Вплив зміни довжини компонентів м’язово-сухожилкового елемента м’язів-згиначів ліктьового суглоба на його ізометричну силу та крутний момент

Abstract

Immobilization of the joint leads to the formation of immobilization contracture, which is accompanied by a decrease in the elasticity of tendons and muscles, i.e. loss of full contraction and stretching. The torque in human joints is one of the key indicators in assessing rehabilitation. Objective. To study the effect of changes in the strength, length of muscles and tendons of the elbow joint on the torque in flexion. Methods. The basic OpenSim model arm26 was used for modeling. To determine the change in the length of the components of the muscle-tendon element (MTE), their length was determined at a 90° angle of elbow flexion. The decrease in muscle strength was considered a loss per day for elbow flexors — 1.2 %, extensors — 1.1 %. The decrease in strength was calculated for a period of immobilization of 45 days. Three models were created: Normal — a model without changes in muscle parameters; Contracture — a change in the length of muscles and tendons; Contracture + muscle (CM) — an additional decrease in muscle strength. Results. The obtained data of torques when changing the length of the MTE components showed their increase in conditions of unchanged isometric muscle strength. But this option is not possible after immobilization of the limb. Therefore, it is closer to the real model of СM, in which the torque is significantly reduced by the amount of decrease in muscle strength. These models show a tendency that the change in the components of the MTE due to immobilization increases the joint torque and, when trying to apply excessive force during joint development, can lead to traumatic consequences. During immobilization, the flexor muscles shorten, which prevents the patient from fully extending the elbow joint. Conclusions. This work on predicting the elbow joint torque generated by the muscles can be useful in studying specific clinical situations with elbow joint contractures, but cannot be fully transferred to practice due to the significant conventionality of the model parameters. However, the modeling method can show trends in changes in muscle function parameters when their geometry changes.Знерухомлення суглоба призводить до формування іммобілізаційної контрактури, яка супроводжується зниженням еластичності сухожилків і м’язів, тобто втратою повноцінного скорочення/розтягування. Крутний момент у суглобах людини є одним із ключових показників під час оцінювання результатів реабілітації. Мета. Вивчити вплив зміни сили, довжини мʼязів і сухожилків ліктьового суглоба на крутний момент за згинання. Методи. Для моделювання використано базову модель OpenSim — arm26. Зміну довжини компонентів м’язовосухожилкового елемента (МСЕ) визначили за їхньою довжиною за кута згинання ліктьового суглоба під 90°. Зменшенням сили м’язів вважали втрати за добу для згиначів ліктьового суглоба — 1,2 % , розгиначів — 1,1 %. Розраховували зменшення сили для терміну іммобілізації 45 діб. Створено 3 моделі: Normal — без змін параметрів м’язів; Contracture — зміна довжини м’язів і сухожилків; Contracture + muscle (CM) — додатково зменшення сили м’язів. Результати. Отримані значення крутних моментів за зміни довжини компонентів МСЕ показали їхнє зростання в умовах незміненої ізометричної сили м’язів. Але такий варіант неможливий після іммобілізації кінцівки. Тому ближче до реального є модель СМ, коли крутний момент помітно зменшується на величину послаблення сили м’язів. Наведені моделі демонструють, що зміна компонентів МСЕ внаслідок іммобілізації збільшує крутний момент суглоба та, в разі намагання в процесі фізіотерапії суглоба прикласти надмірне зусилля, може призвести до травматичних наслідків. За іммобілізації м’язи-згиначі вкорочуються, що заважає пацієнтові повністю розігнути ліктьовий суглоб. Висновки. Прогнозування крутного моменту ліктьового суглоба, який створюють м’язи, може бути корисним для вивчення конкретних клінічних ситуацій за контрактур цього суглоба, але його не доцільно повністю переносити в клінічну практику через значну умовність параметрів моделей. Застосований метод моделювання може показати тенденції за змін параметрів функціонування м’язів у разі модифікації їхньої геометрії.