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 примене», - 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».