بررسي نحوه‌ي هم‌كاري عضله‌هاي كمري در حركت خم شدن بالاتنه در سرعت‌هاي مختلف با استفاده از سينرجي عضلاني

Evaluation of Lumbar Muscle Synergy in Flexion Movement using Time-Varying Muscle Synergies

تغيير در الگوهاي فعاليت عضلاني يكي از عوامل و نيز پيامدهاي كمردرد غيراختصاصي مزمن به شمار مي ­رود. در مطالعات اخير استفاده از سينرجي عضلاني به عنوان راه‌كاري ارزنده براي تحليل نحوه‌ي هم‌كاري عضلات در حركات بدن معرفي شده است. در اين مقاله، روش مطالعاتي جديدي براي مدل‌سازي بالاتنه و استخراج سينرجي‌هاي عضلاني متغير با زمان در حركات صفحه‌اي خم شدن كمر ارائه شده است. از اين رو، با در نظر گرفتن 18 عضله‌ي تاثيرگذار و تابع هزينه‌ي تركيبي كمينه‌ي جرك- انرژي، 24 حركت و الگوهاي عضلاني متناظر آن‌ها شبيه‌سازي شده است. جهت بررسي نقش سرعت، الگوي فعاليت عضلاني به دو بخش تونيك، براي غلبه بر نيروي گرانش و بخش فازيك، متناسب با سرعت حركت بالاتنه تقسيم‌بندي شده است. در ادامه براي هر جهت، سه زمان دست‌يابي به هدف برابر با 0/75، 1 و 2 ثانيه لحاظ گرديده است. نتايج نشان مي ­دهد كه 77% از الگوي عضلاني حركات كمر با استفاده از 4 سينرجي فازيك و 4 سينرجي تونيك حاصل مي­ گردد. سينرجي‌هاي به دست آمده كاملا تحت تاثير جهت و سرعت حركت مي­ باشند به گونه‌اي كه هر جفت از سينرجي فازيك و تونيك در يكي از جهت‌هاي اصلي بيش‌ترين تاثير را ايفا مي‌كنند. از طرفي افزايش سرعت، باعث افزايش ضريب بزرگي و سريع‌تر فعال شدن سينرجي‌هاي فازيك نسبت به حالت معمول مي­شود. در ادامه با در نظر گرفتن حركت تركيبي 45 درجه خمش به جلو همراه با 30 درجه خمش به چپ، 77/2% از الگوهاي عضلاني حركت با استفاده از سينرجي‌هاي متغير با زمان بازسازي شده است. مي‌توان گفت كه استفاده از سينرجي‌هاي عضلاني، توضيح مناسبي را براي چگونگي هم‌كاري عضلات در توليد حركت در جهت‌ها و سرعت‌هاي مختلف ارائه مي­ دهد.

According to the literature, changes in muscle activity patterns are considered as one of the causes of non-specific chronic low back pain. Recent studies have introduced muscle synergy as a valuable tool for analyzing how muscles work in body movements. In this way, a new study method is proposed for modeling upper body and extracting time-varying muscle synergies in flexural motion of the waist. In this way, a new study method is proposed for modeling trunk and extracting time-varying muscle synergies in plane bending movements of lumbar flexion. Considering 18 effective muscles and function of the combined cost of the minimum jerk-energy, 24 different movements and their corresponding muscle patterns have been simulated. To evaluate the role of velocity, the pattern of muscle activity was divided into two parts: tonic, to overcome the gravity force, and phasic, proportional to the trunk movement velocity. In the following, three fast-reaching times of 0.75, 1, and 2 seconds were considered for each direction. The results showed that 77% of the lumbar muscle pattern of movement was achieved by four phasic synergies and four tonic synergies. The resulting synergies are quite influenced by the movement direction and velocity, so that each pair of phasic and tonic synergy is most effective in one of the main directions. On the other hand, the increase in velocity causes elevated amplitude coefficient and accelerated activation of phasic synergies compared to normal mode. Considering the 45° flexion combination with 30° left lateral bending, 77.2% of the muscle pattern of movement has been reconstructed using time-varying synergies. It can be argued that the use of muscle synergies expresses a good explanation for how muscles work in movement at different directions and velocities.