як видно з малюнка, принцип дії системи управління той же, що і системи пропорційного управління пензлем в протезі передпліччя, а перемикаючий пристрій таке ж, як в протезі передпліччя. Таким чином, система пропорційного управління двома функціями діє так само, як і релейний система послідовного управління цими ж функціями, з тією лише різницею, що тут швидкість виконавчих органів (пальців кисті і ротації передпліччя) змінюється пропорційно величині вхідного біоелектричного (керуючого) сигналу.
2. «Протезування дітей з дефектами кінцівок» під редакцією професора В.І. Філатова, Ленінград «МЕДИЦИНА», 1981
3. «Довідник по протезірованіію» під редакцією професора В.І. Філатова, Ленінград «МЕДИЦИНА», 1978
Розміщено на Allbest.ru