Сравнительный анализ анизотропии текстуры мышц при ортопедической патологии и в условиях повышенных регулярных тренирующих воздействий

Введение. Проблема изучения реактивных изменений в скелетных мышцах остается актуальной, так как наличие адекватной ежедневной двигательной активности, определяемое состоянием нервно-мышечного аппарата, – важнейшие факторы сохранения здоровья и увеличения продолжительности жизни. К настоящему времени сформированы различные научные подходы в оценке структуры мышц. Это продиктовано необходимостью выявления патологических изменений в них по мере старения [10], срывов адаптации в спортивной физиологии и ряда нервномышечных заболеваний. Новые диагностические возможности неинвазивного исследования скелетных мышц предоставляют современные методы визуализации. Среди них наибольшее распространение получил метод эхографии (ЭХ) или ультразвуковые исследования (УЗИ). В последние годы развивается новый подход в изучении мышечной структуры, получивший название «анализ анизотропии текстуры». В его основу положены математическая обработка полученных результа- тов при ЭХ или магнитно-резонансной томографии (МРТ). Так, по данным G. Nketiah et al. (2015), при МРТ выявлены различия текстуры различных мышц у спортсменов по сравнению с контрольной группой [2]. Авторам впервые удалось проследить взаимосвязь специфической физической нагрузки с показателями текстуры мышц. Хотя у лиц, занимающихся пауэрлифтингом, достоверных различий изучаемых параметров текстуры мышц по сравнению с контрольной группой установлено не было [2]. Информативным указанный подход оказался и для диагностики патологических изменений в скелетных мышцах – при болезни Дюшена [5], миопатии, полимиозите, боковом амиотрофическом склерозе [13, 17].

Цель: изучение с помощью эхографии особенностей анизотропии текстуры мышц нижней конечности у лиц с врожденным укорочением и у спортсменов высокого спортивного мастерства – бегунов на средние дистанции и борцов греко-римского стиля.

Материал и методы. Исследование основано на анализе результатов эхографии скелетных мышц конечностей у пациентов с врожденным укорочением одной из нижних конечностей (группа 1, n = 11) и легкоатлетов – бегунов на средние дистанции, являющихся мастерами или кандидатами в мастера спорта (группа 2, n = 11). В третью группу вошли борцы греко-римского стиля (n = 10). Возраст обследованных во всех трех группах составил 18–24 г.

Для комплексной оценки функционального состояния конечности тестировали также моменты силы мышц тыльных сгибателей стопы (ТСС), для чего использовали динамометрический стенд (разработка Центра им. Илизарова). Оценивали анизотропию мышц голеней с помощью расчетных показателей – индекса анизотропии текстуры (ИАТ) ткани [8]. Для выполнения таких расчетов эхографию мышечного брюшка осуществляли поперечно и продольно относительно анатомической оси конечности. Применяли линейные датчики 7,5–12,0 МГц. Использовали разработанный нами критерий анизотропии текстуры мышц (АТМ), рассчитываемый по формуле:

АТМ = [М(long) – M(transv)] / М(long), где М(long) – показатель модального значения уровня эхогенности, отражаемый на гистограммах при продольной ориентации в усл. ед. серой шкалы; M(transv) – указанный показатель при поперечной ориентации датчика. Проводили также антропометрию. У спортсменов оценивали продолжительность спортивной деятельности.

Результаты исследования. Анализ антропометрических данных выявил статистически значимое снижение массы тела и роста в группе пациентов относительно показателей у спортсменов (табл. 1).

Площадь поперечного сечения ТСС пораженной конечности в первой группе составила 7,38 ± 0,15 см2, что на 22,1 % ниже показателей у легкоатлетов и на 36,9 % ниже

Таблица 1

Table 1

Антропометрические показатели трех групп обследованных лиц, M ± m

Anthropometric data of the people examined, M ± m

Группа Group	Число, n Number, n	Возраст, лет Age, years	S попер. сеч., см2 C/s area, сm2	Масса тела, кг Body weight, kg	Длина тела, см Body length, cm	Длина голени, см Lower limb length, cm	Срок деятел., лет Activity duration, years
Пациенты, пораж. / инт. голень Patients, affected / unaffected lower limb	11	19,9 ± 4,31	7,38 ± 0,2 / 10,44 ± 2,4*	45,7 ± 3,76*	153,3 ± 3,03*	31,8 ± 0,06 / 35,7 ± 2,98*	–
Легкоатлеты Runners	11	19,9 ± 2,0	9,47 ± 2,0 / 9,54 ± 1,9	55,6 ± 2,1*	166,2 ± 4,1	38,5 ± 1,2 / 39,5 ± 1,3	6,1
Борцы Wrestlers	10	20,2 ± 1,2	11,7 ± 1,8 / 11,3 ± 1,3*	71,4 ± 3,8*	170,7 ± 3,4	39,6 ± 0,9 / 39,6 ± 0,8	7,9

Примечание. Принятые обозначения: M ± m – среднее значение ± стандартная ошибка; S попер. сеч. – площадь поперечного сечения мышц ТСС; * – достоверность различий по критерию Манна – Уитни р ≤ 0,05.

Note. M ± m – average value ± standard deviation; C/s area – cross-sectional area – dorsal flexors of the foot; * – significance of differences according to the Mann–Whitney test р ≤ 0.05.

Таблица 2

Table 2

Параметры эхографии мышц – тыльных сгибателей стопы и расчетные значения анизотропии их текстуры в группе (n = 11) с врожденным укорочением нижней конечности, М ± m (усл. ед.)

Echography data of the dorsal flexors of the foot and the calculated texture anisotropy values in patients with congenital shortening of the lower limb (n = 11), М ± m (standard units)

Голень Lower limb	Период Period	Пораженная голень, n = 11 Affected lower limb, n = 11		Интактная голень, n = 11 Unaffected lower limb, n = 11
		m.ext.digit.	m.tib.anter.	m.ext.digit.	m.tib.anter.
Ур. эхоген. Echogenicity	исх. initial	31,6 ± 1,8	29,7 ± 2,6	32,3 ± 4,3	30,3 ± 3,6
Отн. неодн. Relative heterogeneity	исх. initial	0,18*	0,3	0,25	0,29
Ур. эхоген. Echogenicity	фикс. fix.	38,0 ± 1,33*	36,2 ± 3,3	35,0 ± 2,22	32,7 ± 1,29
Отн. неодн. Relative heterogeneity	фикс. fix.	0,33	0,4	0,27	0,3
Момент силы Moment of force	исх. initial	29,8 ± 2,4 Н·м 29,8 ± 2,4 N·m		58,0 ± 4,5 Н·м 58,0 ± 4,5 N·m

Примечание. Принятые обозначения: M ± m – среднее значение ± стандартная ошибка; * – достоверность различий по критерию Манна – Уитни р ≤ 0,05; ** – р ≤ 0,01; исх. – исходный показатель; фикс. – период фиксации.

Note. M ± m, average value ± standard deviation; * – significance of differences according to the Mann– Whitney test р ≤ 0.05; ** – р ≤ 0.01; initial – initial data; fix – fixation period; N·m – Newton·meter.

параметра у борцов. В то же время указанный показатель на интактном сегменте не отличался относительно параметра мышц ТСС у спортсменов-легкоатлетов. Прослежена определенная динамика уровня эхогенности мышц ТСС пораженной голени (табл. 2). Обнаружено, что до оперативного удлинения голени уровень эхогенности пораженного и интактного сегментов не различался. Вместе с тем расчетные значения ИАТ m. extensor digitorum longus были достоверно ниже показателя на интактном сегменте (р ≤ 0,05 по критерию Манна – Уитни).

Для m. tibialis anterior укороченного и интактного сегмента указанный параметр составил 0,29–0,30, т. е. соответствовал уровню физиологической структурной неоднородности. Следовательно, при сопоставлении анизотропных свойств текстуры передней группы мышц пораженной и контралатеральной (интактной) голени до оперативного удлинения выявлено умеренное снижение структурной неоднородности m. extensor digitorum longus (см. табл. 2). После уравнивания длины голени по методу Илизарова выявлено статистически значимое повышение ИАТ m. extensor digitorum longus на 83,3 % и достигшего 0,33 (р ≤ 0,01). Это соответствует физиологической структурной неоднородности. Для m. tibialis anterior удлиненной голени в периоде фиксации ИАТ сохранилась на физиологическом уровне и составила 0,4. Изучаемые параметры мышц интактного сегмента находились в физиологических пределах, составив 0,25–0,3. Это свидетельствует о целесообразности модификации методических подходов при изучении количественных характеристик анизотропии скелетных мышц при эхографии. Анализ количественных показателей эхографии скелетных мышц в группах спортсменов показал следующее (табл. 3). Площадь поперечного сечения мышц ТСС (Sтсс) у борцов превышала параметр у легкоатлетов. Так, у бегунов для правой голени Sтсс составила 9,5 ± 0,9 см2, что на 19,1 % ниже (р ≤ 0,05), чем у борцов, и 9,54 ± 0,7 см2 – для левой (ниже на 15,6 % параметра у борцов) (р ≤ 0,05). В группе борцов Sтсс на правой голени достигала 11,7 ± 1,0 см2 и 11,3 ± 0,8 см2. Асимметрии по критерию Sтсс мышц ТСС в обеих группах спортсменов не наблюдалось. Уровень эхогенности статистически значимо в обеих группах спортсменов не различался. Сопоставительный анализ ИАТ мышц голеней у легкоатлетов выявил достоверно более низкие значения, чем у борцов (табл. 3). У бегунов ИАТ для m. extensor digitorum longus левой голени достигал 0,10, а для m. tibialis anterior –

Таблица 3

Table 3

Параметры ультразвукового тестирования тыльных сгибателей стопы в группе борцов и бегунов и индексы структурной анизотропии, М ± m (усл. ед.) Ultrasonic testing of the dorsal flexors of the foot in wrestlers and runners and texture anisotropy values, М ± m (standard units)

Голень Lower limb	Группа Group	Правая Right	Левая Left	Правая Right		Левая Left
		S попер. сеч., см2 C/s area, cm2		m.ext. digit.	m.tib. ant.	m.ext. digit.	m.tib. anter.
Уровень эхогеннос. Echogenicity	Бегуны Runners	9,5 ± 0,9	9,54 ± 0,7	32,7 ± 1,3	33,8 ± 2	32,89 ± 3,0	33,9 ± 2,1
Относит. неоднород. Relative heterogeneity				0,11	0,26	0,10	0,2
Момент силы, Н·м Moment of force, N·m	Бегуны Runners			52,0 ± 1,5		53,0 ± 2,0
Уровень эхогеннос. Echogenicity	Борцы Wrestlers	11,7 ± 1*	11,3 ± 0,8*	30,3 ± 2,0	31,5 ± 1	33,17 ± 2,0	30 ± 1,9
Относит. неоднород. Relative heterogeneity				0,16	0,30	0,25*	0,35*
Момент силы, Н·м Moment of force, N·m	Борцы Wrestlers			64,3 ± 1,0**		64,9 ± 1,9**

Примечание. Принятые обозначения: M ± m, среднее значение ± стандартная ошибка; * – достоверность различий по критерию Манна – Уитни р ≤ 0,05; ** – р ≤ 0,01; Ур. эхоген. - уровень эхогенности; исх. – исходный показатель; фикс. – фиксация.

Note. M ± m, average value ± standard deviation; * – significance of differences according to the Mann– Whitney test р ≤ 0.05; ** – р ≤ 0.01; initial – initial data; fix – fixation period. N·m – Newton·meter.

0,2. Это свидетельствуют об умеренно сниженной структурной анизотропии исследованных мышц у бегунов. Асимметрии по критерию ИАТ мышц у бегунов не наблюдалось.

В группе борцов установлена асимметрия ИАТ m. extensor digitorum longus правой и левой голеней. Выявлено снижение на 36 % ИАТ m. extensor digitorum longus правой голени по сравнению с показателем на левом сегменте и составившего 0,16 и 0,25 соответственно. Для m. tibialis anterior ИАТ составлял 0,25 (справа) и 0,35 (слева) (см. табл. 3). Такие значения ИАТ близки к физиологическому уровню параметра. Следовательно, адаптивные перестройки скелетных мышц нижней конечности в ответ на регулярные повышенные тренировки у борцов высокого спортивного мастерства происходят не однонаправленно. Использованный нами критерий – индекс анизотропии текстуры мышц – информативен для выявления различий их структурно-функциональных различий в условиях воздействия повышенных физических нагрузок. В целом указанные количественные параметры текстуры мышц в группе борцов отражают близкое к физиологическому состояние анизотропии.

Заключение . Скелетным мышцам свойственна анизотропия различных свойств – структурных, биомеханических, биоэлектрических [6, 7]. В исследованиях на образцах ткани обнаружена анизотропия механических свойств [14]. Изучение пассивных свойств скелетной мышечной ткани m. extensor digitorum longus кроликов выявило более высокие значения линейного модуля при продольном растяжении относительно модуля при воздействии в поперечном направлении [15]. Использование одновременного ультразвукового сканирования мышц двумя датчиками дало возможность получить 3D-информацию о геометрии мышц [11]. Авторы описали поперечную анизотропию пучков латеральной головки икроножной мышцы в процессе произвольного сокращения. Эти исследования показывают, что структурная анизотропия при сокращении мышцы характеризуется неравномерной деформацией мышечных пучков.

Обзор современных стратегий при неинвазивном исследовании структуры скелетных мышц под влиянием различных факторов свидетельствует о целесообразности сочетания целого ряда параметров [3, 9]. При эхографии такими критериями являются эхоин- тенсивность [4], эховариации и толщина мышц [16]. Широко используются и другие показатели: площадь поперечного сечения мышц, угол пеннации, текст на контрактильную активность, удельная сила мышц, длина мышечных пучков [1, 12]. Нами установлено, что площадь поперечного сечения тыльных сгибателей стопы пораженной конечности в группе пациентов оказалась на 22,1 % ниже показателей у легкоатлетов и на 36,9 % ниже параметра у борцов. На интактном сегменте этот показатель не отличался по сравнению с данными у спортсменов-легкоатлетов.

Асимметрии по критерию «индекса анизотропии текстуры» мышц у бегунов не наблюдалось. В группе борцов установлена асимметрия анизотропии текстуры m. extensor digitorum longus правой и левой голеней.

Таким образом, результаты настоящего исследования показали, что такие параметры мышц голени, как толщина, площадь их поперечного сечения, индекс анизотропии текстуры и их силовые параметры находятся в тесной взаимосвязи и определяются уровнем и характером функционального нагружения конечностей. Гипотрофия и гиподинамия мышц пораженной голени у пациентов с укорочениями нижней конечности приводят к снижению анатомического поперечника мышц и показателя анизотропии текстуры m. extensor digitorum longus. У спортсменов особенности адаптационных перестроек функциональных и структурных свойств мышц определяются спецификой тренирующих воздействий.