Równowaga a stabilność
Z punktu widzenia biomechaniki, równowagą nazywany jest stan, w którym siły oraz ich momenty się równoważą. Z kolei w treningu sportowym termin "równowaga" jest używany w kontekście zdolności zachowania równowagi. Z pojęciem równowagi nierozerwalnie łączy się termin stabilności, który oznacza zdolność człowieka do odzyskiwania stanu równowagi.
Ciało człowieka utrzymującego równowagę w postawie stojącej pozornie wydaje się nieruchome, jednakże postawa dwunożna jest z natury niestabilna, co jest związane z budową anatomiczną ludzkiego ciała, składającego się z wielu elastycznych segmentów.
Kontrola równowagi jest zależna od złożonej interakcji mechanizmów fizjologicznych, przetwarzania informacji pochodzących z układów sensorycznych zgodnie z wewnętrznymi schematami ciała, celami, czynnikami poznawczymi oraz wcześniejszym doświadczeniem.
Utrzymywanie postawy stojącej wymaga zrównoważenia niestabilności całego ciała w obrębie podstawy podparcia, a z powodu wielosegmentowej budowy ciała proces dyktuje potrzebę skoordynowanej aktywności wielu elementów ciała (m.in. mięśni, stawów).
Mechanizm utrzymania równowagi
Niewielkie odchylenie od idealnej pozycji pionowej tworzy destabilizujący moment obrotowy, któremu musi być przeciwstawiony korekcyjny moment obrotowy, aby pozycja stojąca została utrzymana.
Dlatego utrzymywanie równowagi postrzegane jest przez badaczy, jako ciągły proces wytracania i odzyskiwania stanu równowagi z powodu destabilizującego działania kołysania ciała (ang. body sway), związanego z ciągłym przemieszczaniem się ogólnego środka masy ciała (COM – ang. center of mass) względem punktu referencyjnego w obszarze stabilności znajdującego się w obrębie podstawy podparcia.
Należy wyjaśnić, iż kontrola równowagi oraz kontrola posturalna, choć z natury ze sobą połączone, wykazują inne podstawy nerwowo-mięśniowe. Jak wskazują ci autorzy, kontrola posturalna określa toniczny rozkład aktywności mięśni w celu utrzymania postawy, natomiast kontrola równowagi odpowiada na zaburzenia wewnętrzne i zewnętrzne w celu zachowania i / lub odzyskania stanu równowagi.
Klasycznym warunkiem utrzymania równowagi w danej postawie jest kontrolowanie przemieszczającego się COM w granicach pola powierzchni podparcia (BOS – ang. base of support), co jest utrudnione z powodu stosunkowo niewielkiego pola powierzchni podparcia oraz stosunkowo wysokiego położenia COM i jego wysuniętym do przodu, względem stawów skokowych, rzutem pionowym.
Pole powierzchni podparcia wyznacza obwiednia stóp oraz obszar znajdujący się pomiędzy nimi, jest to zarazem mechaniczna granica stabilności ciała. Jednakże rzeczywiste granice stabilności są wysoce zindywidualizowane oraz zależne od wykonywanego zadania ruchowego. Są także oddzielone marginesem stabilności, który wskazuje kiedy wymagane jest uruchomienie strategii kontroli równowagi, aby uniknąć upadku.
Aby oszacować położenie COM wymagane są skomplikowane i dokładne pomiary przemieszczeń wszystkich segmentów ciała w odniesieniu do modelu antropometrycznego. Położenie punktu COM jest kontrolowane przez nadążne, wtórne i o wyższej częstotliwości względem przemieszczeń COM, przemieszczenia punktu nacisku stóp na podłoże (COP – ang. center of pressure). COP jest punktem przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża.
Przemieszczenia COP odzwierciedlają reakcję Ośrodkowego Układu Nerwowego na przemieszczenia COM. Przebieg przemieszczeń COP jest wypadkową sił bezwładności ciała i sił przywracających równowagę, jest w zasadzie sumą położenia rzutu pionowego COM oraz punktu przyłożenia wypadkowej sił sterujących i wynika z działań korekcyjnych mięśni posturalnych. Działania korekcyjne mięśni posturalnych mają za zadanie nie dopuścić do opuszczenia przez COM granic pola podparcia (BOS).
dr Arkadiusz Homańczuk
Piśmiennictwo
Boonstra T.A., Schouten A.C., van der Kooij H. (2013) Identification of the contribution of the ankle an hip joints to multi-segmental balance control. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation.
Błaszczyk J.W. (2004) Biomechanika kliniczna podręcznik dla studentów medycyny i fizjoterapii. PZWL, Warszawa.
Błaszczyk J.W. (2016) The use of force-plate posturography in the assessment of postural instability. Gait & Posture.
Golema M. (1987) Stabilność pozycji stojącej. Wydawnictwo AWF, Wrocław.
Golema M. (2002) Charakterystyka procesu utrzymywania równowagi ciała człowieka w obrazie stabilograficznym. Wydawnictwo AWF, Wrocław.
Havens K.L., Mukherjee T., Finley J.M. (2018) Analysis of Biases in Dynamic Margins of Stability Introduced by the Use of Simplified Center of Mass Estimates during Walking and Turning. Gait & Posture.
Hsu W.L., Scholz J.P., Schöner G., Jeka J.J., Kiemel T. (2007) Control and estimation of posturę during quiet stance depends on multijoint coordination. Journal of Neurophysiology.
Ivanenko Y., Gurfinkel V.S. (2018) Human Postural Control. Frontiers in Neuroscience.
Juras G., Słomka K., Fredyk A., Sobota G., Bacik B. (2008) Evaluation of the Limits of Stability (LOS) Balance Test. Journal of Human Kinetics.
Kuczyński M. (2003) Model lepko-sprężysty w badaniach stabilności postawy człowieka. Wydawnictwo AWF, Wrocław.
Masani K., Vette A.H., Popovic M.R. (2006) Controlling balance during quiet standing: proportional and derivative controller generates preceding motor command to body sway position observed in experiments. Gait & Posture.
Peterka R.J. (2002) Sensorimotor integration in human postural control. Journal of neurophysiology.
Słomka K.J., Michalska J., Marszałek W., Bacik B., Juras G. (2019) Forward functional stability indicator (FFSI) as a reliable measure of limits of stability. MethodsX.
Sobera M. (2010) Charakterystyka procesu utrzymywania równowagi ciała u dzieci w wieku 2-7 lat. Wydawnictwo AWF, Wrocław.
Trew M., Everett T. (2005) Human movement an introductory text. Elsevier Churchill Livingstone, Edinburgh.
Winter D.A., Patla A.E., Prince F., Ishac M., Gielo-Perczak K. (1998) Stiffness control of balance in quiet standing. Journal of Neurophysiology.
