Суставы ноги: Болят суставы? Поможет гиалуроновая кислота!

Почему хрустят суставы | Хрустят колени при сгибании

Многих людей пугает неприятный звук, похожий на хруст, который раздается при сгибании суставов рук и ног. Представляет ли это реальную угрозу для здоровья или рассматривается как нормальный физиологический процесс?

Почему хрустят суставы?

Иногда суставы коленей, голеней и пальцев хрустят при полном отсутствии каких-либо патологий в организме. Все суставы образованы суставными поверхностями костей и заключены в специальную оболочку, наполненную суставной жидкостью, которая снижает трение и обеспечивает нормальное скольжение костей. Кроме того, суставы имеют дополнительные элементы, которые играют роль естественных амортизаторов при движении. Все суставные компоненты соединяются между собой связочным аппаратом.

При различных физических нагрузках происходит растяжение, смещение и колебание составных частей сустава. В эти моменты мы и слышим неприятный шум, который в медицине называют крепитацией. Таким образом, если у вас хрустят колени, это не всегда является признаком какого-то расстройства в организме.

Не нужно удивляться, почему хрустят суставы, во время повышенных физических нагрузок. Тем более, если речь идет о детском или подростковом организме. Некоторые части тела могут расти быстрее остальных, и в строении суставов может образовываться временная диспропорция. Именно это чаще всего и бывает причиной хруста коленей или пальцев при сгибании у подростка.

А если это болезнь?

Когда параллельно с хрустом вы наблюдаете у себя:

• болезненные ощущения в области суставов рук и ног,
• отеки и покраснения частей тела,
• ограничение подвижности,
• нарушение координации и онемение конечностей,

можно говорить о наличии и развитии какого-либо заболевания.

Факторы риска

Велика вероятность появления прогрессирующего хруста и болей в суставах у тех людей, которые:

• обладают лишним весом,
• носят ортопедически неправильную обувь и высокие каблуки,
• длительно принимают какие-либо лекарственные препараты,
• имеют гормональные нарушения и болезни системы обмена веществ,
• испытывают интенсивные физические нагрузки либо наоборот ведут малоподвижный образ жизни,
• имеют плоскостопие.

Как избавиться от хруста?

Поставить точный диагноз и устранить причину неприятного звука способен только опытный практикующий хирург или ревматолог. Грамотная комплексная терапия избавит от неприятной симптоматики, когда пациент чувствует боли и слышит, как хрустят суставы рук или ног. Помогут справиться с проблемой и такие несложные рекомендации, как:

• умеренная физическая активность,
• нормализация веса и здоровый рацион питания,
• удобная ортопедическая обувь.

Полное медицинское обследование исключит риск развития хронического заболевания и придаст пациенту уверенности в том, что хруст в суставах для него находится в допустимой физиологическими особенностями организма норме.

Миф о людях, чьи суставы гнутся в обе стороны

• Джейсон Г. Голдман
• BBC Future

25 июня 2015

Автор фото, Thinkstock

В природе не существует людей, у которых суставы действительно гнутся в обе стороны, хотя у некоторых из нас суставы действительно очень эластичные. И это свойство может приводить к весьма неожиданным эффектам, утверждает корреспондент BBC Future.

Несомненно, вы знаете кого-нибудь (или, что более вероятно, знали в детстве), кто хвастал тем, что у него суставы гнутся в обе стороны. В доказательство эти хвастуны сгибали большой палец в обратную сторону так, что он мог коснуться их запястья. Однако, несмотря на все их хвастовство, эти мастера представлений со школьного двора на самом деле не являются медицинскими феноменами. По крайней мере, люди не могут иметь суставы, гнущиеся в обе стороны. А как же эти хвастуны, чьи тела и конечности способны вихляться самым невероятным образом, как на шарнирах? Они просто-напросто необычайно гибкие.

Врачи и ученые называют это гиперподвижностью или эластичностью суставов. Это всего лишь означает, что некоторые люди могут сгибать свои суставы сильнее, чем другие. Большинство из нас могут отогнуть большой палец на несколько градусов, но некоторые могут отогнуть его под большим углом.

Мы все можем согнуться в талии, однако некоторым индивидам их пояснично-крестцовые суставы позволяют откинуться назад и положить обе руки на пол. Каждый из нас может широко расставить ноги, однако только у некоторых тазобедренный сустав настолько подвижный, что это позволяет им садиться на шпагат.

И для того, чтобы можно было говорить о гиперподвижности суставов, такая гибкость должна быть врожденной, а не приобретенной в результате тренировок или растяжек. Некоторые атлеты и танцоры, например, могут, в конце концов, путем тренировок добиться, чтобы их тела становились все более и более гибкими, однако та гиперподвижность суставов, которая занимает нас прямо сейчас, является врожденным свойством.

Для того чтобы понять, за счет чего сустав может быть более или менее гибким, требуется краткий урок анатомии человека. Существуют два фактора, которые ограничивают подвижность суставов: форма костей и хрящей, или связок. Майкал Хабиб, анатом и специализирующийся на позвоночных палеонтолог из Университета Южной Калифорнии, утверждает: «Вам могут тяжело даваться физические нагрузки – это может происходить из-за того, что что-то упирается во что-то, – или у вас может быть связка, которая будет держать все на своем месте».

Крючки и пазы

Если человек может отогнуть большой палец до запястья, то обычно это происходит из-за того, что его связки позволяют ему это делать. «Если у вас от рождения ослабленные связки, то они будут более подвижны», — говорит Хабиб.

С другой стороны, некоторые из тех индивидуумов, у кого суставы словно гнутся в обе стороны, обязаны своей гибкостью строению собственных костей. Типичный случай гиперподвижности относится к суставам локтей. Некоторые люди способны так согнуть свой локтевой сустав в «неправильном» направлении, что получится угол, превышающий 180 градусов.

Автор фото, Getty

Существует некий отросток кости, который формирует острую часть плеча, он называется локтевой отросток или olecranon. «У него есть маленький крючок, хотя на самом деле этот крюк – довольно большой», — объясняет Хабиб. Этот крюк находится в небольшом пазу, расположенном с тыльной стороны плечевой кости; это верхняя кость руки – плечевая кость или humerus. И когда вы распрямляете руку, крюк скользит и попадает в этот маленький паз. Когда крюк упирается в конец паза, вы не можете согнуть руку дальше.

«Если ваш локтевой отросток небольшого размера или если паз глубокий, то вы сможете разогнуть руку больше, чем на 180 градусов, — говорит Хабиб. — Так что если человек может разгибать локти под большим углом, это просто говорит о том, что его кости имеют несколько иное строение».

В 2004 году в Великобритании проводилось исследование, объектом которого стали взрослые женщины-близнецы. Оно должно было подтвердить выдвинутые ранее предположения о том, что гиперподвижность суставов обусловлена генетически. Оказалось, что в парах однояйцевых близнецов обе сестры чаще обладали гиперподвижностью суставов, чем в парах двуяйцевых. Еще в 1930-х и 1940-х годах исследователи установили, что гиперподвижность суставов обычно передается в семьях по наследству.

Исследователи также обнаружили, что с годами гиперподвижность суставов уменьшается. Дети, как правило, более гибкие, чем их родители и дедушки с бабушками. У женщин суставы, как правило, более гибкие, чем у мужчин, хотя, возможно, это связано с тем, что мужчины обычно крупнее. Также существуют данные о том, что люди африканского, азиатского и ближневосточного происхождения обычно более гипермобильны, чем потомки европейцев.

Большинству супергибких людей эти их качества не причиняют вреда. Однако у некоторых можно диагностировать один из симптомов так называемого синдрома Элерса-Данлоса, который может оказаться весьма болезненным. Д-р Майкл Симпсон писал в статье, опубликованной в «Журнале американской ассоциации остеопатии», что симптомы синдрома Элерса-Данлоса имеют от 4 до 13 % людей, обычно это наблюдается в больших пальцах, мизинцах, локтях, коленях и позвоночнике.

Дилемма танцора

Есть группа людей с гиперподвижностью суставов, которая чаще других становится объектом научных исследований, — это танцоры. Гиперподвижность суставов, даже в наиболее мягкой своей форме, часто ассоциируется с недостатком устойчивости. «Если сустав действительно гибкий, он не будет достаточно устойчивым, и в итоге вам придется в большей степени использовать силу своих мускулов для того, чтобы фиксировать его», — говорит Хабиб.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Говорят, что среди женщин больше людей с гибкими суставами, чем среди мужчин

Из-за этого людям с увеличенной подвижностью суставов, в конечном счете, приходится использовать свою энергию для сохранения равновесия, вместо того чтобы совершать те действия, которые они хотят — например, поднимать тяжести (в случае с локтями) или даже просто стоять прямо (в случае с коленями и спиной).

В докладе, опубликованном в 2012 году, физиотерапевт Марк Схепер из Амстердамского университета прикладных дисциплин недвусмысленно поставил вопрос, является ли гиперподвижность «признаком таланта или уязвимости» для профессиональных танцоров. «С эстетической точки зрения, гиперподвижность суставов часто преподносится — да и выглядит — как часть профессионального танцевального образования», — пишет он, однако это может привести к тому, что такие танцоры будут подвержены боли и усталости в большей степени, чем их коллеги с менее гибкими суставами. В связи с этим у танцора могут развиться психологические симптомы депрессии и тревоги.

Для своих исследований Схепер и его коллеги привлекли танцовщиц из Амстердамской школы Академии искусств и сравнили их с девушками из находящейся неподалеку Амстердамской медицинской школы. Ученый обнаружил, что в целом гиперподвижность суставов обычно сопровождается «меньшей силой мышц, пониженной максимальной способностью выполнять упражнения и меньшей способностью преодолевать расстояния пешком». Эта закономерность наблюдалась у пациенток из обеих школ. Однако гиперподвижность суставов гораздо чаще встречалась у танцовщиц, чем у медичек.

Испытание на прочность

Танцовщицы, обладавшие гиперподвижностью суставов, чаще жаловались на сильную усталость, чем студентки медицинской школы с теми же симптомами. Исследователи подозревают, что это может отражать тот факт, что танцевальное образование в принципе требует большей активности, однако это же говорит и о том, что даже несмотря на все свои тренировки, танцовщицы хуже подготовлены физически, чем девушки из медицинской школы. Кроме того, танцы на профессиональном уровне требуют не только гибкости, но и большего контроля и высокой точности движений. Таким образом, те, у кого суставы более гибкие, могут сильнее уставать, добиваясь точности движений.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Те, у кого суставы более гибкие, могут сильнее уставать, добиваясь точности движений

Все танцовщицы уставали больше, чем медички, однако танцовщицы с гиперподвижностью суставов уставали больше всех. «Возможно, — пишет Шепер, — что такие танцовщицы вынуждены затрачивать больше усилий на то, чтобы соответствовать требованиям профессионального танцевального образования, однако им также приходится прикладывать больше усилий для поддержания уровня своих навыков».

В свете своих исследований Схеепер и его коллеги предположили, что гиперподвижность суставов может являться для профессиональных танцоров скорее недостатком, чем преимуществом.

Однако нам следует избегать обобщений, говорят британские ревматологи Говард Берд и Элейн Фоули. Обладающие передовыми знаниями и пониманием анатомии Берд и Фоули указывают на то, что искусство танца не является чем-то монолитным.

«Требования, которые предъявляются танцорам балета отличаются от тех, которые стоят перед исполнителями современных танцев», — пишут они. Ведь даже если говорить только о современных танцах, то стили и приемы выдающихся хореографов, таких как покойные Марта Грэм и Мерс Куннингэм, разительно отличаются друг от друга.

И в самом деле, оценка влияния супергибкости на танец требует более глубокого исследования, чем скромное изучение суставов.

7 способов защитить суставы в межсезонье

С приходом осенних холодов развиваются заболевания суставов. Как избежать обострения артрита и артроза в промозглую погоду?

Осень приносит с собой холод и сезонные заболевания суставов. Кости ноют, коленки «крутит», спину ломит… Вдруг начинают чувствоваться суставы, которых раньше не ощущал – как-будто в «лего» какая-то деталь стала выпадать. Как помочь суставам?

Существуют две очень распространенные болезни, доставляющие немало неприятностей:

Артрит – воспаление сустава, вызванное инфекцией. Возникает и развивается быстро. Может сопровождаться отечностью и острой болью, а при отсутствии правильного лечения принимает хроническую форму с приступами и более тихими периодами.

Артроз – процесс разрушения хрящей сустава, в результате ухудшается его подвижность и эластичность. Нередко вызвано сосудистыми заболеваниями, которые развиваются при гипертонии, варикозе, атеросклерозе, диабете и пр.Что происходит в промозглую погоду? Иммунная защита организма ослабевает, кровоснабжение меняется, обменные процессы в суставах нарушаются, мышцы рефлекторно зажимаются. Вещества, которые обуславливают прочность хряща, разрушаются быстрее, чем образуются. В результате сустав не получает должного питания. Все это создает предпосылки для развития и обострения воспаления.

Как поддержать суставы:

1. Держите ноги в тепле
   Часть известного высказывания Суворова прямо как будто про артрит и артроз. Теплая обувь – это необходимость осенью и зимой, это особенно важно для суставов. Конечно, не стоит допускать переохлаждения и других частей тела. Лучше всего одеваться многослойно – как капуста. Уж не будем советовать вам поддевать рейтузы под брюки, но если они тонкие, то верхняя одежда должна закрывать бедра и колени.
2. Не падайте
   Первые заморозки, лужи, скользкий асфальт. Одно неловкое движение – и можно растянуться. Выбирайте обувь на рифленой подошве. Если видите опасный участок дороги, постарайтесь быть внимательными, двигайтесь осторожно, ступая на всю стопу, не держите руки в карманах – лучше балансировать ими, расставив в стороны.
3. Тренируйте суставы
   Осенью не очень хочется выбираться на улицу, что уж говорить о физкультуре. Одно желание – «окуклиться» у телевизора. Но если у вас есть проблемы с суставами, постарайтесь преодолеть эту лень. Специальный комплекс физических упражнений стоит делать именно в это время года, потому что это поддерживает двигательную способность. Дело в том, что малоподвижный образ жизни ослабляет мышцы, поддерживающие сустав и снимающие с него часть нагрузки. К тому же при нехватке движения замедляется циркуляция крови и сустав не получает необходимого ему питания.
4. Не перегружайте суставы
   Казалось бы, этот совет противоречит предыдущему, но нет – здесь мы хотим сказать о том, что показана умеренная и регулярная нагрузка. А вот новые виды спорта начинать нужно с большой осторожностью, да и избегать резких движений или непривычной нагрузки. В общем, поберегите опорно-двигательный аппарат.
5. Держите вес
   Лишние килограммы очень нагружают суставы и осложняют их работу. Поэтому постарайтесь на набирать много за осенний и зимний период, следите за рационом.
6. Замерз – согрейся
   Что делать, если вы сильно замерзли на улицу? Дома примите теплый, но не горячий душ, чтобы согреться и расслабить мышцы. Можно также принимать теплую ванну с морской солью. На больные суставы можно нанести согревающую мазь, растирающими движениями.
7. Подпитайте суставы
   Осенью можно принимать различные витаминные комплексы и пищевые добавки. В их состав обычно входит глюкозамин, который является важным компонентом в структуре суставных хрящей. Он синтезируется в организме человека естественным путем, но с возрастом способность к синтезу существенно снижается. Кроме того, очень положительно влияют на состояние суставов жирные кислоты.

При необходимости коррекции стойкого болевого синдрома артралгии в УЗ ГКБСМП г. Гродно, Вы можете пройти курс плазматерапии. Это одна из современных методик терапии суставной боли и минимизации внутрисуставных морфологических изменений, что позволяет сохранить удовлетворительную функцию сустава и отсрочить необходимость оперативного лечения на достаточно длительный период времени.

Ответы гепатолога на вопросы пациентов — Полезные статьи

Вопрос: Здравствуйте. Меня зовут Сергей. Мне 36 лет. Почти 2 месяца у меня болят суставы рук и ног. Суставы не отекают, не изменяются по форме и двигать пальцами, локтями и коленями я могу как угодно. Но противная ноющая боль меня уже измучила. Обращался к терапевту. Анализы сдаю — все в порядке. Говорят, что артрита нет. А в последний раз мне на приеме назначили обследование на гепатит В и С. Скажите, какое отношение мои боли в суставах могут иметь к гепатитам? Терапевт уже совсем ничего не понимает?

Ответ: Здравствуйте, Сергей. Во-первых, я должна сказать, что у Вас хороший терапевт! Действительно, в Вашей ситуации обследование на вирусные гепатиты В и С необходимо. Артралгии (боли в суставах без деформации) могут быть одним из симптомов как острой, так и хронической формы гепатита В и С. Сдавайте анализы, не сомневайтесь. А если диагноз «гепатит» подтвердится, то лечение избавит Вас от боли. Будем надеяться, что диагноз не подтвердится — лучше привиться от гепатита В. К сожалению от гепатита С пока во всем мире прививка не создана. По инструкции прививки от гепатита хватает на 10 лет. Удачи Вам!

Вопрос: Мне 26 лет. 5 лет назад я узнала, что у меня гепатит С. Инфекционист в районной поликлинике очень мало со мной разговаривает, не может ответить на мои вопросы: как себя вести, в действительности опасен ли вирус, возможно ли лечение. Сейчас я думаю о беременности и очень боюсь за ребенка. Ответьте, пожалуйста, есть ли у меня шанс родить здорового ребенка. Алена

Ответ: Алена, результаты проводимых в течении нескольких десятилетий исследований гепатита и наблюдений за пациентом с полной уверенностью позволяют утверждать, что единственная опасность при беременности у женщины с хроническим гепатитом С — риск «вертикального» пути передачи пути передачи вируса от матери плоду. Он очень невелик — до 7 % случаев. Другой опасности нет, гепатит С не влияет на частоту осложнения течения беременности и нарушений развития плода. Частота внутриутробного инфицирования зависит от уровня вирусной нагрузки. Узнать это можно проведением исследования крови методом ПЦР: чем больше в крови будет обнаружено вирусных клеток, тем выше вирусная нагрузка. Но существует и другой, более совершенный путь решения вашей проблемы — гепатит С излечим. Длительность (24 недели или 48 недель) и обьем противовирусной терапии, выбор препаратов очень индивидуален. Это завит, прежде всего, от особенностей вируса. Через 6 месяцев после завершения лечения при достижении вирусологического ответа (т.е. отсутствия вируса в крови) вы можете беременеть без страха за своего малыша.

Вопрос: Добрый день! Меня зовут Екатерина, мне 22, живу в Нижегородской области. У меня и счастье и беда одновременно! Я беременна, уже 7 недель, это долгожданное событие для меня и моего мужа. Но при обследовании в женской консультации у меня нашли хронический Гепатит B. Что мне теперь делать? Прерывать беременность…А что дальше? Сохранить ребенка и весь оставшийся срок до родов трястись от страха за его жизнь? А вдруг родится больной гепатитом? знаю, что такое возможно. Все врачи говорят по-разному, иногда такие ужасы пишут! Подскажите, как мне быть?

Ответ: Здравствуйте, Екатерина! Во-первых, нужно успокоиться. Конечно, очень неприятно узнать о хроническом гепатите во время беременности, но это не трагедия.С этой проблемой можно справиться. Беременность прерывать не нужно, гепатит не утяжелит ее течение. Да, есть риск инфецирования ребенка внутриутробно или во время родов, он составляет 10-25% и зависит от активности гепатита, т.е. от количества вируса. Чтобы исключить заражение ребенка в родах, возможно проведение профилактической противовирусной терапии. с 20 недель беременности, а также малышу с первых часов появления на свет нужно проводить конкретные профилактические мероприятия. Если все это выполнить можно не переживать за здоровье вашего малыша. На все ваши вопросы сможет ответить врач гепатолог на консультации. В вашем случае нужно срочно обратиться к врачу! Будьте здоровы!

«Можно ли заменить два крупных сустава во время одной операции?»

29 декабря 2016

«Можно ли заменить два крупных сустава во время одной операции?»

(вопрос из письма пациента Н.) 

Около 1000 сложных хирургических вмешательств  выполнили травматологи-ортопеды Медицинского центра (МЦ) ДВФУ в 2016 году. Большая часть операций проведена за счет федерального бюджета и фонда ОМС, то есть бесплатно для пациентов. Некоторые из выполненных операций можно назвать уникальными. Они нечасто выполняются даже в крупных федеральных ортопедических моноцентрах.

— К таким операциям относится одномоментное двустороннее эндопротезирование крупных суставов, — рассказывает врач травматолог-ортопед Алексей Осипов. — Это высокотехнологичное вмешательство проводится пациентам с двусторонним поражением суставов, когда требуется замена коленных или тазобедренных суставов сразу с обеих сторон. Одномоментная операция сразу на двух суставах имеет ряд преимуществ. Пациенту не нужно дважды обследоваться, дважды переносить наркоз, при этом значительно сокращается период реабилитации. С другой стороны, одномоментная замена двух суставов связана со значительной нагрузкой на все органы и системы организма и поэтому показана пациентам молодого и среднего возраста, без серьезных сопутствующих заболеваний. Такая операция является сложной в техническом отношении.  Хирургу необходимо «подогнать» искусственные суставы таким образом, чтобы восстановились симметрия ног и биомеханика движений. Протезы подбираются индивидуально после детального обследования. В ортопедическом отделении МЦ ДВФУ одномоментное двустороннее эндопротезирование успешно проведено  трем пациентам.

   

— Одним из важных направлений в работе МЦ ДВФУ является детская ортопедия, — рассказывает главный внештатный детский травматолог-ортопед Приморского края Константин Зинченко. — В ортопедическом отделении проводится хирургическое лечение маленьких пациентов с грубыми деформациями позвоночника различной степени сложности, повреждениями и заболеваниями конечностей. В этом году впервые в Приморье маленькому пациенту была успешно выполнена операция по коррекции врожденного поясничного кифоза (искривление позвоночного столба, при котором формируется горб). В ходе операции один позвонок был полностью удален, а два других соединены специальной системой фиксации. Подобные операции сопряжены с риском возникновения неврологических осложнений, потерей крови, поэтому требуют от хирургов и анестезиологов высокой квалификации и особых навыков. Важным условием успеха является использование во время операции современного оборудования.

— Коллектив нашего центра небольшой, — поясняет заведующий отделением доктор медицинских наук Александр Золотов. — Тем не менее в отделении на высоком уровне проводится специализированное лечение практически всех ортопедических заболеваний у детей и взрослых.  При этом используются эффективные  методы лечения и  современное оборудование. Вмешательства на плечевом, локтевом, кистевом, коленном, голеностопном суставах выполняются с применением «открытой» хирургии и артроскопической техники. При выполнении реконструктивно-восстановительных операций на кисти и стопе используются налобный микроскоп, большой операционный микроскоп, специальные микрохирургические инструменты, особый шовный материал, минификсаторы, силовые машины для работы на мелких костных фрагментах. Следует упомянуть еще об одной важной особенности организации работы МЦ ДВФУ. Пациенты отделения травматологии и ортопедии имеют  возможность начать реабилитационное лечение сразу после операции. Одно из структурных подразделений МЦ — Центр восстановительной медицины и реабилитации — предлагает широкий спектр процедур, предназначенных для лечения патологии опорно-двигательного аппарата. Для пациентов ортопедического профиля разработаны специальные программы реабилитации, ознакомиться с которыми можно на нашем сайте.

Лечение суставов в подмосковье. Лечение артрозов, артирита и суставов ног

Назначения	Срок путевки 12 дней	Срок путевки 21 день	Примечания	Эффекты
Общие ванны (с местной минеральной водой, жемчужно-бишофитные, жемчужно-морские)	5-6	9-10	1 вид	Оказывают общерегулирующее действие на организм, уменьшают боль, обладают антиспастическим действием, способствуют коррекции нарушений центральной и вегетативной нервной системы.
Ванны вихревые камерные	5-6	9-10		Спазмолитическое, трофическое действие, улучшение микроциркуляции и обмена веществ в конечностях.
Душ (веерный, Шарко, циркулярный)	5-6	9-10	1 вид	Влияют на тонус мышц и сосудов, активизируют кровообращение и обменные процессы, улучшают психо-эмоциональное состояние.
Массаж ручной (2 ЕД) или подводный душ-массаж	5-6	9-10	1 вид массажа	Улучшение крово-и лимфотока в мышцах и связках, расслабление мышц, улучшение тургора тканей, анальгезирующий эффект.
Общая криотерапия*	6-8	10-14	Исключает применение теплолечения, не входит в стоимость путевки	Уменьшает боль, снимает отеки, нормализует крово-и лимфоток, улучшает двигательную функцию, обладает иммуномодулирующим действием, повышает устойчивость к стрессам и перегрузкам
Теплолечение (фанготерапия)   Грязелечение* (услуга временно недоступна)	6-8	10-12	Исключает применение общей криотерапии.	Снимает мышечный спазм, увеличивает подвижность суставов. Оказывает противовоспалительное, десенсибилизирующее, иммунокоррегирующее действие. Улучшает состояние хрящевой ткани.
Компрессы с бишофитом, димексидом на суставы	5-6	9-10	При наличии противопоказаний к теплолечению	Противовоспалительное, рассасывающее, антиспастическое и сосудорасширяющее действие.
Воздействие ультразвуком (фонофорез лекарственных  веществ) при заболеваниях суставов	5-6	9-10	Из предложен-ной аппаратной физиотерапии одновременно назначается не более 2-3 видов (с учетом сочетания эффектов)	Улучшение крово- и лимфообращения, усиление регенерации костной и хрящевой ткани, противовоспалительный, обезболивающий, рассасывающий эффект. Способствует уменьшению контрактур суставов.
Воздействие синусоидальными модулированными токами (СМТ) при заболеваниях суставов	3-5	6-8		Улучшение периферического кровообращения и трофики тканей. Обезболивающий и противоотёчный эффект.
Воздействие  низко-интенсивным лазерным излучением при заболеваниях суставов	5-6	9-10		Стимулирует  обменные процессы, регенерацию костной  и нервной ткани, обладает выраженным противовоспалительным действием
Электрофорезы лекарственных веществ при заболеваниях суставов	5-6	9-10		Обезболивающий, противовоспалительный, спазмолитический, трофический эффект. Усиление регенерации костной и хрящевой ткани.
Воздействие магнитными полями при заболеваниях суставов	5-6	9-10		Противовоспалительный, обезболивающий, трофический, нейромиостимулирующи, противоотечный эффект.
Антигомотоксическая терапия	3	4-5	Лекарственные препараты не входят в стоимость путевки	Противовоспалительное, болеутоляющее, иммунокоррегирующее, лимфадренажное действие, улучшает обмен веществ в соединительной ткани
Механотерапия	8-10	14-15		Тренировка опорно- двигательного аппарата, укрепление мышц, связок, увеличение объема движений.
Терренкур, спортигры	8-10	18		Тренировка опорно- двигательного аппарата, укрепление мышц, связок, увеличение объема движений.
Назначения диетической терапии	12	21		Нормализация пуринового, водно-солевого обмена веществ
Плавание в бассейне	1 раз в день	1 раз в день		Тренировка опорно- двигательного аппарата, укрепление мышц, связок, увеличение объема движений, закаливающий эффект.
Медикаментозная терапия	12	21		По неотложным показаниям
Электромиостимуляция*	8-10	14-15		Тренировка опорно- двигательного аппарата, укрепление мышц, связок, увеличение объема движений.

Sarcoidosis and the Joints, Muscles and Bones

исследования Пациенты, проходящие длительную стероидную терапию, могут быть обследованы на предмет остеопороза с помощью сканирования плотности кости («DEXA»). Это измеряет, насколько крепки ваши кости, и может помочь при лечении. Ваш врач может также измерить уровень кальция и витамина D. Их уровни могут быть затронуты саркоидозом и важны для здоровья костей.

лечение Существует целый ряд процедур, которые помогут укрепить кости и предотвратить переломы. Наиболее часто назначаемым препаратом является алендроновая кислота один раз в неделю. Это иногда предписывается с добавками кальция и / или витамина D.

Поскольку люди с саркоидозом могут быть подвержены высокому уровню кальция, важно, чтобы ваш уровень кальция и витамина D был измерен перед приемом каких-либо добавок. Эти уровни будут регулярно проверяться с помощью анализов крови. Обратитесь к веб-сайту SarcoidosisUK за дальнейшими советами.

Совет

Поддерживать здоровье костей путем:

• быть физически активным
• потребляя достаточное количество кальция (молочные продукты, фрукты и овощи)
• получать достаточно витамина D (солнечный свет)

Суставы

Хроническая боль в суставах поражает менее 1% всех пациентов с саркоидозом. Важно, чтобы ваш врач знал о ваших суставных симптомах, так как вы можете получить пользу от изменений в лечении или физиотерапии.

симптомы Саркоидоз может поражать любой сустав, но основными пораженными суставами являются ступни, лодыжки и колени. Симптомы обычно включают в себя:

• боль
• жесткость и жесткость
• отек, иногда с красной окраской

исследования Боль в суставах диагностируется по согласованию с врачом. Иногда требуются дополнительные исследования. Сюда может входить рентгенография ваших суставов или другие снимки (УЗИ или МРТ). Ваш врач может взять образец жидкости из вашего опухшего сустава с помощью иглы и шприца (биопсия).

лечение Существует ряд методов лечения, которые могут уменьшить симптомы в суставах. Они могут включать нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), кортикостероиды (преднизолон) или другие иммунные препараты, такие как метотрексат.

Совет Воспаленные суставы могут быть болезненными и могут ограничивать ежедневные движения. Несмотря на это, старайтесь продолжать двигаться и ежедневно тренироваться. Упражнения могут помочь уменьшить жесткость суставов. Если вы испытываете боль в суставах от умеренной до сильной в результате упражнения, немедленно прекратите и обратитесь к врачу.

«Синдром Люфгрена»

У некоторых пациентов могут развиться внезапные боли и отеки в суставах, чаще всего в лодыжках. В то же время у них могут появиться болезненные красные или пурпурные шишки на голенях. Эти изменения кожи называются «красная эритема». Когда эти симптомы встречаются вместе, ваш врач может организовать рентгенографию грудной клетки, чтобы найти увеличенные лимфатические узлы в груди.

Эти лимфатические узлы обычно не вызывают никаких симптомов. Сочетание этих суставных симптомов, изменений кожи (узловатая эритема) и увеличения лимфатических узлов в грудной клетке на рентгеновском снимке называется «синдром Лефгрена». Это сезонное состояние, которое чаще всего возникает весной и осенью при изменении температуры.

лечение, «Синдром Люфгрена» часто проходит сам по себе, без необходимости специальных лекарств. Иногда нестероидные противовоспалительные (НПВП) препараты или кортикостероиды (преднизолон) назначают на короткий период, чтобы облегчить симптомы.

Мышцы

Участие мышц при саркоидозе относительно редко. У некоторых людей в мышцах могут появляться комки, которые могут быть болезненными. В других случаях вовлеченность мышц менее специфична и может привести к тому, что мышцы будут чувствовать себя слабее. Важно сообщить своему врачу, если эти симптомы развиваются.

изучение Это может включать сканирование мышц (МРТ или КТ-ПЭТ), электрические тесты мышц или взятие образца мышц (биопсия). Биопсия мышц — это простая процедура, которую можно выполнить под местной анестезией.

лечение Когда при саркоидозе поражаются мышцы, лечение обычно представляет собой комбинацию кортикостероидов (преднизолона) в дополнение к другим иммунным препаратам (например, азатиоприну или метотрексату).

Компьютерный 3D-кинематический анализ всех суставов ног ходящих насекомых

Abstract

Высокоскоростное видео может обеспечить точный анализ поведения животных. Однако извлечение поведенческих данных из видеопоследовательностей — трудоемкая, утомительная и субъективная задача. Эти проблемы усугубляются, когда для точного описания поведения требуется анализ нескольких точек в трех измерениях. Мы описываем новую компьютерную программу, написанную для помощи пользователю в одновременном извлечении трехмерной кинематики множества точек на каждой из шести ног насекомого.Цифровое видео гуляющего таракана было собрано в оттенках серого со скоростью 500 кадров в секунду с двух синхронизированных калиброванных камер. Мы улучшили видимость ног, нарисовав белые точки на суставах, аналогично техникам, используемым для оцифровки движений человека. По сравнению с ручной оцифровкой 26 точек на ногах за одну 8-секундную прогулку (или 106 496 отдельных трехмерных точек), наше программное обеспечение достигло примерно 90% точности с 10% трудозатрат. Наш экспериментальный план уменьшил сложность проблемы слежения, привязав насекомого и позволив ему ходить на месте по слегка промасленной стеклянной поверхности, но в принципе реализованные алгоритмы можно расширить до свободной ходьбы.Наше программное обеспечение является бесплатным с открытым исходным кодом, написано на бесплатном языке Python и включает графический пользовательский интерфейс для настройки и управления. Мы поощряем совместные улучшения, чтобы этот инструмент стал лучше и широко использовался.

Образец цитирования: Бендер Дж. А., Симпсон Е. М., Ритцманн Р. Э. (2010) Компьютерный трехмерный кинематический анализ всех суставов ног у ходящих насекомых. PLoS ONE 5 (10): e13617. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617

Редактор: Бьёрн Брембс, Freie Universitaet Berlin, Германия

Поступила: 23 июня 2010 г .; Принята к печати: 30 сентября 2010 г .; Опубликовано: 26 октября 2010 г.

Авторские права: © 2010 Bender et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № IOS-0845417 и Управлением спонсируемых исследований ВВС США в рамках гранта FA9550-07-1-0149. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Изучение поведения животных давно осознало важность высокоскоростной видеосъемки для понимания механизмов передвижения. Эти исследования, уходящие своими корнями в знаменитую фотографию лошадей Эдверда Мейбриджа в 1870-х годах, остаются в сознании этологов по сей день. По мере того, как высокоскоростные камеры совершенствовались и становились все более доступными, было достигнуто все больше и больше информации о поведении животных и нейробиологии (например,g., [1], [2], [3], [4], [5]). Однако в настоящее время узким местом в видеоанализе является человеческое время. Большая часть анализа заключается в том, что оператор вручную выбирает точки интереса в кадре за кадром видео, оцифровывает или извлекает анимированную последовательность движения. Это не только утомительно и требует много времени, но и носит субъективный характер. Более того, обременительный характер оцифровки видео эффективно ограничивает применение этого метода для решения относительно простых задач. В идеале хотелось бы иметь возможность анализировать очень сложное поведение, например такое, в котором несколько суставов нескольких придатков играют через согласование кинематических паттернов.Кажется, что постоянно растущая скорость настольных компьютеров должна что-то предложить.

К сожалению, современные алгоритмы компьютерного зрения часто очень чувствительны к качеству изображения и начальным условиям. В кино и игровой индустрии широко используются лучшие технологии захвата движения, но процедуры по-прежнему сложны, дороги, трудоемки и, что еще хуже, иногда агрессивны. Для животных меньше, чем собака или кошка, размещение светоизлучающих или отражающих маркеров на теле может стать ограничивающим для передвижения и поведения.Для насекомых — модельной системы, которую выбирают для многих исследований в нейроэтологии, проблема становится еще более сложной, потому что их тела намного меньше, что дает экспериментатору выбор между низким пространственным разрешением или ограничением животного в пространстве. Отслеживание положения тела и ориентации движущихся насекомых уже возможно (например, Фрай и др. Сделали это в режиме реального времени во время полета [6]), но более сложные исследования нервно-мышечного контроля с участием придатков по-прежнему требуют дополнительных технологических инноваций.У многих ходячих насекомых длинные ноги, которые могут немного двигаться во время каждого шага, поэтому алгоритмы слежения должны хорошо работать в пространстве, плохо разрешенном камерами.

Ранние исследования ходячих насекомых ограничивали анализ движений одним измерением, ограничивая шаги передним / задним положением стопы [7], [8], [9]. Даже это измерение усложняется тем фактом, что у насекомых шесть ног, движущихся вместе в небольшом объеме пространства, поэтому с вентральной точки зрения ступни часто перекрывают друг друга, когда одна из них касается земли (в фазе шага в стойке), а другая нога находится в воздухе (в фазе шага).Недостаточность измерения только переднего / заднего движения стопы наиболее очевидна, когда животное поворачивается, поскольку ноги больше не движутся параллельно оси тела. Дополнительный камень преткновения возник, когда исследователи осознали, что переднее и заднее крайние положения стоп (AEP и PEP, соответственно) не являются синонимами начала и конца фазы стойки. Фактически, нога начинает двигаться назад до того, как коснется земли в начале стойки, а также отрывается от земли перед тем, как начать движение вперед в начале замаха [2].Предположительно, как движение вперед / назад, так и период выдержки нагрузки имеют значение для нейронов и мышц животного, поэтому необходимо проанализировать по крайней мере два измерения движения.

Проблема усложняется, если рассмотреть движения суставов, составляющих придаток, чтобы связать движение с активностью двигательных нейронов. Суставы задних лап идущей кошки, прыгающей саранчи или даже бегающего таракана можно адекватно описать в 2D. Однако в некоторых системах с чрезмерным вытеснением несколько конфигураций суставов могут привести к идентичным положениям конечных точек.Например, человеческая рука может протянуть руку, чтобы схватить объект в одном и том же месте в пространстве, используя множество различных комбинаций углов плеча, локтя и запястья. Чтобы понять, как эти суставы контролируются во время движения, необходимо постоянно измерять угол каждого сустава. Это невозможно сделать в 2D; требуется 3D-анализ движения. Точно так же, хотя средняя и задняя лапы таракана могут быть фактически плоскими при ходьбе вперед, передние лапы намного сложнее.Первоначальные трехмерные исследования движения таракана явно избегали суставов передних ног, так как их слишком сложно анализировать, хотя в одном исследовании действительно описывался одиночный шаг. Однако передние лапы имеют решающее значение в управлении и адаптации к препятствиям у большинства, если не всех, насекомых [10], [11], [12], [13]. Даже подробный трехмерный анализ одних только передних лап далеко не идеален, поскольку по крайней мере средние лапы многих насекомых могут выполнять многоплоскостные движения во время поворота. Подробные закономерности координации суставов у насекомого можно выявить, только посмотрев одновременно на все шесть ног, но одновременный трехмерный анализ всех суставов на всех шести ногах с использованием высокоскоростной видеозаписи — непростая задача.

Мы описываем здесь новый метод для извлечения трехмерного движения каждого сустава на всех шести лапах насекомого, привязывая животное и заставляя его ходить на месте по листу промасленного стекла (по [14], [15]). Поместив небольшие точки светоотражающей краски возле суставов ног, мы смогли запечатлеть двумерное движение 26 уникальных точек с высоким пространственно-временным разрешением с помощью двух откалиброванных камер. Мы описываем алгоритм, который помогает оператору извлекать трехмерные положения каждой из этих точек, что, наконец, позволяет получить подробное нейронно-релевантное описание многих шагов ходьбы.

Материалы и методы

Животные

Мы использовали взрослых самок тараканов Blaberus discoidalis из лабораторной колонии. Животных удаляли из колонии и анестезировали льдом. Мы привязывали каждого таракана, приклеивая небольшой (1 × 7 см) кусок пластика к дорсальной поверхности переднеспинки (кутикулярный щит над переднегрудью). Эта привязь допускала небольшое дорсально-вентральное сгибание, что важно для выявления поведения при ходьбе у этого вида.Мы нанесли небольшое количество белой краски на суставы ног (рис. 1А), чтобы помочь найти эти точки на видеоизображениях. Во время экспериментов привязь располагалась так, чтобы дорсальная поверхность переднеспинки находилась в диапазоне 1,2–1,8 см над поверхностью стеклянной пластинки, что соответствует нормальной позе при ходьбе для животных разного размера. Стеклянную пластину готовили с несколькими каплями прозрачного масла для микротома (Lipshaw, Детройт, Мичиган, США), равномерно распределенных по рабочей зоне.

Рисунок 1.Экспериментальная установка.

(A) Конфигурация записи. Таракан был приклеен к гибкой веревке и шел по пластине из промасленного стекла. Одна камера находилась немного впереди животного, а другая просматривала его брюшную поверхность через зеркало. (B) Вид снизу таракана, Blaberus discoidalis , тело окрашено в черный цвет для контраста. Цветные точки на ножках обозначают точки, которые были отмечены и затем отслежены нашим программным обеспечением. Черные стрелки справа указывают систему координат, используемую в этом анализе, при этом ось z продолжается в страницу (заштрихованный куб добавлен для обозначения глубины).Показанные векторы x и y будут иметь длину примерно 1 см. (C) Детали оцифрованных точек и определения углов сочленения. (D) Редукция сустава вертел бедренной кости (TrF) приводит к опусканию стопы по направлению к субстрату. (E) сустав грудной клетки и тазобедренного сустава (ThC) имеет три степени свободы вращения в передней ноге; в средних и задних конечностях задействованы только первые две степени свободы.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g001

Захват видео и калибровка

Мы разместили две синхронизированные высокоскоростные цифровые видеокамеры (MotionScope, Redlake Imaging, Morgan Hill, CA, USA) под стеклянной пластиной, чтобы получить различные виды с брюшной стенки ходящего таракана (рис. 1B), освещенного инфракрасным светом. Изображения в градациях серого были получены с разрешением изображения 320 × 280 пикселей, что соответствует приблизительному реальному разрешению 30 пикселей · см ^-1 . Видеокадры были получены со скоростью 500 кадров в секунду последовательностями по 8 секунд за раз (4096 кадров).Эти пары фильмов были сохранены на диск, и в последующем анализе использовались только испытания или части испытаний (минимум 5 с), в течение которых животное, казалось, выполняло движения конечностями, соответствующие прямой, прямой ходьбе с постоянной скоростью шага.

Поскольку точки на изображении с камеры являются двумерными, их глубина неоднозначна. Однако, если положение камеры известно, точки 2D-изображения становятся 3D-лучами, идущими от камеры в космос. Если доступно несколько точек обзора, трехмерное положение объекта можно вычислить с помощью триангуляции, потому что, если точки двухмерного изображения представляют один и тот же трехмерный объект, лучи камеры должны пересекаться.Расстояние между лучами в точке, где они подходят ближе всего к пересечению (ошибка триангуляции), может быть полезной мерой уверенности в соответствии этих двух точек изображения. Мы рассчитали положение наших камер с помощью алгоритма итеративной калибровки камеры [16], реализованного в программной библиотеке OpenCV с открытым исходным кодом (https://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/, версия 1.1), примененной к калибровочному приспособлению. известной геометрии. Одним из способов количественной оценки точности калибровки камеры является ретроспективное сравнение расположения пикселей точек на зажимном приспособлении с их ожидаемыми положениями, рассчитанными на основе калибровки камеры.Разница между фактическим положением изображения и оценкой называется ошибкой перепроецирования и в нашей системе составляет от 0,3 до 0,9 пикселя. Другой показатель ошибки — это ошибка ретриангуляции, которая использует пары местоположений 2D-пикселей с двух камер для оценки 3D-положений этих точек. Средняя разница между этими триангулированными положениями и известными трехмерными положениями точек калибровки составляла около 0,3 мм. Калибровочные изображения были получены после того, как стеклянная пластина была смазана маслом.Трехмерная триангуляция оптимальна, когда камеры ортогональны, но поскольку ноги таракана почти полностью находятся под его телом, мы были вынуждены расположить обе камеры под животным. Это привело к относительно большим ошибкам стерео реконструкции в размере z (вертикально по отношению к животному), чем в размерах x или y . Для любой заданной трехмерной точки в пределах нашего отслеживаемого объема перевод ее положения в координаты камеры (пиксели), округление и триангуляция соответствующих лучей давали перепроецированные ошибки координат x и y не более 0.15 мм и z — погрешности координат менее 0,3 мм.

Обработка изображений

Перед отслеживанием наше программное обеспечение обработало каждое видеоизображение, чтобы увеличить его отношение сигнал / шум (рис. 2). Сначала было рассчитано среднее фоновое изображение для всего фильма. 100 кадров, равномерно распределенных по всему фильму, были отфильтрованы с использованием фильтра Гаусса со стандартным отклонением около 5 пикселей, а среднее значение этих отфильтрованных кадров служило фоновым изображением. Каждый видеокадр был изменен путем вычитания этого фонового изображения и последующего применения медианного фильтра шириной около 5 пикселей.Эта последовательность обработки субъективно, казалось, дала самые чистые результаты в нашей настройке записи в том смысле, что белые окрашенные точки были сильно заметны, а большинство других функций изображения были затемнены. Точная ширина фильтров немного изменялась изо дня в день по мере изменения освещения. Как видно на рисунке 2, фильтрация несколько снижает точность, с которой можно оценить положение точек, но также повышает точность в этом случае, что приводит к меньшему количеству требуемых ручных корректировок (см. Ниже).Программное обеспечение позволяет пользователю легко выбирать желаемый уровень компромисса между точностью и точностью, регулируя настройки фильтра. Потеря точности из-за приведенных здесь настроек отражена в наших оценках погрешности (см. Ниже).

Отслеживание

Для точного извлечения трехмерных положений суставов ног животного на протяжении всей последовательности предварительно обработанных видеоизображений наше программное обеспечение использовало несколько дополнительных стратегий. Сначала пользователь определял исходное положение для каждого соединения в одном кадре.Автоматическое отслеживание (см. Ниже) продолжалось как вперед, так и назад по фильму от выбранного пользователем момента времени. Когда программа оценивала положения каждого сустава в каждый момент времени, пользователю разрешалось прокручивать фильм и просматривать результаты. Если кадр содержал очевидное несоответствие между положением точки участка и отслеживаемой оценкой этой точки, у пользователя была возможность обновить отслеживаемое положение. После того, как положения ног были переопределены пользователем в кадре, этот кадр использовался как еще одна точка инициализации, и оттуда автоматическое отслеживание снова работало вперед и назад во времени.Это обновление отслеживания никогда не распространялось более чем на половину ранее определенного пользователем кадра, чтобы избежать перезаписи позиций, которые уже были проверены. Для представленных здесь данных пользователь обычно обновлял одну или несколько точек на <3–5% кадров в каждом фильме, но мог легко аннотировать больше кадров, если требовалась большая точность.

Алгоритм автоматического отслеживания использовал известные (или ранее рассчитанные) положения суставов ног в одном кадре для определения соответствующих положений в следующем кадре.В этом процессе использовались привязь с пластиной, смазанной маслом, и известная трехмерная геометрия ног — в частности, то, что тело (и, следовательно, сустав грудной клетки и тазика или ThC) не меняет положения во время эксперимента, что длина ноги сегменты должны быть довольно постоянными во времени, и чтобы большее количество дистальных точек могло двигаться быстрее, чем более проксимальные точки. Зная это, мы отслеживали каждую ногу отдельно, начиная с точки ThC и работая дистально.

Мы использовали очень высокую частоту кадров, чтобы сделать лучшую априорную оценку положения точки в момент времени t такой же, как ее известное положение в момент времени t -1 (или t +1).Поэтому программа искала каждую точку в трехмерном эллипсоиде с центром в последней известной позиции этой точки (рис. 3). Этот эллипсоид на самом деле был сплюснутой сферой с круглым поперечным сечением вдоль одной оси. Эллипсоид вращали так, чтобы его короткая ось совпадала с осью сегмента ноги, вдоль которого проводился текущий поиск. Этот сегмент простирался от уже оцененного положения следующей ближайшей точки до последнего известного положения текущей точки.Укороченная ось эллипсоида отражает тот факт, что длина сегмента ноги вряд ли увеличится или уменьшится, в то время как круговая область поиска вне оси предполагает полное отсутствие знаний о возможном вращении сустава ноги проксимальнее текущей точки. . Более идеальным объемом поиска было бы что-то вроде кусочка, вырезанного из полой сферы, но упрощение эллипсоида более геометрически поддается обработке. Длины осей эллипсоида были определяемой пользователем переменной и экспоненциально масштабировались с увеличением расстояния вдоль ноги.Этот коэффициент масштабирования также определялся пользователем, но короткая ось эллипсоида всегда имела половину длины длинной оси. Для сочленения ThC эллипсоид был просто небольшой сферой, поскольку движения не ожидалось.

Рисунок 3. Алгоритм выделения точки.

(A) Из видеоизображений вычтен средний фон, а затем они фильтруются, чтобы усилить и локализовать белые точки, нарисованные на ногах таракана. Цветные линии аппроксимируют области, показанные более подробно на панели B, хотя и на разных изображениях.(B) Переходя от проксимальных к дистальным точкам на каждой ноге, трехмерный эллипсоид определяется на основе последнего известного положения каждой точки с его короткой осью вдоль линии между этой точкой и следующей ближайшей точкой на той же ноге. . Этот эллипсоид проецируется на изображение с камеры, и взвешенный по интенсивности центроид пикселей в результирующем эллипсе определяет новую оценку 2D-положения этой точки. Синие линии — оси эллипсоида. Розовые эллипсы — это двумерные проекции соответствующих эллипсоидов, ограничивающих область поиска, а красные крестики — это центроиды эллипсов.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g003

Затем трехмерный эллипсоид проецировался на плоскость изображения каждой камеры, служа двухмерной эллиптической областью поиска в соответствующих кадрах фильма. Поскольку интересующие точки белые на темном фоне, новое 2D-положение было легко оценено как взвешенный по яркости центроид пикселей внутри эллипса, рассчитанный по первым центральным моментам изображения. Два 2D-положения были триангулированы для вычисления нового 3D-положения для точки ноги.Если яркость пикселя центроида в одном изображении была меньше половины средней яркости изображения, создавался новый трехмерный эллипсоид с большим радиусом только для этого вида камеры. Если новый центроид все еще был слишком тусклым, или ошибка триангуляции была выше определенного пользователем порога, или новое трехмерное положение привело к изменению длины сегмента ноги более чем на другой пороговый коэффициент, тогда предполагалось, что точка потеряна (возможно, окклюзия). В этом случае точка ноги была возвращена к ее последнему известному трехмерному местоположению.

Никаких дополнительных предположений о поведенческих моделях движений ног не делалось. Некоторые из таких ограничений могут быть потенциально ценными в качестве инструментов для более эффективного отслеживания (например, относительное положение суставов во время шага по сравнению с положением, оси вращения суставов, общий временной паттерн движения вперед-назад или корреляция между ногами) . Однако мы решили не использовать эти источники информации, чтобы не согласовывать наши данные с нашими предположениями, некоторые из которых еще предстоит проверить в явном виде.Мы количественно оценили надежность нашего метода отслеживания, вручную оцифровав одно 8-секундное испытание или 106 496 трехмерных позиций. Ошибка усреднения нашего программного обеспечения относительно человеческого «золотого стандарта» обычно составляла менее 1 мм, за исключением точек TiTa на передних лапах, которые были немного хуже (рис. 4). Это привело к ошибкам в углах суставов 2–4 °, за исключением несколько больших ошибок для суставов FTi передних ног, вызванных ошибками отслеживания TiTa. В целом, это кажется разумным компромиссом для оцифровки каждого фильма в часах, а не в днях, и имеет тот же порядок, что и предыдущие подходы [17].

Рис. 4. Наш процесс оцифровки с участием пользователя дает результаты с точностью, сравнимой с ручной оцифровкой.

(A) Каждая цветная полоса указывает среднее и стандартное отклонение трехмерного евклидова расстояния от точки, оцифрованной вручную, до той же точки, извлеченной нашим программным обеспечением, для одного пешего боя (4096 кадров). Цветные точки на масштабных чертежах опор имеют радиус, примерно соответствующий средней позиционной ошибке. (B) Каждая полоса показывает среднее значение и стандартное отклонение абсолютной ошибки угла сустава.Ошибки угла сустава были распределены логарифмически нормально.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g004

Обработка 3D данных

После того, как все трехмерные точки были извлечены и подтверждены пользователем, для этих точек потребовался поворот из переменной системы координат, определенной калибровочным приспособлением, в общую систему отсчета. Мы определили нашу систему координат так, что ось x была направлена ​​в сторону головы животного, ось y была слева, а ось z продолжалась вверх от подложки, с началом координат вблизи геометрического центра. всех точек данных (рис.5). Для каждого фильма сначала была определена ориентация оси z в предположении, что среднее значение всех точек большеберцовой кости и предплюсны (TiTa) было на земле (то есть при z = 0). Поэтому мы вычислили вектор нормали к плоскости xy как среднее из перекрестных произведений нескольких векторов направления от ноги к ноге и определили этот вектор как ось z . В частности, если l ₁ .. l ₆ являются средними значениями необработанных точек TiTa для участков с 1 по 6 (где 1 — правая передняя сторона, а 2 — левая передняя сторона), то z -ось была определена как нормализованная, так что значение z каждого перекрестного произведения имело один и тот же знак.Во-вторых, длинная ось тела оценивалась как наиболее подходящая линия через три точки: среднее всех положений точек тазобедренного сустава (CTr) на обеих средних ногах, среднее значение точек CTr на обеих задних конечностях и среднее точек ThC на обеих передних ногах. Мы вращали новую систему координат вокруг оси z до тех пор, пока ось x не стала параллельна этой оси тела, при этом соединения ThC передних ног имели большее значение x , чем задние. Наконец, система координат была сдвинута по оси y на среднее значение y средней точки CTr для каждого участка.Эти преобразования оставили трехмерные данные для каждого фильма в сопоставимой системе координат для дальнейшего анализа. На рисунках 5–6 показаны трехмерные позиции, извлеченные из одного фильма, повернутые в этот опорный кадр и нанесенные либо в пространстве, либо во времени. Явные выбросы на этих графиках представляют собой ошибки отслеживания, не исправленные пользователем на этом уровне детализации. Больше времени, потраченного пользователем, безусловно, приведет к снижению количества и количества ошибок, но с уменьшением отдачи от вложенного времени.Данные, представленные здесь, соответствуют компромиссу, который мы сочли приемлемым для нашего анализа, и привели к частоте ошибок, показанной на рисунке 4.

Рис. 5. Необработанные трехмерные позиции отслеживаемых точек за один 8-секундный период ходьбы.

(A) Вид снизу. (B) Вид справа от животного, немного выше субстрата. На обеих панелях красные точки указывают положение большеберцовой кости и предплюсны (TiTa); синие точки: бедро-большеберцовый сустав (FTi); зеленый: тазобедренный сустав (CTr); оранжевый: соединение ThC; а фиолетовые точки — это дополнительные точки, размещенные на тазиках передних ног, чтобы помочь определить их вращение.Сегменты черной, оливковой и желтой линий соединяют точки каждого отрезка, как они появляются в выбранных синхронных видеокадрах. Во время этого испытания таракан, по-видимому, не шел точно прямо вперед, на что наиболее очевидным образом указывает асимметрия влево-вправо в положениях TiTa передних ног.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g005

Рис. 6. Временной ряд положений ног во время одного боя, показанный на Рис. 5 .

Черные линии показывают положение точек x (вперед-назад); красный: y (право-лево) позиции; синий: z (вверх-вниз) позиции для (A) точки TiTa, (B) точки FTi и (C) точки CTr.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g006

Углы суставов бедренно-большеберцовой кости (FTi) и CTr были рассчитаны с использованием триплетов соседних точек, в частности триплета TiTa-FTi-CTr и Триплет FTi-CTr-ThC соответственно. Измерение углов суставов вертел бедренной кости (TrF) и ThC оказалось не таким простым делом. Сустав TrF, по-видимому, закреплен на передних конечностях B. discoidalis , но для средних и задних конечностей угол TrF мы оценили как угол между плоскостями, определяемыми точками TiTa-FTi-CTr и FTi- Точки CTr-ThC (рис.7). Средняя и задняя лапы обычно двумерны, за исключением случаев, когда сустав TrF активно вращает (уменьшает) бедро относительно тазика и вертела.

Рисунок 7. Измерение и действие сустава TrF.

(A) Для одного шага правой средней ногой движение ноги изображается в 3D в виде фигурки. Сегменты и плоскости ног окрашены, как на вставке (вверху слева). Плоскость, образованная точками ThC-CTr-FTi, синяя, а плоскость, образованная точками CTr-FTi-TiTa, красная.Угол TrF определяется как угол между этими двумя плоскостями. Черные кресты показывают проекцию точек CTr, FTi и TiTa на плоскость заземления, с вертикальной черной линией, соединяющей каждый крест с соответствующим стыком. Черные стрелки указывают на голову животного. (B) Углы суставов FTi, TrF и CTr на одном шаге, изображенные на панели A. 9 цветных точек соответствуют 9 фигуркам палочек на A. (C) Высокоскоростное видео одного шага таракана, идущего по воздушный шар из пенополистирола.Боковые края большеберцовой кости и тазика были окрашены белой краской для увеличения контраста и наложены здесь красными и синими линиями соответственно. 4 видеокадра были выбраны для аппроксимации фаз шага, показанных соответствующими пронумерованными точками на панелях A и B. Красные и синие линии параллельны в двух верхних кадрах и повернуты в двух нижних кадрах. Это вращение соответствует сокращению в суставе TrF.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g007

Суставы ThC задних и средних ног имеют две степени свободы, анатомически называемые приведением / отведением и продвижением / удалением, хотя из-за положения конечностей движение продвижения / удаления можно рассматривать как депрессию / подъем. Угол продвижения / удаления, называемый здесь ThC ₁ , был рассчитан как угол в плоскости xz сегмента CTr-ThC относительно вертикальной линии ( z ), проходящей через точку ThC. Угол приведения / отведения (ThC ₂ ) представлял собой угол сегмента CTr-ThC, повернутого ThC ₁ и спроецированного на плоскость yz относительно вертикальной линии, проходящей через точку ThC.Сустав ThC передних ног также имеет третью степень свободы (ThC ₃ ): вращение вокруг своей длинной оси. Дополнительная точка была оцифрована на полпути вдоль тазика, чтобы определить плоскость тазика. Величина вращения ThC ₃ была аппроксимирована путем взятия плоскости, параллельной плоскости yz , которая определяет ThC ₃ = 0, если ThC ₂ = 0 и ThC ₁ = 0, и вращая эту плоскость сначала ThC ₁ , а затем ThC ₂ , в соответствии с кинематическим порядком этих суставов.Пересечение этой повернутой плоскости с плоскостью тазика было длинной осью тазика. Ориентация коксальной плоскости относительно повернутой плоскости определяется ThC ₃ . Математически, если определяется как трехмерный вектор координат точки CTr (и т. Д.), Эта кинематическая цепочка формализуется как где v ₁ .. v ₆ — переменные, определенные для удобства.

Время шага

Сначала мы оценили частоту шага для каждого отрезка как пик в дискретном преобразовании Фурье данных временного ряда для координаты x точки TiTa ( i.е. , частота, с которой ступня двигалась вперед и назад). Среднее значение пиковых частот для каждой ноги было выбрано в качестве начальной оценочной частоты f для всего испытания (фиг. 8A). Затем мы применили к данным каждой ноги с координатами x фильтр Баттерворта четвертого порядка с нулевой задержкой и отсечкой нижних частот на 2 f , используя эти отфильтрованные данные для оценки производной методом центральной разности. Время, в которое производная меняет знак, дает начальные оценки того, когда нога переключается с движения вперед на движение назад или наоборот.Затем мы использовали один из двух алгоритмов, чтобы найти точное время перехода шага на основе этих оценок.

Рис. 8. Параметры, используемые для расчета времени шага.

(A) Спектры мощности Фурье в положениях ног x для той же ходьбы, показанной на рис. 5. Зеленый: необработанная амплитуда; черный: отфильтрованная амплитуда. Пиковая частота на черных кривых — это начальная оценка скорости шага каждой ногой. (B) Гистограммы положений z большеберцовых и предплюсневых суставов ног во время одного и того же боя.Каждая гистограмма соответствует двухкомпонентной модели гауссовой смеси (цветные трассы), при этом среднее значение и дисперсия кластера с меньшим значением (розовый) используются для определения того, касалась ли ножка подложки. (C, E, G) Спектры мощности для других испытаний, каждое с разной средней скоростью шага (обратите внимание на разные частоты пиковой мощности). На панелях E и G показаны только средние ноги. (Г, Ж, В) Z -гистограммы для тех же схваток.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g008

Сначала мы вычислили переходы шага с использованием одномерных AEP и PEP в течение короткого временного окна (ширина 1/4 f с, обычно 25–125 мс) вокруг оценок, вычисленных из x производная координаты. Затем мы провели второе дополнительное измерение переходов шага, включая координаты z точек TiTa (то есть их высоту над подложкой). Для этого мы грубо сгруппировали значения координаты z в интервалы «качели» и «стойки» путем подгонки модели смеси Гаусса к распределению значений z с использованием алгоритма k -средних (рис.8Б). Среднее значение (μ) и стандартное отклонение (σ) кластера с меньшим значением z использовались для представления значений, которые имели место в основном во время стойки, когда ступня касалась стеклянной пластины. Эти значения не одинаковы для каждой ноги из-за несоответствия в размещении нарисованных точек и небольших неточностей в преобразовании координат. Кроме того, гистограммы, кажется, не полностью описываются двумя гауссианами, но этих соответствий обычно было достаточно, чтобы различить контакт с землей.В том же временном окне (1/4 f с) вокруг производных оценок x мы переопределили начало качания как самое раннее время, в которое значение z превысило μ + σ и начало колебания. Это самый последний раз, когда значение z упало ниже μ + 2σ. Показатели AEP / PEP и z -value дают схожее, но немного различающееся время для каждого шага (рис.9), что не из-за неточности, а потому, что ноги действительно начинают движение назад, прежде чем они коснутся земли. в начале стойки и продолжайте движение назад даже после того, как они оторвались от земли в начале замаха [2].

Рисунок 9. Расчет времени шага.

(A) Увеличенный вид участка ходьбы, показанного на рис. 5. Хотя это не очевидно, положения точек TiTa x -, y — и z — черный, красный и синий соответственно) отображаются здесь точками, а не линиями, чтобы продемонстрировать дискретность, обусловленную захватом цифрового видео. Разрывы обычно возникают при пересечении прямого и обратного отслеживания (см. Методы).Серые прямоугольники обозначают фазы стойки каждой ноги в соответствии с координатой z ноги. Пунктирные зеленые прямоугольники показывают, как изменяется расчет фазы опоры, когда переднее и заднее крайние положения стопы (AEP и PEP, соответственно) используются для определения времени шага.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g009

Пользовательский интерфейс

Поскольку наибольший вклад в этот метод вносит программный интерфейс для отслеживания, мы приложили все усилия, чтобы сделать графический интерфейс пользователя максимально удобным для пользователя.Это полностью открытый исходный код, в отличие от программных инструментов MATLAB, и платформенно-независимый, встроенный в Python с использованием библиотеки WxWidgets. Главное окно очень маленькое, состоит только из кнопки «Играть» с регуляторами скорости и ряда меню. После загрузки фильма открывается дополнительное большое окно для каждой камеры. Пользователь выбирает «Инициализировать отслеживание» в меню «Трек», а затем проходит процесс калибровки камеры и выбирает начальные точки в видео, щелкая по ним.Отслеживающая обратная связь всегда обеспечивается изменением размера отображаемых точек. Большие точки указывают на большие ошибки в отслеживании, обычно в результате блуждания отслеживаемой точки отдельно в двух обзорах камеры. Точки выбираются щелчком по ним и удаляются двойным щелчком или горячей клавишей. Другой щелчок мыши заменяет точку, а контекстное меню (щелчок правой кнопкой мыши) позволяет выполнять другие действия, включая «Отменить». После перемещения точки, если пользователь пытается изменить кадры на другое время в фильме, он / она сначала вынужден «Обновить отслеживание», что происходит, как описано выше.Каждое обновление отслеживания автоматически сохраняет данные аннотации. Пользователь также имеет возможность просмотреть, был ли текущий кадр ранее изменен пользователем, и как далеко в каждом временном направлении находится ближайший определяемый пользователем кадр. Параметры калибровки, отображения и отслеживания устанавливаются с помощью всплывающего окна «Настройки», которое организовано с помощью вкладок и содержит все многочисленные переменные, изменяемые пользователем. Пользователь может выбрать просмотр необработанного, отфильтрованного или аннотированного видео или самих фоновых изображений, а изменение фона или настроек фильтрации немедленно обновляет отображаемые изображения.Все трудоемкие операции включают индикатор выполнения, указывающий приблизительное время до завершения. Окончательные данные, включая все преобразования, описанные выше, за исключением расчета шага, выполняются автоматически при экспорте. Данные положения экспортируются в формат MATLAB и могут быть дополнительно проанализированы с использованием набора инструментов, предоставленного на этом языке.

Результаты

Чтобы изучить преимущества нашей системы слежения, мы проанализировали высокоскоростное видео с привязанными идущими тараканами, чтобы извлечь трехмерные модели движения ног одновременно во всех суставах всех шести ног на протяжении многих шагов (рис.6). Эти данные были собраны в «циклах» ходьбы, каждый из которых варьировался от 5 до 8 секунд непрерывной ходьбы вперед с постоянной скоростью. Максимальная продолжительность одного боя 8 секунд была ограничена оборудованием для видеозаписи. Мы обнаружили, что трехмерные модели движения суставов важны для понимания моделей управления в этих ногах с высокой степенью свободы, особенно там, где несколько суставов могут производить аналогичные движения стоп. Кроме того, мы подробно показываем, что разграничение шагов крайним передним / задним положением стопы (AEP / PEP, соответственно) или контактом с землей дает разные результаты, хотя оба они важны для понимания контроля цикла шагания.

Кинематика шарнира

Важно не упускать из виду тот факт, что нервная система насекомого, вероятно, измеряет или контролирует не трехмерные координаты конечных точек ног, а скорее напряжение мышц, скелетные напряжения и углы суставов. Вычисление прямой кинематики могло бы позволить животному вычислять трехмерные позиции на основе этих переменных, но трехмерные координаты не являются немедленно доступными сенсорными сигналами и поэтому, вероятно, не являются контролируемыми параметрами для большинства типов поведения.Мы использовали данные о положении ног для расчета трехмерных углов для каждого сустава ног, кроме сустава TiTa (рис. 10). Что касается средних и задних конечностей, большая часть действий, ответственных за движение стопы по циклу движения, происходит от бедренно-большеберцовых (FTi) и тазобедренных (CTr) суставов [18]. Бегущие тараканы держат ноги под острым углом к ​​субстрату, направленными назад вдоль тела и почти параллельно брюшку. Бедренная кость и большеберцовая кость в основном копланарны с тазиком, поэтому суставы FTi и CTr перемещают ногу в основном вперед и назад, но также отрывают ступню от земли, выдвигая ее вперед.Чтобы коснуться основы в крайнем переднем положении ноги (в конце фазы качания), ногу нужно повернуть. Это вращение можно выполнять вокруг сустава грудная клетка и тазобедренный сустав (ThC), но наши данные показывают, что для средних и задних конечностей точка CTr (и, следовательно, сустав ThC) очень мало перемещается во время ходьбы вперед (рис. 6,10). . Крайний угол тазика означает, что небольшое движение промотора / ремотора будет перемещать стопу лишь немного вперед и назад (примерно на величину синуса хода сустава ThC).Однако сустав между вертелом и бедренной костью, хотя и слитый у насекомых с более вертикальной позой, таких как палочники и прямокрылые, срабатывает у тараканов и, как было показано, способствует движению лазания [19], [20]. Рис. 10 показывает, что при нормальной ходьбе суставы TrF очень важны для движений средних и задних конечностей, но не так важны для передних конечностей. Однако передние ноги имеют дополнительную степень свободы для вращения вокруг сустава ThC, а суставы ThC в целом гораздо более активны, чем в двух других парах ног.Таким образом, вращение ноги выполняется суставом ThC для передних ног, но суставами TrF для средних и задних конечностей. Это различие, хотя и потенциально критическое для разделения механизмов контроля в ногах, могло бы быть потеряно, если бы отдельные ноги или суставы изучались только изолированно или вместе, но в 2D, и ни одно из предыдущих исследований не рассматривало этот вопрос.

Рис. 10. Углы суставов, рассчитанные из трехмерных положений суставов во время части той же прогулки, показанной на Рис.5 .

Как и на рис. 8, цветные точки представляют собой последовательные кадры отслеживаемого видео. Серые прямоугольники указывают фазу стойки каждого шага, определяемую с помощью положения z точки TiTa. Угол соединения FTi (синий) оценивался с использованием точек CTr, FTi и TiTa. Угол сустава TrF (розовый) оценивался с использованием плоскости CTr-FTi-TiTa и плоскости коксальной кости. Угол CTr (черный) оценивался с использованием точек ThC, CTr и FTi. Угол тазика в плоскости xz с центром в позиции ThC был использован для определения движения в первой степени свободы (продвижение / удаление) сустава ThC (ThC ₁ , зеленый) и наклона. тазика от плоскости xy определило его движение во второй степени свободы ThC сустава (ThC ₂ , оранжевый).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g010

Параметры шага

Хотя трехмерные позиции, которые мы собрали из нескольких точек на ноге, дали нам много дополнительных аспектов координации для анализа, мы решили остановиться здесь только на переходах между махом и стойкой для сравнения с предыдущими работами. Мы использовали два метода для кинематического определения периодов качания и стойки, которые обычно определяются тем, касается ли нога поверхности.Во-первых, мы аппроксимировали переходы между махом и стойкой, используя заднее и переднее крайние положения соответственно (PEP и AEP) большеберцовых и предплюсневых суставов (TiTa) на каждой ноге. Во-вторых, мы использовали распределение значений z точек TiTa (их высота над подложкой), чтобы оценить, когда нога поднялась или коснулась. Эти значения дали немного разное время для каждого шага (рис. 11), и мы нанесли оба графика, потому что неясно, что более верно для циклических взаимодействий между мышечными сокращениями и опорными силами, которые физиологически определяют шаги.Мы могли бы легко провести это сравнение, используя наши 3D-данные, — преимущество, которого не хватало в предыдущих исследованиях. Большинство более ранних исследователей измеряли шаги, используя только разведение и втягивание ног (AEP и PEP), предположительно потому, что большинство кинематических исследований было выполнено в двух измерениях или с использованием элементарного трехмерного анализа [1], [7], [8], [9]. Другие исследования, использующие силы реакции земли, измеренные на силовой платформе, или другие физические измерения, вероятно, были бы более сопоставимы с нашей мерой шага z [21], [22], что дало бы нам новую возможность навести мост между ними. условия эксперимента.

Рис. 11. Рабочий цикл ступней меняется в зависимости от скорости ходьбы.

(A) Двухмерная гистограмма рабочего цикла для каждого шага в зависимости от продолжительности этого шага. Более теплые цвета указывают на большее количество шагов в данной корзине (всего 763 шага из 25 подходов 8 животных). Рабочий цикл указывает долю каждого шага, в течение которого ступня находилась на земле, и обычно уменьшается с увеличением скорости (или уменьшением периода). Здесь фаза опоры рассчитывалась с помощью AEP и PEP, как и для зеленых прямоугольников на рис.8. (B) Рабочий цикл, объединенный испытанием. Каждый ромб представляет собой среднее значение и s.e.m. как периода шага, так и рабочего цикла для одного этапа ходьбы. (C) Те же данные, что и на панели A, но с фазой стойки, определяемой значениями z точек TiTa, как для серых прямоугольников на рис. 8. (D) То же, что и панель B, но с использованием значений z чтобы обозначить шаги.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013617.g011

Мы обнаружили, что рабочий цикл, доля каждого шага, затрачиваемого на фазу стойки, имеет тенденцию уменьшаться с увеличением частоты шагов, хотя, возможно, не постоянно ( Инжир.11). На промасленной пластине ноги могут шагать с разной скоростью, если они не синхронизированы по центру. Тем не менее, средняя продолжительность шага каждой ноги была сопоставимой в течение каждого периода ходьбы, за исключением самых медленных скоростей, при которых задние лапы становились медленнее и более изменчивы в своих схемах шагов, чем другие ноги. Ромбовидные символы на рис. 10B, D представляют среднее значение и стандартное отклонение. продолжительности шага и рабочего цикла в каждой ходьбе (всего 24 подхода от 8 животных).Когда шаги были ограничены AEP и PEP, фазы поворота начинались позже, а фазы стойки — раньше, что приводило к большему рабочему циклу по сравнению с шагами, определяемыми значениями z . Различия во времени начала движения и установки стойки между каждым из методов расчета шага были экспоненциально распределены со средней разницей в 10-15 мс или 0,05-0,08 единиц фазы в продолжительности стойки (данные не показаны). Общие различия в периоде шага между каждым методом соответствовали симметричному экспоненциальному распределению со средним значением 0.Это различие может быть важным для будущих исследований координации ног у тараканов, широко изучаемых животных для управления движением.

Скорость и точность

Наиболее распространенный метод оцифровки видеоданных заключается в том, что пользователь-человек вручную выбирает точки интереса в каждом обзоре камеры, в каждом кадре, возможно, с некоторой интерполяцией или простым двухмерным отслеживанием, чтобы уменьшить количество кадров, которые пользователь должен проанализировать. Мы количественно оценили надежность нашего метода отслеживания, вручную оцифровав один 8-секундный фильм или 106 496 трехмерных позиций.Эта задача потребовала 25 человеко-часов работы по принципу «укажи и щелкни» даже при использовании 2D-интерполяции для уменьшения количества анализируемых кадров на 75%. Напротив, использование нашего программного пакета для извлечения этих позиций заняло около 12 часов компьютерного времени, но всего около 3 человеко-часов труда. Таким образом, бесконечно быстрый компьютер снизил бы общий труд до 3 часов на фильм, но машина, использованная для этого исследования, оставила пользователю дополнительные ~ 9 часов номинально неиспользованного времени. Процессор был на низком уровне, на современном настольном компьютере, 64-битном Intel Core 2 Duo 4300 с тактовой частотой 1.8 ГГц по шине 200 МГц с кеш-памятью 2 МБ и 4 ГБ памяти с тактовой частотой 533 МГц. Из-за параллелизируемого характера нашего алгоритма, работая вперед и назад по времени фильма одновременно на каждом из двух ядер ЦП машины, наши измеренные 12 часов обработки фактически представляют собой примерно 24 часа процессорного времени.

Средняя ошибка отслеживания нашего программного обеспечения относительно человеческого «золотого стандарта» обычно составляла менее 1 мм, за исключением точек TiTa на передних лапах, которые были немного хуже (Рис.4). Отчасти эта ошибка может быть связана с относительно низким разрешением наших видеоизображений (3 пикселя мм ^-1 ). Теоретически этот эффект можно количественно оценить путем многократного оцифровывания одной и той же последовательности вручную и вычисления дисперсии положений точек во всех повторениях. Сравнение этой точности ручного отслеживания с ошибкой отслеживания нашего программного обеспечения может показать, что ошибка оцифровки фактически ограничена камерами, а не нашей программой отслеживания. Хотя такой анализ потенциально полезен, он неосуществим по практическим причинам, учитывая количество труда, необходимое для ручной оцифровки видео.

Обсуждение

Многие параметры ходьбы насекомых остались не проанализированы предыдущими исследователями из-за трудностей со сбором больших наборов кинематических данных, необходимых для разгадки сложной механики этих систем с чрезмерным вытеснением. Ранние исследования в значительной степени ограничивались описанием роли различных мышц и сенсоров в движении по отношению к фазам замаха и стойки шагового цикла [8], [23], [24], [25], [26], [27] ], [28], а не непосредственно в суставы.Даже в недавнем большом расширении знаний о взаимосвязях между органами чувств и двигательными нейронами и мышцами (см. Обзор [29]) все еще отсутствует критический компонент кинематики суставов, позволяющий замкнуть петлю обратной связи. Другими словами, мы начинаем понимать, как сенсорные события влияют на двигательные нейроны во время ходьбы, но мы почти не имеем представления о нормальных способах, которыми мышечные сокращения вызывают движение и дальнейшую сенсорную обратную связь. Даже проводимые исследования обычно ограничивались одной ногой за раз и, в частности, избегали сложности многоплоскостных движений передних ног таракана [2], [30], [31].

Наша новая методика позволила нам использовать статистические данные, описывая множество последовательных шагов у одних и тех же животных. Более того, выполняя этот анализ в трех измерениях, в идеале в сочетании с электромиографическими записями, теперь мы можем пролить свет на то, как мышцы и суставы действуют, чтобы контролировать положение стопы и производство силы. Без этих данных роль нервной системы во время передвижения может быть описана только абстрактно. Важно отметить, что мы также можем сравнивать движения передних, средних и задних ног одновременно, поскольку измененный паттерн движения одной ноги, изученный изолированно, может свидетельствовать или не свидетельствовать о глобальных изменениях.Высокое пространственно-временное разрешение позволяет нам количественно оценить тонкие изменения в движении суставов, которые в конечном итоге будут коррелированы с нейронными записями в этом препарате [30], [32], [33].

Вертел-бедренный сустав

Действие сустава вертела бедра (TrF) не принималось во внимание при изучении передвижения насекомых, частично потому, что хорошо изученные препараты, такие как саранча и палочник, имеют сращенный TrF сустав, а частично потому, что вертел очень маленький и трудно наблюдать.Впервые наше программное обеспечение позволило детально проанализировать его использование при ходьбе вперед. У таракана сустав TrF вращается вдоль оси, параллельной плоскости тазика, но эта ось наклонена по отношению к бедренной кости примерно на 45 °, так что его дорсальный конец почти касается сустава CTr, в то время как его вентральный конец смещен латерально. вдоль бедренной кости (см. рис. 1А). Есть только одна мышца, активирующая TrF-сустав, редуктор бедра [19], [34], который притягивает бедренную кость дорсально по направлению к телу.В наиболее распространенных позах стоя и ходьбы это движение действует как супинация, отклоняя предплюсну вентрально к субстрату [20]. Наши данные предполагают, что эта мышца, вероятно, будет сильно активирована в начале фазы стойки, когда ступня достигает своего крайнего переднего положения. Предположительно, редуктор бедра поэтому предварительно напрягается, когда ступня касается стопы, и затем он может действовать как стойка или кардан, чтобы уменьшить подпрыгивание, когда вес тела смещается вперед по ноге [35].Вскоре после окончания стойки сустав TrF возвращается в состояние покоя, предположительно из-за расслабления редуктора бедра. Это действие поднимет большеберцовую кость от земли, чтобы начать качание. Действительно, видео, просматриваемое сбоку во время ходьбы, показывает это вращение большеберцовой кости даже при отсутствии вращения в тазике (рис. 7). Как отмечалось выше, единственный способ поднять большеберцовую кость без ротации тазобедренного сустава — это действие сустава TrF.

Эти совместные движения не оценивались ранее во время ходьбы вперед, поскольку предыдущим исследователям не хватало разрешения, чтобы отличить TrF от движения ThC на многих шагах.Интересно, что передние ноги Blaberus discoidalis не используют сустав TrF. Вместо этого они используют третью степень свободы в суставе ThC, позволяя тазику вращаться вокруг своей длинной оси и тем самым перемещая предплюсну по дуге в плоскости земли (рис. 10). Это различие требует дальнейшего изучения — например, являются ли мышцы, приводящие в действие эти суставы, гомологичными, или разные мышцы принимают на себя схожие функциональные роли? Каковы последствия для эволюции более ранних тараканов, таких как Periplaneta americana , у которых передние лапы по форме больше напоминают средние и задние лапы? Чем отличается местный контроль в сегментарных грудных ганглиях, чтобы приспособиться к этим различным, но одновременно происходящим действиям?

Программное обеспечение для отслеживания

Анализ движения с использованием высокоскоростного видео — почти всегда утомительная и трудоемкая задача.Хуже того, это часто субъективно. Наиболее часто используемый метод оцифровки видеоданных заключается в том, что пользователь-человек вручную выбирает точки интереса в каждом кадре в каждом обзоре камеры. Хотя оцифровка человеком немного более точна, представленный здесь «гибридный» алгоритм представляет собой компромисс между объективностью и точностью и представляет собой первый шаг к полностью автоматизированному отслеживанию в будущем. Например, как только оси вращения сустава и диапазон движения могут быть определены в широком диапазоне поведений, их можно использовать для дальнейшего ограничения трехмерного поиска более дистальных точек ног.Даже до этого потенциально можно было бы использовать фильтрацию частиц и вероятностные сборки, такие как имитация отжига, особенно если закон Мура о вычислительной мощности продолжит удешевлять циклы ЦП. Тренировочных данных для более сложных моделей пока нет, кроме палочника и саранчи, но они могут стать доступными для любого насекомого с помощью таких методов, как наш.

Отслеживание ног насекомых — это в лучшем случае специализированная ниша на рынке захвата движения, и коммерческие технологии будут медленно применяться.Например, оценка позы человека чрезвычайно хорошо изучена [36], [37], но только частично передается насекомым из-за тесного рабочего пространства, что приводит к частым окклюзиям конечностей и из-за множества избыточных степеней свободы в ноге насекомого. . Отслеживание ноги таракана примерно эквивалентно отслеживанию суставов рук человека через кончики пальцев, если у человека было шесть рук и не было ног. Масштабирование также становится проблемой, поскольку физический размер ноги насекомого ограничивает типы и относительные размеры маркеров, которые можно использовать.

В настоящий момент представленная здесь частота ошибок кажется разумной платой за полное извлечение 212 992 отдельных двумерных точек за часы, а не за дни. Эта программа и ее графический пользовательский интерфейс были написаны с использованием инструментов с открытым исходным кодом на языке Python и бесплатно доступны по запросу. Мы поощряем совместные улучшения, которые принесут большую пользу исследованиям поведения животных и смежным областям в ближайшие годы.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: JAB EMS RR.Проведены эксперименты: JAB EMS. Проанализированы данные: JAB EMS. Написал бумагу: JAB RR.

Ссылки

1. 1. Най С.В., Ритцманн Р.Э. (1992) Анализ движения суставов ног, связанных с поворотами таракана, Periplaneta americana. J Comp Physiol A 171: 183–194.
2. 2. Watson JT, Ritzmann RE (1997) Кинематика ног и мышечная активность во время бега на беговой дорожке у таракана, Blaberus discoidalis: I. Медленный бег. J Comp Physiol A 182: 11–22.
3. 3. Фрай С.Н., Саяман Р., Дикинсон М.Х. (2005) Аэродинамика парящего полета у дрозофилы. J Exp Biol 208: 2303–18.
4. 4. Крупчински П., Шустер С. (2008) Рыба-ловец фруктов настраивает свой быстрый старт, чтобы компенсировать дрейф. Curr Biol 18: 1961–1965.
5. 5. Card G, Dickinson MH (2008) Визуально опосредованное двигательное планирование в реакции бегства дрозофилы. Curr Biol 18: 1300–1307.
6. 6. Фрай С.Н., Мюллер П., Стро А.Д., Бауманн Х., Бихсел М. и др.(2004) Контекстно-зависимая презентация стимулов свободно движущимся животным в 3D. J Neurosci Meth 135: 149–57.
7. 7. Хьюз Г.М. (1952) Координация движений насекомых: I. Ходячие движения насекомых. J Exp Biol 29: 267–285.
8. 8. Delcomyn F (1971) Передвижение таракана Periplaneta americana. J Exp Biol 54: 443–452.
9. 9. Spirito CP, Mushrush DL (1979) Межконечная координация при медленной ходьбе у таракана: I.Последствия переделки субстрата. J Exp Biol 78: 233–243.
10. 10. Лоран Г., Ричард Д. (1986) Организация и роль во время движения проксимальной мускулатуры передней ноги сверчка. II. Электромиографическая активность во время шаговых паттернов. J Exp Biol 123: 285–306.
11. 11. Баден Т., Хедвиг Б. (2008) Движения передних ног и мотонейроны большеберцовой кости, лежащие в основе слухового управления у сверчка (Gryllus bimaculatus deGeer). J Exp Biol 211: 2123–33.
12. 12.Harley CM, English BA, Ritzmann RE (2009) Характеристика поведения при преодолении препятствий у таракана, Blaberus discoidalis. J Exp Biol 212: 1463–1476.
13. 13. Розано Х., Уэбб Б. (2007) Динамическая модель грудной дифференциации для управления поворотом палочника. Biol Cyb 97: 229–46.
14. 14. Грэм Д., Круз Х. (1981) Скоординированное хождение палочников по ртутной поверхности. J Exp Biol 92: 229–241.
15. 15.Эпштейн С., Грэм Д. (1983) Поведение и двигательная активность палочников, идущих по скользкой поверхности: I. Ходьба вперед. J Exp Biol 105: 215–229.
16. 16. Zhang Z (2000) Новый гибкий метод калибровки камеры. Анализ шаблонов и машинный интеллект, транзакции IEEE на 22: 1330–1334.
17. 17. Zakotnik J, Matheson T, Dürr V (2004) Алгоритм оптимизации осанки для захвата движений последовательностей движений на основе модели. J Neurosci Meth 135: 43–54.
18. 18. Крам Р., Вонг Б., Полный Р. Дж. (1997) Трехмерная кинематика и кинетическая энергия конечностей бегущих тараканов. J Exp Biol. 1929.: 1919–1929.
19. 19. Pringle JW (1938) Проприоцепция у насекомых: II. Воздействие колокольчатой ​​сенсиллы на ноги. J Exp Biol 15: 114–131.
20. 20. Watson JT, Ritzmann RE, Zill SN, Pollack AJ (2002) Контроль преодоления препятствий у тараканов, Blaberus discoidalis. I. Кинематика. J Comp Physiol A 188: 39–53.
21. 21. Полный BY, Ту МС (1990) Механика шестиногих бегунов. J Exp Biol 148: 129–146.
22. 22. Gruhn M, Hoffmann O, Scharstein H (2006) Хождение насекомых-палок на привязи: модифицированная установка по скользкой поверхности с оптомоторной стимуляцией и электрическим мониторингом тарзального контакта. J Neurosci Meth 158: 195–206.
23. 23. Delcomyn F (1973) Двигательная активность во время прогулки у таракана Periplaneta americana: II. Привязанная ходьба. J Exp Biol 59: 643–654.
24. 24. Delcomyn F, Usherwood PN (1973) Двигательная активность во время ходьбы у таракана Periplaneta americana: I. Свободная ходьба. J Exp Biol 59: 629–642.
25. 25. Пирсон К.Г., Илс Дж.Ф. (1970) Характер разряда мотонейронов леватора и депрессора таракана Periplaneta americana. J Exp Biol 52: 139–165.
26. 26. Пирсон К.Г., Илс Дж.Ф. (1971) Иннервация депрессорных мышц тазобедренного сустава у таракана Periplaneta americana. J Exp Biol 54: 215–233.
27. 27. Пирсон KG, Iles JF (1973) Нервные механизмы, лежащие в основе межсегментарной координации движений ног во время ходьбы у таракана. J Exp Biol 58: 725–744.
28. 28. Iles JF, Pearson KG (1971) Коксальные мышцы-депрессоры таракана и роль периферического торможения. J Exp Biol 55: 151–164.
29. 29. Büschges A (2005) Сенсорный контроль и организация нейронных сетей, обеспечивающих координацию мультисегментарных органов для передвижения.J Neurophysiol 93: 1127–35.
30. 30. Mu L, Ritzmann RE (2005) Кинематика и двигательная активность во время ходьбы и поворота на привязи у таракана Blaberus discoidalis. J. Comp Physiol A 191: 1037–1054.
31. 31. Watson JT, Ritzmann RE (1997) Кинематика ног и мышечная активность во время бега на беговой дорожке у таракана, Blaberus discoidalis: II. Быстрый бег. J Comp Physiol A 182: 23–33.
32. 32. Ritzmann RE, Tryba AK (2000) Многосуставная координация во время ходьбы и поиска точек опоры у таракана Blaberus.I. Кинематика и электромиограммы. J Neurophysiol 83: 3323–3336.
33. 33. Tryba AK, Ritzmann RE (2000) Многосуставная координация во время ходьбы и поиска точки опоры у таракана Blaberus. II. Паттерн разгибателя двигательного нейрона. J Neurophysiol 83: 3337–3350.
34. 34. Карбонелл С.С. (1947) Грудные мышцы таракана Periplaneta americana (L.). Смитсоновский институт «Разное», 107: 1–32.
35. 35. Францевич Л., Ван В. (2009) Карданы в ноге насекомого.Arthrop Struct Devel 38: 16–30.
36. 36. Moeslund T, Granum E (2001) Обзор захвата движений человека на основе компьютерного зрения. Comp Vis Image Und 81: 231–268.
37. 37. Moeslund TB, Hilton A, Krüger V (2006) Обзор достижений в области захвата и анализа движений человека на основе зрения. Comp Vis Image Und 104: 90–126.

Боль в пояснице и ноге — проблемы в SI-суставах

Вы идете по продуктовому магазину и начинаете ощущать боль, которая распространяется от поясницы к ногам.Хотя ваш мозг может автоматически перейти к ишиасу, это может быть совсем другое дело.

Крестцово-подвздошные или подвздошные суставы — это большие несущие суставы, которые скрепляют наши тазовые кости. В отличие от других суставов нашего тела, эти суставы не двигаются под действием прямых мышц, они движутся таким образом, чтобы поглощать поперечные движения, которые в противном случае создавали бы чрезмерную нагрузку на нашу нижнюю часть позвоночника.

суставов SI имеют богатый запас нервных окончаний. Эти нервы взаимодействуют с нашим мозгом, помогая нам ходить.Собранная информация используется нашим мозгом для управления сокращением мышц шеи, спины, плеч и ног для обеспечения плавности ходьбы.

Проблема возникает , когда стресс или травма сустава (суставов) стимулируют нервные окончания, что часто вызывает боль в ногах, которую можно ошибочно принять за ишиас, что требует совершенно другого плана лечения.

Что нагружает суставы SI?

Поскольку суставы SI имеют весовую нагрузку, многие движения могут со временем повредить суставы.Они включают, но не ограничиваются…

• Стоя на одной ноге, наклонив таз набок.
• Глубокое сгибание или глубокое приседание
• Скрещивание ног выше щиколоток
• Пересечение колена за среднюю линию
• Наклонение на бок, сидя

Кроме того, несчастные случаи, поскользнуться и падения и большинство травм нижней части спины могут повлиять на суставы SI.

Каковы симптомы SI Растяжение или травма?

• Односторонняя тупая боль в пояснице
• Боль усиливается при ходьбе и / или сидении
• Боль, отдающая в пах
• Неописуемые боли в ноге

Какие варианты лечения ARe при дисфункции SI ?

Наша основная цель при лечении заболеваний крестцово-подвздошных суставов — баланс и гибкость.В легких и умеренных случаях хиропрактика эффективно решает проблему. В крайних случаях может потребоваться использование крестцово-подвздошного пояса. Пояса SI специально разработаны для скрепления суставов и облегчения заживления.

Как избежать повреждения SI ?

Следующая рекомендация поможет ускорить исцеление?

• Не стойте на одной ноге, склонив бедро набок
• Избегайте изгиба более чем на 70 градусов
• Избегайте верховой езды, как при верховой езде.
• Не скрещивайте ноги выше щиколотки
• Избегайте глубоких приседаний
• Не сидите на одной щеке; наклоняясь в сторону
• Избегайте позы «Клеопатра»; сидеть боком на диване с поднятыми ногами.

Обеспечение правильной работы SI-суставов способствует равновесию и гибкости, которые являются частью хорошего самочувствия. Мы хотим, чтобы вы уверенно ходили и достигли всех своих целей в отношении здоровья. Если вы испытывали боль в пояснице, которая распространяется вниз по ноге, и вы думали, что это ишиас, позвоните нам. Мы будем рады помочь вам избавиться от боли и достичь вашей цели — оздоровления всего тела.

10 продуктов, которые помогают уменьшить боль в суставах

Бен Франклин был прав, когда сказал: «Унция профилактики стоит фунта лечения.«Мы согласны, поэтому наши специалисты-ортопеды побуждают пациентов придерживаться диеты и физических упражнений, которые поддерживают прочность костей и суставов.

Ваш распорядок дня может иметь большое влияние на здоровье и долголетие ваших суставов. Например, выбор продуктов, повышающих плотность костей, укрепляющих соединительную ткань и уменьшающих воспаление, может помочь вам предотвратить травмы и сохранить суставы на долгую и активную жизнь.

Мы часто видим пациентов, которым интересно изменить образ жизни, чтобы уменьшить боль в суставах.Но наши врачи-ортопеды признают, что сразу все изменить сложно. Поэтому лучше всего начать с изучения своего рациона.

Вот наш взгляд на 10 продуктов, которые могут помочь уменьшить боль и увеличить подвижность суставов:

1. Омега-3 жирные кислоты / рыбий жир

Холодноводная рыба — отличный источник жирных кислот Омега-3, которые являются незаменимыми питательными веществами для здоровья человека. Эти важные питательные вещества также иногда называют полиненасыщенными жирными кислотами.Доказано, что они не только уменьшают количество воспалительных белков в организме, но также улучшают работу мозга и снижают риск сердечных заболеваний, диабета и других заболеваний.

Омега-3 содержится в холодноводной рыбе, такой как тунец, лосось, форель, палтус и сардины. Еще один способ усвоить омега-3 — это ежедневный прием добавок с рыбьим жиром.

2. Орехи и семечки

Есть хорошие новости для веганов и вегетарианцев среди нас. Омега-3 также можно найти в различных орехах и семенах.Небольшая ежедневная порция грецких орехов, миндаля, семян льна, семян чиа или кедровых орехов может помочь уменьшить воспаление суставов и соединительной ткани.

Защитная соединительная ткань

3. Овощи Brassica

Что это, спросите вы. Также известные как крестоцветные овощи, брассика обычно ассоциируется с семейством горчицы и капусты. Листовая зелень, такая как зелень горчицы, руккола, капуста и пурпурная капуста, относятся к семейству капустных. В список входят несколько других популярных (и вкусных!) Овощей, в том числе брокколи, цветная капуста и брюссельская капуста.

Известно, что эта конкретная подгруппа популяции овощей блокирует фермент, вызывающий опухоль в суставах. Кроме того, они полны клетчатки, витаминов и питательных веществ для общего здоровья и хорошего самочувствия.

4. Разноцветные фрукты

Фрукты иногда получают плохую репутацию из-за высокого содержания сахара, но многие из них являются отличными антиоксидантами. Как и в случае с овощами, одни фрукты более эффективны, чем другие, в уменьшении воспаления в организме.

Мы особенно неравнодушны к чернике, которая богата антоцианами — одним из самых мощных флавоноидов. Они помогают «выключить» воспалительные реакции в организме.

Яблоки — еще один богатый клетчаткой противовоспалительный фрукт, который приносит дополнительную пользу для здоровья кишечника.

Ананас также находится в нашем коротком списке из-за его содержания бромелаина, питательного вещества, которое, как было показано, уменьшает боль в суставах, вызванную остеоартритом и ревматоидным артритом. Тем не менее, большая часть бромелайна содержится в стебле и сердцевине ананаса, поэтому смешайте сердцевину в смузи, чтобы получить максимальную пользу.

Рецепты от артрита

И, наконец, помидоры (да, это фрукты). Помидоры содержат мощный антиоксидант ликопин. Вареные помидоры даже более богаты ликопином, чем сырые. Обязательно употребляйте кожу, чтобы получить максимальную пользу.

5. Оливковое масло

Выбросьте растительное масло, подсолнечное масло и арахисовое масло — все это может усилить воспаление. Вместо этого выберите несколько столовых ложек оливкового масла для приготовления пищи и заправки салатов.А еще лучше выбрать вариант первого холодного отжима, который подвергается меньшей обработке. Оливковое масло, которое часто ассоциируется со средиземноморской диетой, является ненасыщенным «здоровым» жиром. И угадайте, что … это еще один источник Омега-3!

6. Чечевица и фасоль

Бобы и чечевица известны своей пользой для здоровья. Они являются отличным источником белка, клетчатки и необходимых минералов. Также они обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Черная фасоль, чечевица, нут, пегая фасоль и соевые бобы — все это отличные источники антоцианов — этого волшебного флавоноида, уменьшающего воспаление.

7. Чеснок и корнеплоды

Чеснок, лук, имбирь и куркума обладают противовоспалительными свойствами. Различные исследования показали, что эти острые корнеплоды могут быть полезны при лечении симптомов артрита и других болей в суставах. Добавляйте эти овощи в блюда для придания аромата. Кроме того, все они доступны в виде добавок.

8. Цельнозерновые

Исследования показывают, что белки, содержащиеся в очищенных зернах (таких как белый хлеб, белый рис и обычные макаронные изделия), могут вызывать воспалительную реакцию в организме.Однако цельнозерновые продукты с высоким содержанием клетчатки помогают производить жирные кислоты, которые, как считается, противодействуют воспалению. Поэтому используйте цельнозерновые продукты.

The Arthritis Foundation предоставляет подробный список зерновых, рекомендуемых для страдающих артритом, включая цельную пшеницу, цельный овес, ячмень и рожь. Для получения дополнительной информации см. Лучшие злаки для лечения артрита.

9. Костный бульон

Доказано, что глюкозамин, хондроитин и аминокислоты помогают поддерживать здоровье суставов, а кальций необходим для плотности костей.Костный бульон содержит все это. Желатиноподобное вещество, получаемое при варке костей, имитирует коллаген, который естественным образом встречается в наших суставах, сухожилиях и связках. Может ли костный бульон действительно стимулировать рост хрящевой ткани — это тема, которая активно обсуждается в медицине. Но регулярный прием в виде пероральной добавки, как известно, уменьшает боль в суставах и улучшает функцию у людей с артритом.

Костный бульон можно употреблять в виде горячего бульона или использовать в рецептах в качестве основы для приготовления пищи или соуса.Получите у этих диетологов советы по приготовлению костного бульона.

10. Темный шоколад

Теперь мы говорим! Действительно, шоколад обладает противовоспалительными свойствами. Какао, основной ингредиент шоколада, содержит антиоксиданты, которые могут противодействовать генетической предрасположенности к инсулинорезистентности и воспалениям. Чем выше процент какао в шоколаде, тем выше его противовоспалительный эффект.

Но помните, что шоколад может содержать много сахара и жира, поэтому наслаждайтесь им в умеренных количествах.Если вы собираетесь побаловать себя, выбирайте шоколад с содержанием какао не менее 70%.

Итак, у вас есть 10 продуктов, которые помогают уменьшить боль в суставах и воспаление. Конечно, есть некоторые НЕЛЬЗЯ употреблять пищу для здоровья суставов. Обратите особое внимание на эффекты продуктов, которые могут быть связаны с воспалением:

• Ограничьте потребление очищенных зерен, таких как макароны, рис и белый хлеб.
• Сведите к минимуму соли. Соль вызывает задержку жидкости, что связано с отеком тканей.Кроме того, Фонд артрита сообщает, что ограничение потребления соли может снизить потерю кальция, тем самым снижая риск остеопороза и переломов.
• По возможности избегайте обработанных пищевых продуктов.

Следите за обновлениями нашего блога, чтобы получить больше советов по профилактике от Cary Orthopaedics, ведущей ортопедической практики в Треугольнике.

Что нужно знать о шумах в суставах — Клиника Кливленда

Мы все испытали это: колени, которые ломаются, когда мы встаем, шея, которая трескается, когда мы поворачиваем голову, и лодыжки, которые трескаются, когда мы поворачиваем их.

Клиника Кливленда — некоммерческий академический медицинский центр. Реклама на нашем сайте помогает поддерживать нашу миссию. Мы не поддерживаем продукты или услуги, не принадлежащие Cleveland Clinic. Политика

Часто треск суставов может быть громким и, возможно, немного сбивать с толку. Неудивительно, что многие люди думают, что с их суставами что-то не так, когда слышат, как они звенят.

По словам хирурга-ортопеда Ким Л.Stearns, MD.

«Это нормальное, обычное явление», — говорит он.

Но если постоянное растрескивание сопровождается постоянной болью или припухлостью, это может быть признаком того, что что-то не так. — Пришло время обратиться к врачу, — говорит доктор Стернс.

«Если это не болезненно, то шум в суставах — это нормально», — говорит доктор Стернс. «Если есть боль, возможно, у вас есть травма, тогда вам потребуется лечение».

Почему суставы шумят?

Многие люди замечают, что с возрастом их суставы издают больше шума.Для этого есть веская причина.

«Чем старше вы становитесь, тем больше шума могут издавать ваши суставы, потому что часть ваших хрящей изнашивается как часть нормального процесса старения», — говорит доктор Стернс. «Тогда эти поверхности станут немного более шероховатыми, и вы получите больше шума, поскольку они трутся друг о друга».

И суставные звуки могут приходить и уходить, в зависимости от того, как вы располагаете свое тело, когда вы сидите и спите, и как вы используете свое тело, когда двигаетесь, говорит доктор Стернс.

Трещины в суставах настолько распространены, что Dr.Стернс говорит, что его пациенты спрашивают его о них почти каждый день.

«Это общий вопрос, — говорит доктор Стернс. «Суть в том, что суставы шумят».

Что это за звук?

Есть несколько причин, по которым ваши суставы трескаются и трескаются. Например, если вы в тренажерном зале выполняете повторяющиеся упражнения, такие как поднятие тяжестей или отжимания, вы можете слышать щелчок или мягкий щелчок каждый раз, когда сгибаете руку или ногу.

Этот звук обычно указывает на то, что мышца напряжена, трется о кость и вызывает трение вокруг нее.- говорит Стернс. Звук также может исходить от трения сухожилий о кость.

В этом случае попробуйте осторожно растянуть, и защелкивание должно уменьшиться или исчезнуть.

Доктор Стернс говорит, что многие его пациенты сообщают о таких звуках, исходящих от их плеч.

«Самый шумный сустав — это плечо, потому что там очень много движущихся частей и так много сухожилий, которые перемещаются по костям», — говорит он.

Шумы суставов

Когда вы хрустите костяшками пальцев, звук возникает из-за сжатия пузырьков азота, которые естественным образом возникают в суставных пространствах.- говорит Стернс.

«Треск» — это звук газа, выходящего из сустава, действие, называемое кавитацией, говорит доктор Стернс. Звук не вызывает беспокойства.

И, несмотря на то, что сказала твоя мама, ты не станешь слишком большими суставами или не разовьешь артрит из-за их трещин.

«Убежденность в том, что сломанные костяшки суставов вредны для суставов, — это старые женские сказки», — говорит доктор Стернс. «Моя мама говорила мне, что не ломай суставы, но извини, мама, нет научных данных, которые утверждали бы, что это плохо для твоих суставов.”

Как избежать скрипучих соединений

Один из способов избежать скрипения суставов — это вставать и двигаться как можно больше в течение дня, — говорит доктор Стернс.

«Мы говорим, что движение — это лосьон: чем больше вы двигаетесь, тем больше смазывает себя ваше тело», — говорит доктор Стернс. «Когда вы сидите или лежите, жидкость в суставах не двигается. Чем активнее вы будете, тем больше смазки будут смазывать ваши суставы ».

Токсический синовит (для родителей) — Nemours Kidshealth

Что такое токсический синовит?

Токсический синовит имеет страшное название, но это не страшное состояние.Это временное воспаление бедра может вызвать хромоту и боль в бедре и ноге. Это может быть неприятно для ребенка и тревожить родителей, особенно когда симптомы появляются внезапно, но токсический синовит обычно проходит в течение недели или двух и не вызывает долгосрочных проблем.

Что вызывает токсический синовит?

Токсический синовит (также известный как преходящий синовит ) — частая причина боли в бедре и хромоты у детей. Врачи не знают его точную причину, но у некоторых детей оно развивается после вирусной инфекции (например, простуды или диареи).Из-за этого некоторые врачи считают, что токсический синовит вызывается веществами, вырабатываемыми иммунной системой организма для борьбы с инфекцией.

Токсический синовит может возникнуть в любом возрасте, но чаще всего встречается у детей от 3 до 8 лет. Это также чаще встречается у мальчиков.

Иногда токсический синовит можно спутать с септическим артритом или инфекционным артритом, более серьезным заболеванием, вызванным бактериальной инфекцией, которая поражает суставы и может вызвать долговременное повреждение суставов.Врачи могут исключить септический артрит или другие состояния с помощью медицинского осмотра и диагностических тестов.

Каковы признаки и симптомы токсического синовита?

Когда у ребенка токсический синовит, боль начинается внезапно и обычно возникает только в одной части тела.

Другие признаки, которые следует искать:

• недавняя вирусная инфекция, например вирус простуды или желудочный вирус
• субфебрильная температура (до 101 ° F [38 ° C])
• хромота с вывернутыми наружу пальцами ног, согнутыми или выпрямленными коленями
• ходьба на цыпочках
• Дискомфорт в бедре после длительного периода отдыха сустава (например, сидя в машине или за столом, или смотря телевизор)
• Боль в колене или бедре без боли в бедре
• у детей младшего возраста, плачущих
• в отдельных случаях отказ от прогулки

У младенцев наиболее частыми признаками токсического синовита являются ненормальное ползание и плач, а также они могут плакать, когда их тазобедренные суставы двигаются, например, при смене подгузников.

Как диагностируется токсический синовит?

Первое, что сделает врач, — это осмотрит вашего ребенка, проверив, какие движения болезненны при движении колена, бедра и других суставов. Это подтверждает, что хромота вызвана болью в суставах.

Далее врач может назначить УЗИ тазобедренного сустава. Этот визуальный тест покажет, есть ли жидкость в тазобедренном суставе. Жидкость означает отек и воспаление тканей. Врач также может сделать анализы крови, чтобы узнать, насколько сильно опухоль.

Иногда по результатам анализа крови врачу трудно исключить септический артрит, поэтому из сустава может быть взята жидкость для посева (лабораторный тест для обнаружения бактерий). Врач также может провести другие анализы и рентген, чтобы найти или исключить другие потенциальные причины хромоты и боли вашего ребенка.

Как лечат токсический синовит?

Лечение токсического синовита обычно включает противовоспалительные препараты, такие как ибупрофен или напроксин. Ваш ребенок может принимать их до 4 недель, пока не пройдет воспаление.Врач также может назначить обезболивающее, например, парацетамол.

Отдых тазобедренного сустава важен, и лучше всего, если ваш ребенок не будет переносить вес на бедро во время восстановления. Дети обычно могут снова спокойно ходить в течение дня или двух после приема противовоспалительного препарата. Однако участие в таких занятиях, как занятия физкультурой или спорт, придется подождать, пока ваш ребенок полностью не выздоровеет.

Что еще мне нужно знать?

Токсический синовит обычно проходит в течение недели или двух, но иногда может длиться до 4-5 недель.

Хотя у большинства детей он не вызывает долгосрочных последствий, у некоторых в детстве токсический синовит может развиваться несколько раз. Если у вашего ребенка в анамнезе был токсический синовит, сообщите об этом своему врачу.

(A) Эскиз паучьей лапы, показывающий все сегменты: суставы без …

Максимальная скорость бега длинноногих животных является одним из очевидных факторов эволюционного отбора — на хищников и жертв. Таким образом, он был изучен на всем диапазоне размеров животных, от мельчайших клещей до самых больших слонов, и даже за его пределами до вымерших динозавров.Недавний анализ взаимосвязи между массой (размером) животного и максимальной скоростью бега показал, что, по-видимому, существует оптимальный диапазон масс тела, в котором встречаются самые высокие наземные скорости бега. Однако вывод, сделанный из этого анализа, а именно, что максимальная скорость ограничена утомлением белых мышечных волокон при ускорении массы тела до некоторой теоретически возможной максимальной скорости, был основан на грубых рассуждениях по метаболическим причинам, которые игнорировали важные биомеханические факторы. факторы и основные мышечно-метаболические параметры.Здесь мы предлагаем общую биомеханическую модель для исследования аллометрии максимальной скорости бега на ногах. Модель включает в себя важные с биомеханики концепции: силе реакции земли, противодействующей сопротивлению воздуха, ноге с ее передачей как мышцы, изменяющей длину ноги, так и силы реакции опоры на опору, а также максимальной скорости сокращения мышц, которая включает динамику мышц-сухожилий и мышечную инерцию, причем все они масштабируются вместе с массой тела.В совокупности характеристики этих концепций и их взаимодействие обеспечивают механистическое объяснение аллометрии максимальной скорости бега на ногах. Это сопровождает предложение объяснения эмпирически найденного общего максимума скорости: у животных крупнее гепарда или вилорог, время, за которое любая мышца, разгибающая ноги, должна успокоиться, начиная с изометрии примерно в середине, при концентрическом сокращении. скорость, необходимая для бега на самых высоких скоростях, становится слишком большой, чтобы ее можно было достичь в течение периода времени, когда нога движется от середины до отрыва.Основываясь на нашей биомеханической модели, мы, таким образом, предлагаем учитывать общий максимум скорости, чтобы указать, что мышечная инерция является функционально значимой для передвижения животных. Кроме того, модель дает возможное понимание принципов биологического дизайна, таких как различия в концепции ног между кошками и пауками, а также актуальность многоногих (млекопитающие: четыре, насекомые: шесть, пауки: восемь) конструкции тела и новые походки. Более того, мы предлагаем совершенно новый подход к потреблению метаболической энергии мускулами как во время разгона до максимальной скорости, так и при устойчивом движении.

Опасные для лошадей инфекции суставов

13 января 2021 г. — Инфекции суставов могут начаться с небольшой колотой раны, иногда слишком маленькой, чтобы ее можно было увидеть. Однако то, что может показаться незначительной раной, может быстро превратиться в серьезную, а иногда и опасную для жизни инфекцию.

Лошади особенно восприимчивы к инфекциям суставов. Их активный образ жизни на открытом воздухе в сочетании с небольшим количеством ткани, покрывающей структуры их передних ног, часто приводит к ранениям в суставах.Лечение может быть длительным и дорогостоящим. Несмотря на агрессивный уход, от 6% до 10% пораженных лошадей умирают в результате инфекции или связанных с ней осложнений. Среди выживших лошадей более 50% будут страдать от хронического артрита до конца своей жизни.

Когда вызывающие инфекцию бактерии попадают в сустав, они быстро приживаются и могут образовывать структуру, известную как биопленка. Биопленки — это не просто скопление бактерий, растущих рядом друг с другом; это липкие слизистые пленки, которые окружают бактерии.Антибиотики и иммунные клетки не могут проникнуть через этот защитный экран, позволяя бактериям процветать.

Доктор Лорен Шнабель — пожизненная любительница лошадей, и ее страсть к лошадям подтолкнула ее через повышение квалификации в области хирургии лошадей до нынешней должности доцента в Университете штата Северная Каролина. Неудивительно, что, будучи конным хирургом, доктор Шнабель уделяет много времени лечению серьезных инфекций суставов.

Аспирант доктора Шнабеля, д-р.Джессика Гилберти знала, как лечить эти ужасные инфекции. Оба клинициста использовали биологический продукт, называемый плазмой, богатой тромбоцитами, для лечения других ортопедических травм у лошадей и знали, что появляется все больше доказательств того, что тромбоциты могут помочь в борьбе с инфекциями. Они сложили два и два и пришли к идее модифицировать продукт, сконцентрировав его по-новому, а затем использовать для лечения суставных инфекций.