VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Ортопедический корсет с функциями индикации осанки и вибромассажным комплексом
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Настоящий период развития человеческого общества знаменуются ускоренными темпами технического прогресса. Достижения научно-технического развития - телевизоры, автомобили, повсеместная компьютеризация и другие подобные факторы снижают потребность человека в двигательной активности. Особенно, негативное следствие снижения двигательной активности, проявляется в школьные годы, поскольку основным видом деятельности ребенка является учебная деятельность, которая характеризуется длительным нахождением тела в сидячем положении. Вследствие этого, возникает дефицит двигательной активности, что становится причиной возникновения различных видов нарушений осанки. Осанка служит показателем здоровья и гармоничного физического развития организма. Родители обучающихся, порой, не обращают внимание на безобидные функциональные нарушения, а они могут привести к стойким деформациям опорно-двигательного аппарата с тяжелыми последствиями. По данным Всероссийской диспансеризации, патология опорно-двигательного аппарата занимает первое место среди заболеваний детского возраста. Недостаточное функциональное состояние мышечной и костной систем позвоночника и нерациональные позы при проведении уроков весьма часто приводят к появлению различных форм нарушения осанки, среди которых самые злостные – сколиозы (боковые искривления позвоночника). Они не только ограничивают двигательную активность учащихся, но и существенно влияют на функцию жизнеобеспечивающих систем, затрудняя кровообращение и дыхание. Среди школьников данная патология встречается от 17 до 35%. Проблема нарушений опорно-двигательного аппарата у детей актуальна не только в России, но и во всем мире, поэтому заболевания костно-мышечной системы признаны ВОЗ главным направлением исследований. Все эти факты говорят о высокой актуальности и серьезности проблемы нарушения осанки, особенно у детей школьного возраста. Без своевременной коррекции статические нарушения со стороны опорно-двигательного аппарата становятся предрасполагающим фактором для появления структуральных изменений в позвоночнике, являющихся причиной сниженной трудоспособности в зрелом возрасте. Наиболее эффективным методом профилактики нарушений опорно-двигательной системы является коррекция уровня здоровья, обучающихся, их физического развития и подготовленности на основе разработанных комплексов упражнений для профилактики, коррекции осанки в рамках физического воспитания. Немаловажную роль в вопросе формирования правильной осанки играют поддерживающие корсеты, которые в настоящее время приобретают высокую популярность. Они позволяют исправлять частично сформированные нарушения, и предотвращать их дальнейшее прогрессирование. Но при их использовании возникает ряд вопросов. Жёсткие фиксирующие корсеты достаточно громоздки и видны под одеждой, что вызывает определённый дискомфорт. Тканевые поддерживающие корсеты - удобны, но обеспечивают определённый уровень подвижности позвоночника. Решением этой проблемы может стать интеграция в систему корсета датчиков положения позвоночника с индикацией этого положения, которая наглядно извещает о корректировке своей позы.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является – разработка тканевого поддерживающего ортопедического корсета с функциями индикации нарушения осанки и встроенным вибромассажным комплексом поясничного отдела.
Поставленная в работе цель, предполагала решение следующих задач:
- изучение литературных и интернет – источников по вопросам возникновения и причинах нарушения осанки, видах и категориях искривления позвоночника, основным методам профилактики и коррекции данных нарушений;
- изучение литературных и интернет – источников по вопросам разработки и конструирования ортопедических корсетов, их функциональному назначению, видах и конструкции;
- на основе изученных литературных и интернет – источников, разработать собственную конструкцию поддерживающего тканевого корсета для коррекции нарушений осанки;
- разработать конструкцию информационных датчиков и сигнального устройства для отображения информации о нарушении правильного положения позвоночника;
- изготовить экспериментальную модель поддерживающего корсета с встроенной системой датчиков и вибромассажным блоком поясничного отдела;
- определить функциональные возможности изготовленного устройства и возможность практического применения, для использования в качестве корректора осанки.
Что такое осанка?[1-3]
Осанка – это умение человека держать свое тело в различных положениях. Осанкой принято называть привычное положение тела непринужденно стоящего человека, которое он принимает без лишнего мышечного напряжения. Правильная осанка естественна и красива: туловище выпрямлено, голова поднята, плечи расправлены(Приложение лист I, рис. 1-2). А у человека, который ходит, ссутулившись, опустив голову и плечи, выпятив живот, на полусогнутых ногах, осанка неправильная. Это не только некрасиво, но и вредно, так как затрудняет деятельность внутренних органов и может вызвать искривление позвоночника. Осанка определяется и регулируется рефлексами позы и отражает не только физическое, но и психическое состояние человека, являясь одним из показателей здоровья. Осанка обусловлена наследственностью, но на ее формирование в процессе роста у детей влияют многочисленные факторы внешней среды. Формируется осанка с самого раннего детства и зависит от гармоничной работы мышц костной системы, связочно-суставного и нервно-мышечного аппарата, равномерности их развития. Ведущими факторами, определяющими осанку человека, являются положение и форма позвоночника, угол наклона таза и степень развития мускулатуры, которая во многом определяет правильность физиологических изгибов позвоночника. Выраженность физиологических изгибов позвоночника зависит также от угла наклона таза. При его увеличении позвоночный столб, неподвижно сочлененный с тазом, наклоняется вперед, одновременно увеличиваются поясничный лордоз и грудной кифоз позвоночника, компенсаторно сохраняющие вертикальное положение тела. При уменьшении угла наклона таза соответственно уплощаются физиологические изгибы позвоночника. Все эти естественные физиологические изгибы кифозы и лордозы – приспособления полезные и совершенно необходимые. Благодаря им позвоночный столб может выдерживать осевую нагрузку в 18 раз большую, чем бетонный столб такой же толщины. Кифозы и лордозы придают нашему позвоночнику свойство упругости, благодаря чему позвоночник обладает способностью во время физической работы распределять опасную нагрузку относительно равномерно на все свои отделы. Лучше всего осанку определять, поставив ребенка в профиль. В таком положении хорошо заметны естественные изгибы позвоночника. Чрезмерная или недостаточная величина естественных изгибов позвоночника свидетельствуют о неправильной осанке. Можно привести определённый проверочный тест. Для этого необходимо нарисовать на большом зеркале мелом вертикальную черту. Встать боком к зеркалу на расстоянии 30 см. Взять в руки другое маленькое зеркало и посмотреться в него. При правильной осанке эта черта пройдет перед лодыжкой на расстоянии 2,5 см от коленной чашечки, спереди коснется плеча и кончится на мочке уха. Вторым проверочным тестом воспользоваться ещё проще, подойти с привычной для вас осанкой к стене и встать к ней спиной. Если ваше тело соприкоснулось с поверхностью стены в четырех точках - затылок, лопатки, ягодицы, пятки, значит, с осанкой все в порядке(Приложение лист II, рис. 3).
Основные причины возникновения нарушений осанки и основные виды, этих нарушений [4-7]
Нарушение осанки – это состояние, при котором нарушены физиологические изгибы позвоночника в результате слаборазвитого мышечного корсета – группы мышц спины, груди, ягодиц, передней поверхности бедра, удерживающих позвоночник в правильном положении, это стадия обратимых нарушений не связанных со структурной перестройкой опорных структур позвоночника. Как правило, нарушение осанки развивается у детей школьного возраста. Причины развития нарушений осанки:
- слабость естественного мышечного корсета ребенка;
- неправильные положения тела, которые ребенок принимает в течение дня;
- неправильные положения тела, при выполнении различных видов деятельности и во время сна;
- несоответствие мебели весоростовым показателям ребенка.
Нарушение осанки постепенно приводит к снижению подвижности грудной клетки, диафрагмы, к ухудшению рессорной функции позвоночника, что, влечет за собой негативное влияние на деятельность систем организма: центральную нервную; сердечно - сосудистую и дыхательную; сопутствует возникновению многих хронических заболеваний вследствие проявления общей функциональной слабости и дисбаланса в состоянии мышц и связочного аппарата ребенка. Дефекты осанки условно делятся на несколько видов(Приложение лист II, рис. 4), для каждого вида нарушения осанки характерно свое положение позвоночника, лопаток, таза и нижних конечностей:
- сутулость- увеличен грудной кифоз на уровне верхней трети грудного отдела позвоночника при одновременном сглаживании поясничного лордоза;
- круглая спина - увеличен грудной кифоз на протяжении всего грудного отдела позвоночника, плечи сведены, сглажен поясничный лордоз;
- кругловогнутая спина- увеличены все физиологические изгибы позвоночника, голова, шея, плечи наклонены вперед, живот выступает, растянуты мышцы спины, брюшного пресса, ягодиц и задней поверхности бедер, увеличен угол наклона таза;
- плоская спина- сглажены все физиологические изгибы позвоночника, угол наклона таза уменьшен, спина ребенка производит впечатление доски;
- плосковогнутая спина- грудной кифоз сглажен, а поясничный лордоз увеличен, мышцы живота ослаблены, увеличен угол наклона таза;
- сколиотическая (асимметричная) осанка.
Различаются нарушения осанки и по степени их проявления:
I степень — характеризуется небольшими изменениями осанки, которые устраняются путем целенаправленной концентрации внимания ребенка;
II степень — характеризуется увеличением количества симптомов нарушения осанки, которые устраняются при разгрузочном положении позвоночника в горизонтальном положении или при подвешивании (за подмышечные впадины);
III степень — характеризуется серьезными нарушениями осанки, которые не устраняются при разгрузочном положении позвоночника.
Массовые обследования школьников показывают интересные закономерности:
- до 85 % обучающихся всех возрастных групп имеют неправильное положение позвоночника;
- существуют особые возрастные периоды, когда количество выявляемых нарушений в позвоночнике заметно возрастает, такие пики приходятся на 2, 5, 6, 9 и 10 классы;
- нарушение осанки прогрессирует в первый год обучения в школе.
Корректировка осанки поддерживающими корсетами [8-9]
Корректоры осанки незаменимы для людей с сутулостью или искривлениями позвоночника. Изделия не только помогают выровнять позвоночный столб и плечи, но и вырабатывают привычку ходить с ровной спиной постоянно. Также их используют в качестве профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата и для снятия болевого симптома, который появляется вследствие постоянной нагрузки и напряжения спины. Корректоры бывают разной жесткости и конструкции (Приложение лист III, рис. 5). Прежде всего, корректоры различаются по базовому исполнению. При применении металлических фиксирующих пластин создаются фиксирующие корректоры с жёсткой базой. Применение таких корректоров оправдано при серьёзных прогрессирующих нарушениях осанки. Чаще всего, подобные корректоры достаточно громоздки и видны под одеждой, поэтому применение их, определяется в основном, домашним ношением. Корректоры, изготовленные с использованием мягкой базы, в основном тканевые. Они достаточно лёгкие, не видны под одеждой и предназначены для длительного ношения в рабочий период. Корректоры этого типа выполняют, в основном, поддерживающую функцию, обеспечивая дополнительную поддержку мышцам спины. При использовании корректора осанки, как и любого другого ортопедического приспособления, главное правило заключено в одну короткую фразу - «Не навреди!» Это значит, что сначала корректор нужно правильно подобрать, а потом правильно носить. Даже если корректор предназначен для профилактики, консультация с ортопедом необходима. Надевается корректор на голое тело или, чаще всего, хлопчатобумажную футболку примерно также, как рюкзак, и фиксируется на талии. Надевают его в положении стоя и лучше с утра. Все ремни должны при этом располагаться ровно, не перекручиваться. Корректор осанки носится только днем. На ночь его нужно обязательно снимать. Во время ночного отдыха мышцы должны отдыхать и расслабляться — попытки корректировать осанку ночью приведут к еще большим проблемам с позвоночником. При этом важно носить реклинатор (корректор осанки) каждый день, не пропуская сеансы коррекции. Начинать нужно с минимального натяжения, постепенно его увеличивая. Обычно на это уходит 2-4 недели — при этом угол разворота линии плеча достигает своего анатомического максимума. Корректоры осанки предназначены для пассивного ношения — в них нельзя заниматься спортом, бегать, танцевать, совершать активные телодвижения. Если корректор используется в комплексном лечении и назначен ортопедом, то носить его надо ровно столько, сколько назначил врач. Если корректор приобретается для профилактики, то начинать носить нужно с 30 минут в день, постепенно увеличивая время до 3-5 часов. Для достижения ощутимого эффекта корректор осанки носят от 3 до 6 месяцев. Ошибочно думать, что ношение корректора осанки не будет никак ощущаться. Все-таки это «коррекция», а значит, выход за рамки привычных ощущений. Ношение корректора не должно вызывать непосредственно боль; нормальным считается ощущение напряжения в мышцах, как после занятий спортом. Причем, это ощущение проявляется и когда корректор одет, и после его снятия. Ортопедический корсет никогда не заменит корсет мышечный, и только развивая длинные мышцы спины, можно достичь желаемого результата. Дело в том, что корректор осанки только выпрямляет грудной отдел позвоночника и формирует стереотип правильной осанки, но держат осанку наши собственные мышцы. И если мышцы слабые, то они не будут держать позвоночник, и он неизбежно изогнется в ту или иную сторону. Как следствие сказанного, абсолютно необходима высокая физическая активность по развитию мышц спины.
Разработка модели поддерживающего корсета для исправления осанки с использованием полужёсткой базы и электронными датчиками положения тела
1.Конструкция корсета
Проанализировав конструкции промышленных поддерживающих корсетов, представленных на рынке, мы применили некоторые технологические решения к собственной конструкции корсета. Основой корсета является тканевая выкройка (Приложение лист IV, рис. 6). Две половины выкройки сшиты между собой с прокладкой из толстой войлочной пластины. С тыльной стороны войлочной пластины помещены пружинящие дюралевые вставки, повторяющие форму «правильной спины»(Приложение лист V, рис. 7). Вся основа корсета прошита для полной фиксации вставленных элементов. Таким образом, основа корсета является поддерживающей, но с элементами жёсткой фиксации и эту конструкцию можно считать компромиссной между поддерживающим, и фиксирующим корсетом. Мы свою конструкцию отнесли к типу полужёстких корсетов. Плечевые ремни изготовлены из мягкой ткани в два слоя и прострочены по всей длине. Поясной и грудной ремни изготовлены подобным образом, но являются регулируемыми. Фиксация ремней осуществляется «липучками», что позволяет подтягивать корсет в период коррекции.
2.Конструкция датчиков положения спины и сигнального устройства [10]
Конструкция датчиков положения спины предельно проста, но в то же время очень эффективна. Конечно, можно идти по более сложному пути, например использовать тензодатчики, или использовать для этой цели акселерометрический датчик, но усложнение конструкции, в данном случае не приведёт к более лучшему конечному результату. Поэтому нами была разработана оригинальная и очень простая конструкция, позволяющая контролировать незначительные отклонения положения тела от нормального. Несмотря на то, что корсет достаточно жёстко фиксирует спину, всё же существует вероятность перейти к более привычному неправильному положению спины. В этом случае система датчиков предупредит о нарушении правильного положения. По своей конструкции, датчик представляет полую гибкую трубку(Приложение лист V, рис. 8). В концы трубки встроены излучатель света (лазерный излучатель малой мощности) и фотоприёмник (фотодиод, фототранзистор). Принцип действия заключается в следующем – в прямом положении датчика луч излучателя попадает на фотоприёмник, сигнал с фотоприёмника обрабатывается электронной схемой и воспринимается как состояние правильного положения тела. При изгибах датчика, луч излучателя не сможет попасть на фотоприёмник, соответственно электронная схема воспримет отсутствие сигнала как положение тревоги, включая вибропъезодинамик. Таким образом, при изменении правильного положения спины система датчиков извещает об этих нарушениях. Система состоит из двух датчиков, вшитых в корсет. Провода проходят внутри тканевой облицовкии совершенно не ощущаются. Исполнительная схема собрана на миниатюрных радиоэлементах и размещена внутрикорсета, также, как и вибродинамик. Питание схемы осуществляется внешним аккумулятором, размещённом в небольшом кармашке корсета. Самые простые варианты выполнения схемы обработки сигнала с датчиков освещения показаны в приложении (лист VI, рис. 9). При этом номинал добавочного резистора (R1) выбирается в зависимости от величины сопротивления фоторезистора (R2) (фотодиода) при необходимом световом уровне срабатывания. Фоторезистор подойдет любой, имеющий «темновое» сопротивление не менее 500 кОм. Гистерезис компараторов при переключении уменьшает вероятность появления на выходе помех. Схема, приведенная на рисунке приложения (лист VI, рис. 10), не имеет гистерезиса при переключении и вырабатывает звуковой сигнал оповещения при затемненном фоторезисторе R1. Если для организации оптического канала использовать световой ИК-диапазон, можно воспользоваться вариантом схемы, приведённой в приложении (лист VI, рис. 11).Светодиоды HL1 постоянно излучают невидимый свет, но как только зона между излучателем и приемником будет закрыта, на выходе формируется положительный импульс напряжения.
3.Модуль вибромассажа
Спина очень чувствительна не только к нагрузкам, но и к сидячему образу, жизни который характерен для школьного возраста, и один из лучших способов профилактики нарушений осанки и болей в пояснице— это массаж поясницы. Массаж области поясницы хорошо снимает усталость и компенсирует некоторый дискомфорт при ношении корсета. В нижней части корсета мы расположили четыре миниатюрных вибромотора, которые применяются в массажных накладках автомобильных кресел (Приложение лист VII, рис. 12). Эти миниатюрные устройства практически не выходят за границы войлочной подкладки и полностью скрыты внешней обшивкой корсета. Питание моторов осуществляется от малогабаритного аккумулятора, применённого для питания информирующих датчиков. Включение вибромоторов осуществляется встроенной в корсет кнопкой.
Использование корректора осанки [11]
Проблема со спиной в виде искривления позвоночника знакома 88% взрослых людей. Причем возникает она еще в детском (школьном) возрасте, когда развивается опорно-двигательный аппарат. Корректор осанки выпрямляет спину, отводит плечи назад и сводит лопатки. Таким образом, формируется или восстанавливается правильная осанка, корректор помогает её вырабатывать. Снижается нагрузка на позвоночник, уменьшаются боли в спине. Этот стереотип мышечной памяти остаётся даже после снятия корсета. Такая поза сохраняется и становится привычной. Вопрос «Нужен ли мне корректор осанки, и какой выбрать?» - адресуйте ортопеду. Нельзя самостоятельно принимать такие решения. Нося корректор без веских к тому причин, можно получить обратный результат и причинить себе вред. Спина привыкнет к поддержке, мышечный «корсет» ослабнет, мышцы перестанут работать, как положено, и начнут атрофироваться. Даже самый продвинутый корректор не панацея. Его ношение нужно сочетать с гимнастикой для мышц спины, нередко необходим массаж. Полезно плавание, особенно на спине. Не забывайте и о «разгрузке» позвоночника. Ряд упражнений можно выполнять прямо на рабочем месте. Сядьте на край стула, положите руки, сомкнутые в ладонях, на затылок и прогнитесь назад. Чтобы разгрузить шейный отдел, опустите вниз подбородок, коснувшись им груди, и медленно отведите голову назад. Полезное упражнение – боковые наклоны влево‑вправо с поднятыми руками, с сомкнутыми ладонями. В общем, старайтесь разнообразить нагрузку и не забывайте держать спину прямо. Существуют основные критерии, по которым можно определить - правильно ли надет корректор:
- если в корсете человек может принимать привычную сутулую позу, значит изделие одето не верно и не выполняет своих функций;
- стоя перед зеркалом, можно отследить положение корпуса в корсете – плечи должны быть разведены и на одном уровне, позвоночник может иметь естественный S-образный изгиб, но без излишнего прогиба в пояснице и согнутой грудной клетки;
- если встать к стене, человек в корсете для осанки должен соприкасаться ягодицами, лопатками и затылком, но не всей плоскостью спины;
- корсет должен плотно прилегать, все ремни и застежки в затянутом состоянии. В первое время это может вызывать легкий дискомфорт, пока тело человека не привыкнет к правильному положению.
Еще одно правило, как носить корсет для осанки спины – изделие может надеваться на голое тело летом, но для избегания натертостей на коже и при чувствительности к составляющим ткани лучше одевать на нижнее белье. В зимний период лучше на нижнее белье. Во время ношения корректора не должно быть резких или тянущих болей. Может быть легкое ощущение мышечной усталости, которое проходит через 15-20 минут после снятия ортопедического изделия. Если дискомфорт не проходит, стоит получить консультацию медика. Носить постоянно корректор осанки нельзя, да и регулярность в данном случае тоже субъективна. Одним врач может прописать надевать корсет чаще, другим – реже. Читая отзывы врачей, можно увидеть, что наиболее популярна рекомендация, по которой начинать носить корсет нужно с 15-20 минут в день с постепенным увеличением времени на 5 минут. Более 10 часов школьнику ходить в корсете нельзя. Это время может быть сокращено по рекомендации врача. Использовать корсет для осанки следует с перерывами. Например, неделя ношения предполагает перерыв на 10 дней. Это не позволит мышцам и позвоночнику привыкнуть к постоянной поддержке. Им придется работать самостоятельно. Имеются и определённые противопоказания:
- индивидуальную непереносимость на материал, из которого изготовлено изделие, в результате чего появится сыпь или раздражение;
- при воспалениях и открытых ранках в местах, где корсет соприкасается с кожей;
- при некоторых хронических заболеваниях, например, сердечно-сосудистых или легочных патологиях, когда уместность использования корректора определяется только лечащим врачом.
Выводы
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
- изучены доступные литературные и интернет источники о причинах нарушения осанки, основным видам этих нарушений, методам профилактики и коррекции основных видов нарушений осанки;
- изучены доступные литературные и интернет источники по конструкции ортопедических корсетов, их функциональному назначению, материалам изготовления, принципам использования для исправления осанки;
- на основе изученной литературы разработана и спроектирована собственная конструкция поддерживающего тканевого корсета для коррекции осанки;
- на основе проекта изготовлена модель поддерживающего тканевого корсета со встроенной системой датчиков положения спины и вибромассажным комплексом;
- определены основные критерии использования, разработанного корсета и рекомендации по его применению.
Список литературы и интернет - источников
1.А.Н. Мельников, Коррекция нарушений осанки средствами физической культуры, методическая разработка, Сарафоновская средняя школа Ярославского муниципального района.
2.Вопросы профилактики нарушений осанки у детей дошкольного и школьного возраста /Под ред. А.Г. Цейтлина. - М.: АПН РСФСР, 1960 г.
3.А.А.Потапчук, М.Д. Дидур, Осанка и физическое развитие детей. - Спб., 2001 г.
4.Д.А. Кузьмин, Проблемы предупреждения нарушений осанки у школьников, МОУ ГСОШ г. Калязина
5.О. В. Маркс, Ортопедическая диагностика. — М.: Наука и техника, 1978 г.
6.С.Д. Поляков, Мониторинг и коррекция физического здоровья школьников, АЙРИС – дидактика, Москва, 2006г.
7.Е.В.Двойникова, Формирование мышечного корсета детей младшего школьного возраста с нарушениями осанки, Нижегородский Государственный педагогический университет,2016 г.
8.Д.А. Юлина, А.Ю.Юлин, Ю.А. Юлин, Формирование правильной осанки. Д.: 2002 г.
9.https://www.dobrota.ru/posts/ortopedia-osobennosti-ispolzovania-korrektora-osanki/- Ортопедия. Особенности использования корректора осанки.
10.Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.http://radiostorage.net/1465-datchiki-osveshcheniya-i-signalizatory-na-lm555.html
11.https://2orto.ru/ortopedicheskie-aksessuary/kak-vybrat-korrektor-osanki-dlya-detey - Правила ношения ортопедического корсета
Приложение
Рис. 1. Правильная осанка человека.
Рис. 2.Признаки правильной осанки.
Рис. 3. Проверка правильной осанки у ровной стены (цифрами указаны правильные точки касания со стеной).
Рис. 4.Основные виды нарушения осанки.
Рис. 5. Виды и формы корректоров для исправления осанки.
Рис. 6. Основа разрабатываемой модели поддерживающего корсета.
Р ис. 7. Конструкция корсета.
Рис. 8.Конструкция датчика положения тела и принцип его работы.
Рис. 9. Простой вариант схемы фотодатчика.
Рис. 10. Вариант схемы с излучателем сигнала.
Рис. 11. Вариант схемы с использованием ИК -датчика.
Рис. 12. Миниатюрные вибромоторы для вибрационного модуля корсета.