ДИНАМИЧЕСКАЯ ИННОВАЦИОННАЯ СИСТЕМА БАЛАНСА УЛУЧШАЕТ СПОСОБНОСТЬ БАЛАНСИРОВАТЬ: ОТДЕЛЬНОЕ СЛЕПОЕ РАНДОМИЗИРОВАННОЕ КОНТРОЛИРУЕМОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Назад

Bunyamin Haksever, PT, PhD, Irem Duzgun, PT, PhD, Gul Baltaci, PT, PhD 2021 г.

Резюме

Тренировка функционального баланса имеет решающее значение при реабилитации и профилактике. Инновационная динамическая система баланса (DIBA) легко доступна для использования как в функциональном, так и в постуральном тренинге в самых разных динамических условиях.

Цель: сравнить эффективность DIBA и стандартных инструментов для тренировки баланса в динамическом и статическом балансе.

Методы: 36 здоровых мужчин (от 18 до 32 лет) были случайным образом распределены в группу DIBA (n = 18) или в контрольную группу (n = 18), и выполняли тренировку равновесия с использованием балансировочной доски, доски для качания, BOSU или блока с мягкой подушкой в течение 8 недель. Каждый участник был оценен до начала тренировок, в конце 4 и 8 недели с использованием теста равновесия Фламинго (FBT) для оценки способности к статическому равновесию и с использованием теста Y-баланса (YBT, тест звездчатой экскурсии) для оценки динамического равновесия.

Полученные результаты: не было обнаружено существенных различий в тестах FBT и YBT между DIBA и контрольной группой в конце 4 недели (p > 0,05). Однако к концу 8 недели группа DIBA продемонстрировала статистически значимо лучшую способность балансировать на переднем компоненте YBT (p = 0,001) и в FBT (p = 0,024), чем контрольная группа.

Заключение: результаты этого исследования показывают, что DIBA эффективен при тренировке статического и динамического баланса, и его можно использовать вместе с другими инструментами баланса в клинических условиях. Дальнейшие исследования должны включать участников с заболеваниями нижних конечностей, чтобы подтвердить, что адаптация к тренировкам DIBA приводит к клиническим улучшениям производительности и качества баланса.

Ключевые слова: упражнение, баланс, производительность, функция, оценка

Введение

В последнее десятилетие для функциональной тренировки баланса и контроля осанки во время реабилитации и возвращения к занятиям спортом использовалось несколько систем баланса. Точный контроль осанки и равновесия зависит от правильной двигательной команды, которая, в свою очередь, опирается на вестибулярные, зрительные и проприоцептивные сигналы [1-4].

Баланс и функциональные упражнения являются неотъемлемой частью программы реабилитации для улучшения баланса и кинестетического чувства частей тела, чтобы предотвратить повторение травмы [1, 2]. Большинство современных систем тренировки баланса предусматривают тренировку в статике на различных поверхностях [5]. Согласно опубликованным данным, BOSU, балансировочная доска [6-8] и системы виртуальной реальности [8-10] используются для тренировки функционального баланса. Тем не менее, пациенты, возможно, боялись повторной травмы или усиления боли [11, 12] и избегали приложения необходимого веса тела на травмированную ногу во время тренировочной программы с использованием таких систем. Несмотря на большое количество описанных в литературе систем тренировки баланса, лишь немногие из них предлагают варианты динамической тренировки и способствуют достаточному переносу веса на травмированную сторону.

Система Dynamic Innovative Balance (DIBA) состоит из двух мобильных платформ для ног, которые независимо перемещаются в переднезаднем и медиолатеральном направлениях. Механизм снабжен дистанционным управлением, что дает преимущество и позволяет изменять направление. Система позволяет имитировать движения функциональной повседневной деятельности. Обучаемый субъект ставит ноги на платформы и пытается сохранить равновесие в различных положениях:  стояние, ходьба, приседание и выпады на движущихся платформах в заранее определенных направлениях (рис. 1). Упражнения для тренировки баланса выбираются из серии упражнений и протоколов тренировок, которые были разработаны для использования с DIBA.

Насколько известно авторам, публикаций, посвященных каким-либо упражнениям на баланс или протоколам тренировок с DIBA в клинических условиях, нет. Таким образом, целью данного исследования было сравнить эффективность DIBA и стандартных инструментов для тренировки баланса в динамике и статике. Было высказано предположение, что упражнения на равновесие и тренировки с DIBA столь же эффективны, как и упражнения со стандартными инструментами для поддержания баланса.

Методы

Участники

В исследовании приняли участие 36 здоровых мужчин в возрасте от 18 до 32 лет. Участники были случайным образом разделены на две группы: группу DIBA (n = 18) и контрольную группу (n = 18).

Наблюдательный совет университета утвердил этический протокол исследования, все добровольцы были проинформированы о характере исследования и подписали письменную форму согласия.

Критерии включения: мужчины в возрасте 18–40 лет, без травм нижних конечностей в течение предшествующих 6 месяцев, без хронических болей или хирургических вмешательств в области нижних конечностей, с ведущей правой ногой. Участники, которые имели какие-либо нервно-мышечные, кардиореспираторные, неврологические расстройства, перенесли какие-либо скелетно-мышечные травмы в течение предшествующих 6 месяцев, во время отбора испытывали боль в любом месте тела и не участвовали в 3 тренировках или 2 оценочных занятиях, были исключены из этого исследования.

Участникам также посоветовали не употреблять алкоголь, не принимать пищевые добавки, не заниматься физическими упражнениями и не использовать другие методы восстановления, такие как обезболивающие препараты и криотерапия, на протяжении всего исследования. Кроме того, их попросили поддерживать обычный рацион и потребление воды в течение всего периода исследования.

Участники, соответствующие критериям включения, были случайным образом выбраны среди 48 первоначально обследованных здоровых мужчин, выполнявших упражнения средней интенсивности продолжительностью 30-60 минут не менее 3 дней в неделю [13, 14].

Процедура

Оценка баланса. Обе группы, DIBA и контрольную, оценивали перед тренировкой баланса, а также в конце 4 и 8 недель. Тест Y-баланса (YBT) использовался для оценки динамического баланса, а тест баланса Фламинго (FBT) – статического [15, 16]. Каждый тест повторялся 3 раза подряд с использованием ведущей ноги (у всех участников – правая), а среднее значение трех измерений использовалось для статистического анализа.

В DIBA используется разработанная авторами электромеханическая система динамического равновесия. Прибор состоит из двухфутовых платформ, которые перемещаются по рельсам. Рельсы также могут смещаться в медиолатеральном направлении, чтобы увеличивать или уменьшать расстояние между ступнями для изменения упражнений и тренировочной нагрузки.

Программа тренировки равновесия. Все участники выполняли тренировку равновесия под наблюдением одного и того же физиотерапевта. Каждая тренировка была рассчитана на 45-60 минут, по 3 дня в неделю на протяжении 8 недель. Упражнения для группы DIBA были разделены на 3 категории в зависимости от интенсивности. Упражнения низкой интенсивности выполнялись в течение первых 2 недель, упражнения средней интенсивности — с 3 по 4 недели, а упражнения высокой интенсивности — с 5 по 8 недели. Примеры упражнений на равновесие для DIBA показаны на рис.1.

Протокол упражнений для контрольной группы. Участники контрольной группы получили общие упражнения на равновесие с использованием BOSU, балансировочных досок, качающейся доски и блока с мягкой подушкой. Продолжительность упражнений составляла 45-60 минут, 3 дня в неделю на протяжении 8 недель.

Статистические методы

Данные анализировали с использованием IBM SPSS v.22 (IBM, США). Тест Шапиро-Уилка использовался для определения нормальности распределения данных. Поскольку данные не были распределены нормально, для межгрупповых сравнений использовался U-критерий Манна-Уитни, а для внутригрупповых сравнений –  знаковый ранговый критерий Уилкоксона с поправкой Бонферрони. Количество субъектов в исследовании основывалось на переднем параметре теста YBT для мощности 80% и значении альфа 5%, что указывало, что в каждую группу должно быть включено не менее 18 субъектов.

Полученные результаты

Демографические данные представлены в таблице 2. Обе группы статистически значимо не различались по возрасту, весу, росту и индексу массы тела (p > 0,05).

Достоверных различий между группами в баллах по компонентам YBT (p > 0,05) на исходном уровне и в конце 4 недели измерений не было. Однако статистически значимое различие наблюдалось для переднего компонента YBT (p = 0,001) в пользу группы DIBA в конце 8 недели. Внутригрупповые сравнения продемонстрировали достоверно более высокие баллы YBT в переднем (p = 0,01) и заднемедиальном (p = 0,014) направлениях к концу 8 недели по сравнению с исходными баллами для группы DIBA (рис. 3).

Точно так же баллы заднемедиального (р = 0,008) и заднелатерального (0,001) компонентов YBT были значительно выше в конце 8 недели по сравнению с исходными показателями для контрольной группы (табл. 3).

Статистически значимой разницы между группами в баллах FBT исходно и в конце 4 недели не было (p > 0,05); однако количество падений было значительно ниже в группе DIBA (p = 0,024) в конце 8 недели. Группа DIBA продемонстрировала статистически значимо меньшее количество падений во время FBT в конце 8 недели (p = 0,011) по сравнению с исходными измерениями. Статистически значимой разницы внутри групповых показателей FBT в контрольной группе не было (p > 0,0167; поправка Бонферрони) (рис. 4). 

Обсуждение

Цель этого исследования – выяснить, отличаются ли результаты упражнений на равновесие с использованием DIBA от результатов тренировок на равновесие с использованием стандартных инструментов, таких как BOSU, балансировочная доска, качающаяся доска и блок с мягкой подушкой. После 8 недель тренировки баланса группа DIBA достигла большего расстояния на переднем компоненте YBT и меньше падений на FBT.

Некоторые авторы предполагают, что снижение проприоцептивной чувствительности нижних конечностей после травм связано с нарушением баланса [17-19]. Однако как статический, так и динамический баланс можно улучшить с помощью правильно разработанных программ упражнений и тренировок. Мышечные веретена и сухожильные органы Гольджи считаются основными проприорецепторами [20, 21] и их функция может улучшаться с помощью укрепляющих упражнений [21-23]. Существует ряд инструментов и устройств для тренировки равновесия, которые в настоящее время используются в клинических условиях для улучшения мышечной силы и проприоцептивного чувства для повышения способности сохранять равновесие после травмы нижних конечностей. Лишь немногие из них имеют функции компьютеризированных или электромеханических механизмов и возможность предоставления индивидуальных программ обучения.

Большинству систем не хватает функциональности и возможности имитировать повседневную деятельность. Инструменты для тренировки баланса обычно крепятся к полу. Напротив, DIBA – динамическая система и имеет двойные подвижные платформы для ног, позволяющие вызывать возмущения в медиолатеральном и переднезаднем направлениях в различных постуральных условиях, таких как выпад, приседание, стойка на одной ноге с открытыми и закрытыми глазами, а также может использоваться с дополнительными действиями, например, бросание и ловля мяча.

Поскольку физические упражнения и тренировки для повышения способности удерживать равновесие требуют активного участия человека [17, 24], DIBA с ее разнообразием комбинаций активности удерживала интерес участников в ходе программы в течение 8 недель. Такая продолжительность была предложена Brachmann и др. [25] для обнаруживаемого изменения способности сохранять равновесие, и результаты текущего исследования, действительно, не выявили существенной разницы между группами по результатам тестов в конце 4 недели.

Выполнение программы упражнений на платформе в переднезаднем направлении было более эффективным в воздействии на передний компонент досягаемости YBT, чем другие инструменты тренировки баланса. Передняя досягаемость в группе DIBA улучшилась на 5,19%, в то время как в контрольной группе только на 0,8%. С другой стороны, оценка медиального и латерального компонентов YBT не показала существенных различий между группами (группа DIBA – 2,48%, контрольная группа – 0,8%; DIBA – 0,43%, контрольная группа – 3,9%, соответственно). Это может быть связано с тем, что медиолатеральное возмущение, вызванное DIBA, не так велико, как переднезаднее. Это может свидетельствовать о том, что медиолатеральное нарушение стабильности туловища может увеличиваться, когда две стопы расставлены и находятся на расстоянии друг от друга. Следовательно, здоровые участники без нарушений баланса могут не демонстрировать улучшение. Было бы целесообразно изучить эту последовательность упражнений для программы тренировки баланса с использованием DIBA у людей с травмами нижних конечностей.

Оценка статического равновесия с помощью FBT показала, что количество падений в группе DIBA было меньшим по сравнению с контрольной группой в конце 8 недели. Этот результат может свидетельствовать об улучшении проприоцептивного входа, который обеспечивает точные двигательные реакции, позволяющие удерживать центр масс тела над основанием опоры, что могло быть связано с динамическим характером DIBA. Улучшение проприоцептивной остроты мышечных структур мышц нижних конечностей с помощью системы тренировки динамического баланса может улучшить афферентный вклад проприоцепторов в мышцах, таких как мышечные веретена и сухожильный орган Гольджи, положительно влияя на способность сохранять равновесие [26]. Однако это утверждение напрямую не изучалось в данном исследовании.

Несмотря на фиксацию стоп на подвижных платформах при использовании DIBA, дистальный конец нижней конечности все еще перемещается в переднезаднем и медиолатеральном направлениях, что можно рассматривать как открытую кинетическую цепь. Однако эти движения не являются полностью свободными, так как поддержание баланса на DIBA требует движения проксимальных сегментов. Таким образом, комбинация упражнений с открытой и закрытой кинетической цепью на DIBA может быть более выгодной, чем с другим балансировочным оборудованием.

Неудовлетворительные показатели при выполнении YBT связаны с повышенным риском различных травм нижних конечностей. В частности, было показано, что «плохая работа» в переднем направлении YBT (направление полного охвата и асимметрия) имеет наиболее последовательную связь с повышенным риском травмы [27, 28] Передняя (ANT) асимметрия расстояния досягаемости более 4 см связана с повышенным в 2,3–2,5 раза риском травмы нижних конечностей [29]. В текущем исследовании здоровые участники контрольной группы имели среднюю асимметрию передней досягаемости 6,3 см, что превышает этот порог. Это может указывать, что субъекты в текущем исследовании, ведущие малоподвижный образ жизни, подвергались повышенному риску получения травм нижних конечностей.

Важность большого диапазона при сгибании тазобедренного сустава подтверждается кинетическими моделями дальности досягаемости сзади, включая моменты разгибания бедра как для задне-медиальной (PM), так и для задне-латеральной (PL) досягаемости, а также другими исследованиями [25, 30], которые показывают, что сила разгибания тазобедренного сустава сильно коррелирует с задними показателями досягаемости. Моменты разгибателей колена и отводящих моментов бедра объясняют различия в досягаемости ANT и PM, в то время как момент разгибателей бедра объясняет различия в досягаемости PL и PM [29, 30].

Это исследование было ограничено выборкой молодых здоровых людей; поэтому результаты для субъектов разного возраста или при разных клинических состояниях могут отличаться. Во-вторых, было бы полезно исследовать тестирование мышечной силы, чтобы определить, повлияло ли ее изменение на измерение статического и динамического баланса. В-третьих, дизайн исследования не позволял сделать какие-либо выводы об уровне мышечного аппарата, на котором происходили какие-либо адаптации, или переносились ли они на спортивные движения. Наконец, большинство участников были студентами 1 курса факультета физиотерапии и, следовательно, могли ранее подвергаться тренировкам равновесия, эффект от которых неизвестен. Задания повторялись, поэтому не исключено, что усталость повлияла на общую работоспособность. Возможно, имел место эффект обучения. Мы считаем, что результаты этого исследования были бы надежными для выполнения упражнений на равновесие среди здорового населения и послужили бы ориентиром для дальнейших клинических исследований.

Заключение

Результаты текущего исследования показывают, что использование DIBA улучшает баланс лучше, чем упражнения на равновесие с использованием стандартных средств для тренировки баланса, таких как BOSU, балансировочные и качающиеся доска и блок с мягкой подушкой. Клинические улучшения в динамических показателях контроля осанки дают основания для рекомендаций применения альтернативной формы тренировки функционального равновесия с использованием DIBA у здоровых испытуемых.

Литература

  1. McKeon PO, Ingersoll CD, Kerrigan DC, Saliba E, Bennett BC, Hertel J. Balance training improves function and postural control in those with chronic ankle instability. Med Sci Sports Exerc. 2008;40(10):1810-1819. doi:10.1249/mss.0b013e31817e0f92 [PubMed] [Google Scholar]
  2. Gonçalves DFF, Ricci NA, Coimbra AMV. Equilíbrio funcional de idosos da comunidade: comparação em relação ao histórico de quedas. Braz J Phys Ther. 2009;13(4):316-323. doi:10.1590/s1413-35552009005000044 [Google Scholar]
  3. Michell TB, Ross SE, Blackburn JT, et al. Functional balance training, with or without exercise sandals, for subjects with stable or unstable ankles. J Athl Train. 2006;41(4):393-398. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  4. Paillard T, Noe F, Riviere T, et al. Postural performance and strategy in the unipedal stance of soccer players at different levels of competition. J Athl Train. 2006;41(2):172-176. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Rugelj D. The effect of functional balance training in frail nursing home residents. Arch Gerontol Geriatr. 2010;50(2):192-197. doi:10.1016/j.archger.2009.03.009 [PubMed] [Google Scholar]
  6. Williams GN, Allen EJ. Rehabilitation of syndesmotic (high) ankle sprains. Sports Health. 2010;2(6):460-470. doi:10.1177/1941738110384573 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Williams J, Bentman S. An investigation into the reliability and variability of wobble board performance in a healthy population using the SMARTwobble instrumented wobble board. Phys Ther Sport. 2014;15(3):143-147. doi:10.1016/j.ptsp.2013.08.003 [PubMed] [Google Scholar]
  8. Haksever B. Comparison of Wii Therapy and Conventional Rehabilitation Protocol after ACL Reconstruction with Hamstring Tendon Greft. Master of Science Thesis. Hacettepe University; 2012. [Google Scholar]
  9. Son SM, Park MK, Lee NK. Influence of resistance exercise training to strengthen muscles across multiple joints of the lower limbs on dynamic balance functions of stroke patients. J Phys Ther Sci. 2014;26(8):1267-1269. doi:10.1589/jpts.26.1267 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  10. Oddsson LIE, Karlsson R, Konrad J, Ince S, Williams SR, Zemkova E. A rehabilitation tool for functional balance using altered gravity and virtual reality. J Neuroeng Rehabil. 2007;4(1):25-25. doi:10.1186/1743-0003-4-25 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  11. Galeano D, Brunetti F, Torricelli D, Piazza S, Pons JL. A tool for balance control training using muscle synergies and multimodal interfaces. BioMed Research International. Published online 2014:1-13. doi:10.1155/2014/565370 [PMC free article] [PubMed]
  12. Bhat R, Moiz JA. Comparison of dynamic balance in collegiate field hockey and football players using star excursion balance test. Asian J Sports Med. 2013;4(3):221-229. doi:10.5812/asjsm.34287 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  13. Haskell WL, Lee IM, Pate RR, et al. Physical activity and public health. Med Sci Sports Exerc. 2007;39(8):1423-1434. doi:10.1249/mss.0b013e3180616b27 [PubMed] [Google Scholar]
  14. Leavitt MO. Physical Activity Guidelines for Americans. Department of Health and Human Services; 2008. [Google Scholar]
  15. Plisky PJ, Rauh MJ, Kaminski TW, Underwood FB. Star excursion balance test as a predictor of lower extremity injury in high school basketball players. J Orthop Sports Phys Ther. 2006;36(12):911-919. doi:10.2519/jospt.2006.2244 [PubMed] [Google Scholar]
  16. Stabilometry of the flamingo balance test. Presented at: 14 International Symposium on Biomechanics in Sports; 1996; Madeira, Portugal. [Google Scholar]
  17. Howe TE, Rochester L, Jackson A, Banks PM, Blair VA. Exercise for improving balance in older people. Howe TE, ed. Cochrane Database of Syst Rev. Published online October 17, 2007. doi:10.1002/14651858.cd004963.pub2 [PubMed]
  18. Pollock AS, Durward BR, Rowe PJ, Paul JP. What is balance? Clin Rehabil. 2000;14(4):402-406. doi:10.1191/0269215500cr342oa [PubMed] [Google Scholar]
  19. Riemann BL, Lephart SM. The sensorimotor system, part I: The physiologic basis of functional joint stability. J Athl Train. 2002;37(1):71-79. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  20. Karanjia PN, Ferguson JH. Passive joint position sense after total hip replacement surgery. Ann Neurol. 1983;13(6):654-657. doi:10.1002/ana.410130612 [PubMed] [Google Scholar]
  21. Proske U, Gandevia SC. The proprioceptive senses: their roles in signaling body shape, body position and movement, and muscle force. Physiol Rev. 2012;92(4):1651-1697. doi:10.1152/physrev.00048.2011 [PubMed] [Google Scholar]
  22. Aman JE, Elangovan N, Yeh IL, et al. The effectiveness of proprioceptive training for improving motor function: a systematic review. Front Hum Neurosci. 2014;8:1075. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  23. Howe TE, Rochester L, Neil F, Skelton DA, Ballinger C. Exercise for improving balance in older people. Cochrane Database Syst Rev. 2011;2011(11):CD004963. doi:10.1002/14651858.cd004963.pub3 [PubMed] [Google Scholar]
  24. Petró B, Papachatzopoulou A, Kiss RM. Devices and tasks involved in the objective assessment of standing dynamic balancing – A systematic literature review. Gard SA, ed. PLoS ONE. 2017;12(9):e0185188. doi:10.1371/journal.pone.0185188 [PMC free article] [PubMed]
  25. Brachman A, Kamieniarz A, Michalska J, Pawłowski M, Słomka KJ, Juras G. Balance training programs in athletes — A systematic review. J Hum Kinet. 2017;58(1):45-64. doi:10.1515/hukin-2017-0088 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  26. Wang H, Ji Z, Jiang G, Liu W, Jiao X. Correlation among proprioception, muscle strength, and balance. J Phys Ther Sci. 2016;28(12):3468-3472. doi:10.1589/jpts.28.3468 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  27. Miller MM, Trapp JL, Post EG, et al. The effects of specialization and sex on anterior Y-balance performance in high school athletes. Sports Health. 2017;9(4):375-382. doi:10.1177/1941738117703400 [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  28. Gonell AC, Romero JAP, Soler LM. Relationship between the Y-balance test scores and soft tissue injury incidence in a soccer team. Int J Sports Phys Ther. 2015;10:955-966. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  29. Smith CA, Chimera NJ, Warren M. Association of Y-balance test reach asymmetry and injury in Division I athletes. Med Sci Sports Exerc. 2015;47(1):136-141. doi:10.1249/mss.0000000000000380 [PubMed] [Google Scholar]
  30. Nelson S, Wilson CS, Becker J. Kinematic and kinetic predictors of Y-balance test performance. Int J Sports Phys Ther. 2021;16(2):371-380. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]  
Назад