Детальная информация

Данная выпускная квалификационная работа посвящена разработке квазистатической биомеханической модели поверхностной задней миофасциальной линии (ПЗЛ) человека на основе тенсегрити-подхода и исследованию влияния локального мышечного гипертонуса на распределение напряжений в системе. Поверхностная задняя миофасциальная линия представляет собой главную антигравитационную цепь тела, проходящую от пяточной кости до затылочного бугра и объединяющую подошвенный апоневроз, икроножную мышцу, подколенные сухожилия, тораколюмбальную фасцию, разгибатели позвоночника, трапециевидную мышцу и выйную связку. В работе выполнен теоретический обзор концепции миофасциальных линий по Майерсу и тенсегрити-подхода к моделированию биологических структур. На основе этих концепций построена математическая модель ПЗЛ, содержащая 9 узлов, 10 кабелей (мышцы и фасции) и 8 распорок (кости), с анатомически обоснованными параметрами: жёсткости кабелей составляют 50–200 Н/см, длины покоя соответствуют среднестатистическим анатомическим размерам человека ростом 175 см. Программная реализация модели выполнена на языке Python с использованием библиотеки SciPy. Задача нахождения равновесного состояния системы сформулирована как минимизация полной потенциальной энергии и решается алгоритмом L-BFGS-B с ограничениями на перемещения узлов (bounds ±3 см), что преобразует классическую безусловную задачу в задачу условной оптимизации. Проведено пять вычислительных экспериментов с введением гипертонуса в различные сегменты ПЗЛ. Гипертонус моделировался увеличением жёсткости кабеля на 25% и сокращением длины покоя до 97%, что соответствует умеренному миофасциальному гипертонусу по данным ультразвуковой эластографии. Базовые нагрузки в кабелях составили 295–952 Н; при введении гипертонуса нагрузка в поражённом сегменте возрастала до 715–2317 Н. Во всех сценариях зафиксирован стабильный коэффициент локального усиления нагрузки, равный 2,44 (+142–143%), не зависящий от локализации гипертонуса. Показана строгая локальность эффекта в рамках принятой постановки задачи, а также выявлено межсегментное взаимодействие в грудопоясничном переходе. Полученные результаты качественно согласуются с клиническими описаниями верхнего и нижнего перекрёстных синдромов по Янде, синдрома натяжения подколенных сухожилий и гастрокнемиус-поясничного синдрома. Научная новизна работы состоит в том, что впервые построена количественная тенсегрити-модель полной поверхностной задней миофасциальной линии с bounds-постановкой задачи оптимизации. Практическая значимость результатов определяется их применимостью для разработки диагностических алгоритмов локализации первичного гипертонуса по характеру компенсаторных изменений в смежных сегментах, а также для обоснования принципов мануальной терапии миофасциальных синдромов.

This bachelors thesis is devoted to the development of a quasi-static biomechanical model of the human superficial back myofascial line (SBL) based on the tensegrity approach, and to the investigation of how local muscle hypertonicity affects stress distribution throughout the system. The superficial back line is the primary anti-gravity chain of the body, extending from the calcaneus to the occiput and integrating the plantar fascia, gastrocnemius, hamstrings, thoracolumbar fascia, spinal extensors, trapezius, and nuchal ligament. The work includes a theoretical review of Myers myofascial line concept and the tensegrity approach to modeling biological structures. Based on these concepts, a mathematical model of the SBL was constructed comprising 9 nodes, 10 cables (muscles and fascia), and 8 struts (bones), with anatomically justified parameters: cable stiffnesses range from 50 to 200 N/cm, and rest lengths correspond to the average anatomical dimensions of a 175 cm individual. The model was implemented in Python using the SciPy library. The equilibrium state of the system is found by minimizing total potential energy, solved with the L-BFGS-B algorithm subject to nodal displacement bounds (±3 cm), which transforms the classical unconstrained problem into a constrained optimization task. Five computational experiments were conducted with hypertonicity introduced in different SBL segments. Hypertonicity was modeled as a 25% increase in cable stiffness and a reduction of rest length to 97%, consistent with moderate myofascial hypertonicity according to ultrasound elastography data. Baseline cable forces ranged from 295 to 952 N; under hypertonicity, the load in the affected segment increased to 715–2317 N. A stable local load amplification coefficient of 2.44 (+142–143%) was found across all scenarios, independent of localization. Strict locality of the hypertonicity effect was demonstrated within the adopted problem formulation, and inter-segment interaction at the thoracolumbar junction was identified. The results qualitatively agree with clinical descriptions of Jandas upper and lower crossed syndromes, hamstring tightness syndrome, and the gastrocnemius–lumbar syndrome. The scientific novelty of the work lies in the first-ever construction of a quantitative tensegrity model of the complete superficial back myofascial line with a bounds-constrained optimization formulation. The practical significance of the results is determined by their applicability to the development of diagnostic algorithms for localizing primary hypertonicity based on compensatory changes in adjacent segments, as well as for substantiating the principles of manual therapy for myofascial syndromes.