Биомеханическая оценка функционирования опорно-двигательной системы при застарелых повреждениях разгибательного аппарата коленного сустава

АКТУАЛЬНОСТЬ

Функциональное состояние опорнодвигательной системы (ОДС) и ее компенсаторно-приспособительные механизмы при застарелых повреждениях разгибательного аппарата коленного сустава (ЗпРАКС) до сих пор остаются недостаточно изученными. В то же время в последние десятилетия комплексные биомеханические исследования и электромиографиче-ская оценка мышечного аппарата активно используются при различной патологии ОДС как с целью изучения биомеханического статуса до операции, так и для объективной количественной оценки эффективности лечения [1-6, 8-11].

В доступной литературе не удалось встретить данные о степени функциональной несостоятельности и компенсаторных возможностях ОДС при ЗпРАКС.

Цель работы: изучить функциональное состояние опорно-двигательной системы в статике и ходьбе при застарелом повреждении четырехглавой мышцы бедра.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Многокритериальное комплексное исследование ОДС было проведено 10 больным с односторонним застарелым повреждением сухожилия четырехглавой мышцы бедра (ЧМБ). Пациенты жаловались на хромоту и нестабильность коленного сустава, в особенности при ходьбе по лестнице и неровным поверхностям. У всех пациентов отсутствовало активное разгибание голени, при этом у большинства амплитуда пас- сивных движений в коленном суставе не имела ограничений.

Для объективизации функциональной оценки ОДС при ЗпРАКС использовано комплексное биомеханическое и электромиографическое исследование ОДС в статике и ходьбе, включающее количественное и качественное определение опороспособности нижних конечностей, длину шага, скорость ходьбы, подографию, го- ниографию, опорные реакции стоп, осциллографию угловых отклонений сегментов туловища в сагиттальной и фронтальной плоскостях, а также электромиографию мышц в покое, при функциональных пробах и в фазы шага.

Глобальная электромиография мышц нижних конечностей производилась с помощью биполярных поверхностных серебряных электродов (диаметром 10 мм) и синхронной регистрации с подограммой. Натуральная электромиограмма (ЭМГ) регистрировалась электромиографом «Галилео» с компьютерновычислительной программой, позволяющей качественно и количественно оценить интегрированную биоэлектрическую активность мышц в продолжительности каждого двойного шага -основного показателя цикличности ходьбы. Схема исследования каждого больного включала двустороннее отведение биопотенциалов от трех головок четырехглавой мышцы бедра (mm.vastus medialis, vastus lateralis, rectus), a также групп m. Semi и biceps femoris и мышц голени (mm.tibialis anterior, gastrocnemius) в состоянии покоя, при функциональных пробах и ходьбе.

Синхронная регистрация биоэлектрических и хронометрических параметров шага осуществлялась под метроном, подстроенный под индивидуальный темп ходьбы больного. Дополнительно по отпечаткам стоп на подографической дорожке определялась длина шага, которая в сочетании с продолжительностью двойного шага позволяла вычислить скорость ходьбы. Распределение веса на отделы стоп количественно определялось с помощью сдвоенных электронных весов ВТ-150 с последующим расчетом коэффициентов асимметрии статистической нагрузки во фронтальной плоскости (КАСН ФП) и сагиттальной плоскости (КАСН СП). Опороспо-собность конечностей в ходьбе оценивалась подографическими показателями: продолжительностью одноопорного периода и двойного шага - основного показателя цикличности движений.

В работе проанализированы 1513 показателей, обработанных с помощью статистики, применяемой в биологии и медицине, при малой выборке с определением достоверности различий Р<95 %.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Системно-структурный анализ результатов исследования поврежденной ЧМБ позволил выявить у больных сниженную биоэлектрическую активность 3 ее головок в ходьбе до 2-3 мкВ (норма 10±2 мкВ), а при функциональных пробах она выявлялась, но была достоверно ниже по сравнению с показателями здоровой конечности. Функционирование ЧМБ контралатеральной конечности отличалось компенсаторным увеличением биоэлектрической активности в ходьбе до 11-21 мкВ, что сопровождалось нарушением коэффициента асимметрии (КА) одноименных мышц обеих конечностей до 0,290,17 (норма - 1,1-0,99). Функциональная несостоятельность ЧМБ поврежденной конечности сопровождалась двусторонним компенсаторным увеличением биоэлектрической активности сгибателей голени: m. biceps femoris до 11-14 мкВ (норма - 9,2±1,42 мкВ) с КА = 1,76, группы m. semi до 20-22,5 мкВ (норма - 9,2±1,06 мкВ) при КА = 1,32. Преобладание увеличенного напряжения сгибателей голени обусловливало ходьбу пригибным шагом [7] и флексорную по-зную установку.

Сопоставление показателей ЭМГ с биомеханическими данными статики позволило выявить нарушения позной установки. В условиях привычного патологического стереотипа стояния вес тела равномерно распределялся на конечности. КАСН ФП равнялся 1,0±0,04, достоверно не отличаясь от нормы (096-1,04). Однако при этом перегружались передние отделы стоп относи- тельно задних и КАСН СП достоверно снижался до 1,34±0,08 (норма - 1,95±-0,04), что косвенно свидетельствовало о смещении ОЦМ кпереди, обусловленным двусторонним увеличением сгибательных установок в коленных суставах до 6,23±0,66° (норма - 3,9-4,1°).

Патологический стереотип ходьбы отличался достоверным снижением скорости до 0,87±0,27 м/сек (норма - 1,2-1,4 м/сек) и длины шага каждой из конечностей до 59±1,52 см (норма - 70 см). Соответственно скорости был снижен задний толчок больной конечности до 100±1,42 % (норма - 107-109 %) без компенсаторного увеличения контралатерального заднего толчка, при двустороннем нарушении передних толчков и нагрузки в одноопорные периоды шага. Однако при сниженных показателях скорости ходьбы и длины шага было выявлено увеличение амплитуды движений в коленном суставе больной конечности до 68,8±4,35° и в контралатеральном до 69,7±3,95° (норма -62,48±0,4°), а в тазобедренных - соответственно до 29,76±1,64° и до 33,58±1,97° (норма -23,2±0,42°) при недостоверном отличии от нормы КА (0,99±0,02 и 0,88±0,03). Увеличение амплитуд движения в суставах связано с преобладанием двустороннего сгибания в коленных суставах, достигающего 66° (норма - 54,1°), при ограничении разгибания - до 5-2° (норма -8,5°). Нарушенное соотношение сгибания суставов относительно их разгибания еще раз подтверждало патологический тип ходьбы пригиб- ным шагом. Сохранение устойчивого равновесия в ходьбе достигалось значительным двусторонним равномерным увеличением энергозатрат мышц голени: биоэлектрическая активность m. gastrocnemius увеличивалась до 29-31 мкВ (норма - 7±0,04 мкВ) при КА = 1,07 (Р<95 %) и m. tibialis anterior - до 34-36 мкВ (норма -9±0,24 мкВ) при КА = 1,04 (Р<95 %).

Пригибной шаг сопровождался нарушением продолжительности фаз и периодов шага, а также рассогласованностью угловых отклонений сегментов туловища. Хронометрические показатели соответственно замедленной скорости ходьбы отличались двусторонней более длительной продолжительностью одноопорных периодов до 0,490,52 сек. (норма - 0,42 сек.), общеопорных периодов - до 1,03-1,13 сек (норма - 0,81±0,02 сек.), продолжительности двойного шага - до 1,49±0,08 и 1,45±0,07 сек. (норма - 1,22±0,02 сек.) и опоры на всю стопу - до 0,66 сек. (норма - 0,47±0,01 сек.). Нарушением показателей отличались и перекаты через отделы стоп. Преобладание сгибания над разгибанием в коленном суставе сопровождалось кратковременностью опоры на носок боль- ной конечности до 0,17±0,01 сек. и компенсаторным увеличением на носок здоровой до 0,34±0,03 сек. (норма 0,23-0,27 сек.) при снижении КА до 0,56±0,1. В то же время отмечено, что продолжительность переката через пятку снижалась с обеих сторон до 0,06-0,07 сек. (норма 0,08-0,10 сек.) при одновременном снижении КА до 0,83±0,06.

Рассогласованность угловых отклонений сегментов туловища проявлялась в двух плоскостях. Увеличение угловых отклонений таза во фронтальной плоскости достигало 5-6° (при норме 3,25°), КА 1,33±0,31, тогда как в сагиттальной плоскости угловые отклонения таза кпереди в момент опоры на больную конечность уменьшались до 1,86±0,15°, а в момент опоры на здоровую увеличивались до 3,5±0,25° (норма - 2,5±0,5°) при снижении КА до 0,5±0,08. Увеличение угловых отклонений плечевого пояса наблюдалось во фронтальной до 7-9° (норма - 4,6±0,04), при КА = 1,35±0,23 и сагиттальной плоскости до 9,310,42° - КА в пределах нормы. Гипермобильность плечевого пояса свидетельствует о значительном увеличении флексорной установки, способствующей продвижению тела вперед.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Избранная совокупность биоэлектрических, хронометрических, локомоторных и статических параметров комплексного исследования позволила получить наиболее полную объективную информацию не только о функциональном состоянии поврежденной мышцы, но и о реализации ее биоэлектрической активности в функционировании ОДС в статике и ходьбе.

Статические нарушения при повреждении ЧМБ характеризуются смещением ОЦМ кпереди, обусловленного двусторонним сгибанием коленных суставов. Функциональная несостоятельность поврежденной ЧМБ проявляется крайне низкой ее биоэлектрической активностью в ходьбе и слабым участием при выполнении статических функциональных проб. Дисфункция этой мышцы наиболее выражена в ходьбе за счет превалирования сгибания над разгибанием в обоих тазобедренных и коленных суставах. При этом функциональный дефицит поврежденной ЧМБ компенсируется значительным повышением биоэлектрической активности головок ЧМБ контралатеральной конечности и гиперфункцией задней группы мышц обоих бедер.

Патологический тип ходьбы у пациентов с повреждением ЧМБ характеризуется укорочением длины шага, снижением скорости ходьбы и отсутствием заднего толчка пораженной конечности при нормальном контралатеральном толчке. Недостаточность динамических факторов ходьбы компенсируется дополнительными механизмами, способствующими продвижению тела вперед за счет увеличения угловых отклонений плечевого пояса в сагиттальной и фронтальной плоскостях и тазового пояса во фронтальной плоскости, тогда как в сагиттальной плоскости угловые отклонения таза в момент опоры на больную конечность уменьшаются, а при опоре на здоровую - увеличиваются.

Выявленные электромиографические и биомеханические нарушения ОДС в статике и ходьбе объективно характеризуют биомеханический статус пациента при повреждениях ЧМБ. Объективные критерии могут быть использованы в динамике для функциональной оценки эффективности хирургического лечения застарелых повреждений разгибательного аппарата коленного сустава.