Динамика ЭМГ-паттернов мышц при удлинении нижних конечностей ортопедических больных
Автор: Сайфутдинов М.С., Попков А.В., Аранович A.M., Сизова Т.В.
Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii
Рубрика: Оригинальные статьи
Статья в выпуске: 1, 2007 года.
Бесплатный доступ
Анализ разнообразия паттернов ЭМГ мышц нижних конечностей разных групп ортопедических больных показал, что изменения возбудимости спинальных двигательных центров в процессе дистракционного остеосинтеза носят неспецифический характер. Динамика частоты встречаемости некоторых типов ЭМГ отражает этиологические особенности функционального состояния двигательных единиц перед первым оперативным вмешательством и в поздние сроки реабилитационного периода перед началом повторного удлинения.
Двигательные единицы, мышцы, электромиограмма, дистракционный остеосинтез
Короткий адрес: https://sciup.org/142120975
IDR: 142120975
Текст научной статьи Динамика ЭМГ-паттернов мышц при удлинении нижних конечностей ортопедических больных
Как отмечалось ранее [1, 2], угнетение произвольной электромиограммы (ЭМГ) в условиях дистракционного остеосинтеза следует рассматривать как следствие развития центрального торможения, которое носит [3] охранительный характер и является частью общей неспецифической реакции сенсомоторной системы на воздействие оперативной травмы и длительного дозированного растяжения тканей конечности [5]. Однако на фоне общего угнетения биоэлек- трической активности мышц удлиняемого сегмента можно наблюдать разнообразие проявлений суммарной активности двигательных единиц (ДЕ).
В связи с вышесказанным целью настоящей работы был анализ динамики ЭМГ-паттернов при максимальном произвольном напряжении мышц нижних конечностей ортопедических больных в условиях дистракционного остеосинтеза.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Всех больных мы разделили на две группы: 1) 61 больной ахондроплазией 4-27 лет (25 мужского и 36 женского пола), обследованные перед очередным этапом лечения (66 наблюдений), в процессе удлинения бедра и голени (18 наблюдений) и после его окончания (21 наблюдение); 2) 122 больных 4-17 лет (60 мужского и 62 женского пола) с укорочениями и деформациями нижних конечностей врождённого генеза (85 человек), последствиями остеомиелита (31 человек) и другой этиологии (6 человек). Обследования проводили перед очередным этапом лечения (84 наблюдения), в процессе удлинения бедра, голени, бедра и голени (151 наблюдение) и после его окончания (112 наблюдений).
ЭМГ четырёх мышц нижних конечностей: m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. rec- tus femoris, m.biceps femoris справа и слева получали при их максимальном произвольном напряжении [5] с использованием цифровой ЭМГ-системы «DISA-1500» (Dantec, Дания). Отведение ЭМГ осуществляли с помощью биполярного поверхностного электрода с площадью отводящих поверхностей 8 мм и межэлектродным расстоянием 10 мм. Тестовое движение выполнялось после предварительной инструкции плавно и с максимальным усилием, преодолевая сопротивление, оказываемое лаборантом. Длительность максимального напряжения мышцы не превышала 3 секунды [5]. Измеряли среднюю амплитуду (от пика до пика) и частоту следования колебаний ЭМГ в секунду. У больных с аппаратом на бедре m. biceps femoris в процессе лечения не тестировалась, поскольку они не могли находиться в рас- слабленном состоянии лёжа на животе. Для проведения качественного анализа все записи ЭМГ были распределены по таксономическим единицам в соответствии с разработанной нами классификацией.
Классификация произвольной ЭМГ . Всё многообразие вариантов ЭМГ при максимальном произвольном напряжении, отводимых накожными электродами, мы условно подразделили на 3 больших типа (таблица 1): интерференционную ЭМГ, редуцированную ЭМГ и атипичную ЭМГ, состоящую из отдельных потенциалов действия (ПД) двигательных единиц [5]. Принадлежность ЭМГ к этим типам зависит от характера суммации ПД ДЕ при её отведении и определяется сочетанием центральных и периферических условий.
Всю шкалу значений амплитуд (A) мы условно разделили на три диапазона. Границы диапазонов выбраны эмпирически, на основании ранее полученных данных и их интерпретации. В связи с этим вышеуказанные типы ЭМГ превращаются в функциональные подтипы. При этом для интерференционной ЭМГ выделены три диапазона частоты (f), поэтому подтипы интерференционной ЭМГ распадаются на соответствующие классы. Ранее было показано [6], что снижение в ходе дистракции амплитуды произвольной ЭМГ ниже 20 мкВ повышает вероятность возникновения необратимых изменений структуры и функции уд- линённой мышцы. При этом интерференционная ЭМГ столь низкой амплитуды при накожном отведении наряду с ПД ДЕ интегрирует значительную долю (неподдающуюся на сегодняшнем уровне развития технологии отведения и анализа биоэлектрической активности количественной оценке) тканевого шума. Поэтому мы посчитали целесообразным выделить такую ЭМГ в отдельную таксономическую единицу - тип «И-min», и не фиксировать в таких случаях значение частоты колебаний, поскольку в данных условиях она мало связана с активностью ДЕ.
По тем же причинам все варианты биоэлектрической активности ниже критического уровня амплитуды (20 мкВ), а также полное биоэлектрическое молчание (ABS) объединены в единую таксономическую единицу – «Min-3». Ввиду особенностей функционирования механизмов генерации произвольной ЭМГ (которые будут рассмотрены ниже), генетическая связь между основными выделяемыми нами таксонами прослеживается легко, в зависимости от стадии денервационно-реиннервационного процесса [7], за исключением редуцированной ЭМГ, которая на схеме представлена отдельно. Определяли частоту встречаемости каждого типа ЭМГ-паттерна как выраженное в процентах отношение числа случаев, в которых он встречается, к общему количеству наблюдений на данный период лечения.
Таблица 1
Распределение паттернов ЭМГ при максимальном произвольном напряжении в зависимости от их конфигурации и амплитудно-частотных характеристик
|
Амплитудные диапазоны ЭМГ |
Атипичная ЭМГ |
Редуцированная ЭМГ |
Интерференционная ЭМГ |
|||
|
частотные диапазоны |
||||||
|
f < 100 к/с |
100 к/c < f < 300 к/с |
f > 300 к/с |
||||
|
a |
b |
c |
||||
|
A > 100 мкВ |
1 |
ПД-1 |
Ред-1 |
Инт-1a |
Инт-1b |
Инт-1c |
|
20 мкВ < A < 100 мкВ |
2 |
ПД-2 |
Ред-2 |
Инт-2a |
Инт-2b |
Инт-2c |
|
A=20 мкВ |
И-min |
|||||
|
A < 20 мкВ |
Min-3 |
|||||
Примечание: объяснение в тексте.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Частота встречаемости типов ЭМГ в анализируемой выборке больных представлена в таблице 2. Во всех тестированных мышцах в предоперационном периоде преобладает ЭМГ-паттерн «Инт-1b», соответствующий интерференционному типу ЭМГ. При этом у больных с односторонним укорочением частота встречаемости данного типа для мышц контралатеральной конечности незначительно выше, чем на стороне патологии. Из других видов паттернов ЭМГ можно отметить наличие типа «Инт-1с», отличающегося более высокой частотой колебаний. Случаев наблюдения данного паттерна было значительно меньше у больных с укорочениями и аномалиями развития конечностей. В группе больных ахондроплазией паттерн «Инт-1с» встречался чаще, хотя и уступал по количеству наблюдений типу «Инт-1b», за исключением m. gastrocnemius lateralis. Низкоамплитудная («Инт-2b») и редуцированная («Ред-1» и «Ред-2») ЭМГ встречались в единичных случаях при обследовании больных с аномалиями развития конечностей перед очередным этапом удлинения.
В период аппаратного лечения частота встречаемости типа «Инт-1b» резко падает, вплоть до полного исчезновения. В это время значительно повышается частота встречаемости низкоамплитудной («Инт-2b»), низкоамплитудной урежен-ной («Инт-2а») и редуцированной («Ред-1» и «Ред-2») ЭМГ. Отмечены также единичные случаи достижения критического уровня биоэлектрической активности. Причём в период дист- ракции такие наблюдения, наряду со случаями редуцированной ЭМГ, встречаются чаще, чем во время фиксации, когда начинает превалировать уреженная низкоамплитудная ЭМГ.
У больных с односторонними укорочениями для мышц контралатеральной конечности оста-
ётся высокой частота встречаемости основного интерференционного типа («Инт-1b») ЭМГ. Среди других паттернов чаще встречается «Инт-1с». Уреженная и редуцированная ЭМГ отмечена в единичных случаях у больных с врождённой аномалией развития конечностей.
Таблица 2
Частота встречаемости (%) паттернов ЭМГ при максимальном произвольном напряжении у ортопедических больных на разных стадиях лечебно-реабилитационного процесса
|
ЭМГ-паттерны |
Первая группа |
Вторая группа |
|||||
|
До лечения |
В аппарате |
После лечения |
До лечения |
В аппарате |
После лечения |
||
|
Pi о Pi Щ н $ (/) в н S |
Инт-1a |
0,0 |
6,3 |
0,0 |
0,0 |
2,8 |
0,0 |
|
Инт-1b |
60,0 |
36,6 |
70,6 |
89,3 |
19,7 |
81,8 |
|
|
Инт-1c |
40,0 |
0,0 |
0,0 |
9,5 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Инт-2a |
0,0 |
6,1 |
0,0 |
1,2 |
4,2 |
9,1 |
|
|
Инт-2b |
0,0 |
17,8 |
7,3 |
0,0 |
16,2 |
0,0 |
|
|
Инт-2c |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Ред-1 |
0,0 |
6,1 |
9,9 |
0,0 |
18,3 |
9,1 |
|
|
Ред-2 |
0,0 |
9,4 |
9,9 |
0,0 |
17,6 |
0,0 |
|
|
ПД-1 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
ПД-2 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
7,7 |
0,0 |
|
|
И-min |
0,0 |
5,9 |
0,0 |
0,0 |
10,6 |
0,0 |
|
|
Min-3 |
0,0 |
11,9 |
2,4 |
0,0 |
2,8 |
0,0 |
|
|
н С j в S Z и О Pi н < о S |
Инт-1a |
0,0 |
2,8 |
0,0 |
2,4 |
0,0 |
0,0 |
|
Инт-1b |
50,0 |
25,8 |
55,3 |
79,5 |
10,5 |
72,7 |
|
|
Инт-1c |
50,0 |
0,0 |
2,6 |
10,8 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Инт-2a |
0,0 |
0,0 |
2,6 |
0,0 |
0,8 |
0,0 |
|
|
Инт-2b |
0,0 |
14,1 |
7,9 |
4,8 |
11,3 |
0,0 |
|
|
Инт-2c |
0,0 |
5,9 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Ред-1 |
0,0 |
17,2 |
18,4 |
2,4 |
12,0 |
9,1 |
|
|
Ред-2 |
0,0 |
14,2 |
10,5 |
0,0 |
27,1 |
9,1 |
|
|
ПД-1 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,8 |
0,0 |
0,0 |
|
|
ПД-2 |
0,0 |
2,8 |
0,0 |
0,0 |
13,5 |
9,1 |
|
|
И-min |
0,0 |
8,7 |
2,6 |
0,0 |
17,3 |
0,0 |
|
|
Min-3 |
0,0 |
8,7 |
0,0 |
0,0 |
6,8 |
0,0 |
|
|
(/) Pi о S щ (Z) н и Щ Pi S |
Инт-1a |
0,0 |
9,1 |
5,6 |
0,0 |
1,4 |
0,0 |
|
Инт-1b |
94,4 |
9,1 |
62,1 |
95,7 |
7,0 |
60,0 |
|
|
Инт-1c |
5,6 |
4,5 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Инт-2a |
0,0 |
4,5 |
5,4 |
0,0 |
5,6 |
0,0 |
|
|
Инт-2b |
0,0 |
18,2 |
8,0 |
2,9 |
4,2 |
0,0 |
|
|
Инт-2c |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
Ред-1 |
0,0 |
4,5 |
8,2 |
1,4 |
7,0 |
10,0 |
|
|
Ред-2 |
0,0 |
18,2 |
8,0 |
0,0 |
15,5 |
10,0 |
|
|
ПД-1 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
ПД-2 |
0,0 |
4,5 |
0,0 |
0,0 |
16,9 |
0,0 |
|
|
И-min |
0,0 |
18,2 |
2,6 |
0,0 |
33,8 |
20,0 |
|
|
Min-3 |
0,0 |
9,1 |
0,0 |
0,0 |
8,5 |
0,0 |
|
|
(Z) Pi о S (Z) си Щ у m S |
Инт-1a |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
16,7 |
|
Инт-1b |
94,4 |
-- |
79,5 |
97,0 |
-- |
33,3 |
|
|
Инт-1c |
5,6 |
-- |
0,0 |
1,5 |
-- |
0,0 |
|
|
Инт-2a |
0,0 |
-- |
3,3 |
1,5 |
-- |
0,0 |
|
|
Инт-2b |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
0,0 |
|
|
Инт-2c |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
0,0 |
|
|
Ред-1 |
0,0 |
-- |
6,9 |
0,0 |
-- |
16,7 |
|
|
Ред-2 |
0,0 |
-- |
6,9 |
0,0 |
-- |
0,0 |
|
|
ПД-1 |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
0,0 |
|
|
ПД-2 |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
16,7 |
|
|
И-min |
0,0 |
-- |
3,3 |
0,0 |
-- |
0,0 |
|
|
Min-3 |
0,0 |
-- |
0,0 |
0,0 |
-- |
16,7 |
|
После снятия аппарата частота встречаемости основного интерференционного типа ЭМГ восстанавливается достаточно быстро и у больных с укорочениями и аномалиями развития нижних конечностей достигает уровня, близкого к дооперационным значениям. На контралатеральной конечности наряду с основным паттерном ЭМГ встречается тип «Инт-1c». У больных ахондроплазией ЭМГ-паттерн «Инт-1b» по частоте встречаемости в мышцах голени превышает дооперационный уровень за счет уменьшения доли типа «Инт-1c». Остальные варианты ЭМГ встречаются значительно реже в единичных наблюдениях.
Для оценки степени восстановления функционального состояния ДЕ мышц нижних конечностей у больных, ранее подвергавшихся воздействию дистракционного остеосинтеза, перед очередным этапом удлинения сравнивали профили их ЭМГ-паттернов с данными, полученными перед первым этапом лечения (рис. 1-2). Для упрощения процедуры сравнения выделенные нами паттерны ЭМГ объединены в большие функциональные группы. Для удобства сравнения больших (до 100 %) и маленьких (доли процента) значений частоты встречаемости признаков использована логарифмическая шкала оси ординат. На рисунках видно, что ЭМГ-профили перед первым и последующими этапами лечения близки по конфигурации, особенно в области высокоамплитудной ЭМГ, что говорит о том, что двигательная система в основном успела восстановить своё функциональное состояние за период между предыдущим снятием аппарата и последующей операцией. Это соответствует данным, полученным в ранее проведённых исследованиях [6].
Интерес представляет некоторое повышение у больных ахондроплазией, по сравнению с первым этапом, доли «Инт-1b» типа за счёт уменьшения частоты встречаемости «Инт-1c» паттернов, что, по-нашему мнению, отражает определённые перестройки внутренней структуры мышц. В этой связи нам представляется перспективным сопоставить наблюдаемые типы ЭМГ с данными современных ультразвуковых методов визуализации структуры мышц.
Таким образом, выделенные нами ЭМГ-паттерны отражают динамику функционального состояния двигательных единиц мышц нижних конечностей у ортопедических больных в условиях дистракционного остеосинтеза. Распределение типов биоэлектрической активности в сравниваемых группах больных отражает влияние этиологического фактора на частоту встречаемости разных вариантов ЭМГ.
Рис. 1. Сравнение ЭМГ- профилей мышц нижних конечностей больных первой группы перед первым (A) и последующими этапами (B) лечения методом дистракционного остеосинтеза. Ось абсцисс – ЭМГ- паттерны: 1 – основной тип, 2 – интерференционная высокоамплитудная ЭМГ с крайними значениями частоты, 3 – интерференционная низкоамплитудная ЭМГ, 4 – редуцированная ЭМГ, 5 - атипичная ЭМГ, 6 - сверхнизкая биоэлектрическая активность. Ось ординат имеет логарифмическую шкалу
Рис. 2. Сравнение ЭМГ-профилей мышц оперированной конечности больных второй группы перед первым (А) и последующими (В) этапами лечения методом дистракционного остеосинтеза. Ось абсцисс – ЭМГ- паттерны: 1 – основной тип, 2 – интерференционная высокоамплитудная ЭМГ с крайними значениями частоты, 3 – низкоамплитудная интерференционная ЭМГ, 4 – редуцированная ЭМГ, 5 - атипичная ЭМГ, 6 - сверхнизкая биоэлектрическая активность. Ось ординат имеет логарифмическую шкалу
