Математическое моделирование стабилизации вертикальной позы человека

20 декабря 2006 года
А.В. Терехов
(Материалы кандидатской диссертации)

В рамках диссертационной работы было проведено экспериментально ­ теоретическое исследование механизмов регуляции позы в условии спокойного стояния для плоскости переднезаднего направления. Были получены следующие результаты:

1. Построена математическая модель, приближенно отражающая биомеханические особенности тела человека: трехзвенную структуру тела и геометрическое строение скелетно­мышечного аппарата.
2. В рамках гипотезы о достаточности рефлекторной жесткости мышц для стабилизации невозмущенной вертикальной позы, предложен метод оценивания рефлекторных жесткостей по равновесным мышечным усилиям и частоте основных колебаний.
3. Разработана и проведена серия экспериментов по верификации построенной модели и лежащей в ее основе гипотезы о достаточности мышечных жесткостей для стабилизации вертикальной позы. Получено, что при искусственном ограничении подвижности в коленном и тазобедренном суставе человека наблюдается возрастание частоты основных колебаний.
4. Построена модель для описания стояния при ограниченной подвижности в суставах и исследована зависимость ее низшей собственной частоты от жесткости закрепления. Показано, что при используемых в эксперименте жесткостях крепежа низшая собственная частота системы с крепежом превосходит низшую собственную частоту системы без крепежа приблизительно настолько же, насколько возрастает частота основных колебаний в эксперименте с ограничением подвижности по сравнению с со спокойным стоянием.
5. Разработана и проведена серия экспериментов по выявлению формы основных колебаний человека при спокойном стоянии. Получено, что для ряда испытуемых характерно пропорциональное изменение суставных углов в процессе основных колебаний, что дает основания интерпретировать последние как колебания на низшей собственной форме. Полученная из эксперимента форма изменения суставных углов качественно совпадает с данными модели для низшей формы собственных колебаний.
6. Методами разделения движения построена упрощенная одночастотная трехзвенная модель, описывающая движения исходной модели на характерных временах порядка характерных времен основных колебаний.
7. Построена модель механизма коррекции вертикальной позы с учетом возможной негоризонтальности основания в отсутствии поставляемой вестибулярным аппаратом информации об отклонениях тела относительно вер­тикали. Построенная модель позволила описать имеющиеся в литературе экспериментальные данные о реакции человека на сверхмедленные наклоны опоры.