Взаимосвязь оптимального значения частоты электростимуляции, величины максимума фазового сдвига и усилия, развиваемого мышцей

Важным моментом в процессе восстановительного лечения заболеваний нервно-мышечного аппарата является электростимуляция. Выбор частотно-временных параметров сигнала и его согласование с электрическими параметрами биологических тканей является одним из основных факторов в практике электростимуляции. Целью данной работы являлась оптимизация параметров электрического воздействия в соответствии с функциональным состоянием мышц. Исследования проводились на двуглавой мышце плеча верхней конечности испытуемого и включали исследование зависимости усилия, развиваемого мышцей, от амплитуды напряжения стимулирующего сигнала и исследование фазочастотной характеристики межэлектродного импеданса двуглавой мышцы плеча верхней конечности испытуемых. Определена взаимосвязь оптимального значения частоты электростимуляции, вызывающей максимальное усилие мышцы, и величины фазового сдвига фазочастотной характеристики тканей. Изучена зависимость усилия, развиваемого мышцей при электростимуляции, от величины амплитуды стимулирующего сигнала при различных значениях частоты электростимуляции. Установлено, что при увеличении амплитуды стимулирующего сигнала увеличивается частота экстремума фазочастотной характеристики биоткани, а соответственно и увеличивается частота электростимуляции, вызывающая максимальное усилие мышц. Результаты работы могут быть использованы при проектировании систем электростимуляции опорно-двигательного аппарата с обратной связью.

1. Гурьянова У.А. Функциональная электростимуляция при восстановлении ходьбы после инсульта. / У.А. Гурьянова, В.В. Ковальчук, О.А. Тихоплав, Ф.Г. Литвак // Обзор литературы. Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. – 2020. – Т. 2. – № 3. – С. 244-262. doi: 10/36425/rehab34831

2. Moineau B., Marquez-Chin C., Alizadeh-Meghrazi M., [et al.] Garments for functional electrical stimulation: design and proofs of concept. J. Rehabil. Assist. Technol. Eng. 2019,6:205566831985434. doi: 10.1177/2055668319854340

3. Вовк М.И. Биотехнические системы управления двигательными функциями человека. / М.И. Вовк // Кибернетика и вычислительная техника. Киев. – 2017. – Т. 187. – № 1. – С. 49-66.

4. Осипов А.Н. Синтез сигналов электро-стимуляции на основе частотно-временного анализа электромиограмм. / А.Н. Осипов, И.О. Хазановский, Д.А. Котов, П.И. Балтрукович // Проблемы физики, математики и техники. Гомель. – 2022. – Т. 50. –№ 1.– С. 33-36.

5. Голдырев Е.О., Функциональная электростимуляция в комбинации с фармакотерапией в нейрореабилитации при церебральных ишемиях и болевых синдромах. / Е.О. Голдырев, Л.Р. Ахмадеева, Э.М. Харисова // Эффективная фармакотерапия. – 2024. – Т. 20. – № 34. – С. 44–49. doi: 10.33978/2307-3586-2024-20-34-44-49

6. Jovanovic L.I., Kapadia N., Zivanovic V. [et al.] Brain–computer interface-triggered functional electrical stimulation therapy for rehabilitation of reaching and grasping after spinal cord injury: a feasibility study. Spinal Cord Series and Cases. 2021;7(24). doi: 10.1038/s41394-020-00380-4

7. Osuagwu B.C.A., Wallace L., Fraser M., [et al.] Rehabilitation of hand in subacute tetraplegic patients based on brain computer interface and functional electrical stimulation: a randomized pilot study. Journal of Neural Engineering. 2016;13(6):065002. doi: 10.1088/1741-2560/13/6/065002

8. Arpin DJ, Ugiliweneza B, Forrest G, Harkema SJ and Rejc E (2019) Optimizing Neuromuscular Electrical Stimulation Pulse Width and Amplitude to PromoteCentral Activation in Individuals With Severe Spinal Cord Injury. Front. Physiol. 10:1310. doi: 10.3389/fphys.2019.01310

9. Глущук С.Ф. Адаптивные электростимуляторы желудочно-кишечного тракта / С.Ф. Глущук, Я.С. Пеккер // Известия томского политехнического университета. – Т. 308. – № 4. – С. 164–166.

10. Arpin D.J., Forrest G., Harkema S.J., Rejc E. (2018). Submaximal marker for investigating peak muscle torque using neuromuscular electrical stimulation after paralysis. J. Neurotrauma. 36,930–936. doi: 10.1089/neu.2018.5848

11. Малыгин А.В. Определение оптимальных параметров транскраниальной электростимуляции на основе математической модели нейронных структур. / А.В. Малыгин // Медицинские компьютерные технологии. – 2009. – № 5. – С. 25–32.

12. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей / Под редакцией Р.И. Утямышева и М. Враны – М.: Энергоатомиздат, 2000. – С. 384.