Информация по реабилитации инвалида-колясочника, спинальника и др.
 
Информация по реабилитации инвалида - колясочника, спинальника и др.
 
 
 
Меню   Раздел Медицинская реабилитация   Реклама
         
 
Поиск
 

Мой баннер
 
Информация по реабилитации инвалида-колясочника, спинальника и др.
 
Статистика
 
Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100
 

Биомеханическое и электромиографическое исследование ходьбы больных с последствиями позвоночно-спинальной травмы шейного отдела

Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова, №1, 2005.
Биомеханическое и электромиографическое исследование ходьбы больных с последствиями позвоночно-спинальной травмы шейного отдела
Е.М. Миронов, А.С. Витензон, Г.П. Гриценко, К.А. Петрушанская
Федеральный научно-практический центр медико-социальной экспертизы и реабилитации инвалидов, Москва

Рассмотрена биомеханическая и иннервационная структура ходьбы больных с последствиями позвоночно-спинальной травмы шейного отдела. Установлено, что у данной категории больных резко ухудшаются основные показатели ходьбы (средняя скорость передвижения, темп, длина шага), понижается устойчивость при ходьбе (увеличивается длительность опорной и двуопорной фаз), уменьшается амплитуда угловых перемещений в суставах ног, происходит редукция и деформация составляющих главного вектора опорных реакций. Электрическая активность большинства мышц обеих нижних конечностей снижается, а ее максимумы смещаются вправо по оси времени. Показано, что сдвиг максимумов активности мышц обусловлен перемещением вертикальной нагрузки в среднюю часть опорной фазы вследствие использования больными при ходьбе дополнительной опоры на трости и костыли. Отмечено ухудшение всех параметров ходьбы с возрастанием тяжести заболевания, что наиболее отчетливо проявляется в уменьшении средней скорости передвижения. Дана биомеханическая и нейрофизиологическая интерпретация полученных данных.
Biomechanic and innervation structure of gait in patients with sequelae of cervical spine and spinal cord injury was considered. It was shown that the main indices of gait (mean speed of movement, rate, step length) had deteriorated, stability during the gait (increased duration of bearing and double-bearing phase) was decreased, amplitude of angular movements In leg joints was decrease, reduction and deformity of the components of main vector of bearing reaction took place. Electric activity of the majority of lower extremity muscles was decreased and its maximum was translated to the right along the time axis. It was shown that the shift of muscle activity maximum was caused by translation of vertical load into the middle part of bearing phase on account of use of an additional support (stick, crutches). It was noted that deterioration of all gait indices especially the decrease of mean speed of movement depended on aggravation of the pathology. Biomechanic and neurophysiologic interpretation of data obtained was presented.
В настоящее время сведения о биомеханических и электрофизиологических параметрах ходьбы больных с последствиями позвоночно-спинальной травмы шейного отдела отсутствуют. Между тем данные о биомеханической и иннервационной структуре локомоторного акта таких больных могут оказаться весьма полезными для оценки тяжести заболевания, прогнозирования результатов восстановительного лечения и целенаправленного поиска реабилитационных мероприятий.
В предлагаемой статье представлен анализ основных, временных, кинематических, динамических и электрофизиологических характеристик ходьбы этого контингента больных в зависимости от степени поражения.

Материал и методы

Объектом исследования являлись 34 инвалида с последствиями позвоночно-спинальной травмы шейного отдела. У 26 из них поражение локализовалось на уровне С5-6 позвонков, у 8 - на уровне С6-7. Все больные передвигались самостоятельно с дополнительной опорой на трости, костыли или ходилки. В большинстве случаев ходьба больных характеризовалась крайне медленным темпом, укороченной длиной шага и низкой скоростью. Последний параметр оказался наиболее информативным для оценки тяжести поражения. В зависимости от средней скорости передвижения больные были разделены на три группы: 1-я группа - передвижение со скоростью 2 км/ч и более (7 человек); 2-я группа - 1-2 км/ч (10 человек) и 3-я группа - менее 1 км/ч (17 человек). Кроме того, были проведены эталонные исследования на 10 здоровых испытуемых.
Для регистрации биомеханических параметров ходьбы использовали диагностический комплекс, состоящий из электроподографической, электрогониографической и электродинамографической методик; для записи электрической активности мышц применяли методику количественной электромиографии [3].
Предметом исследования были основные и временные параметры ходьбы, угловые перемещения в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах, вертикальная (Rz), продольная (Rx) и поперечная (Ry) составляющие главного вектора опорной реакции, электрическая активность десяти симметричных мышц: передней болыпеберцовой, икроножной, наружной широкой, полусухожильной, прямой бедра, двуглавой бедра, большой ягодичной, средней ягодичной, длинной приводящей и крестцово-остистой.
Электрическую активность мышц отводили поверхностными электродами диаметром 10 мм с межэлектродным расстоянием 40 мм, усиливали усилителем биопотенциалов (УБФ-4), вводили в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в виде огибающей ЭМГ-сигнала при постоянной времени, равной 5 мс. Все измеряемые параметры обрабатывали на ПЭВМ с частотой 200 Гц при помощи 12-разрядного АЦП с погрешностью 2 разряда. Посредством разработанных программ получали графики разверток изменений биомеханических и электромиографических параметров в течение двойного шага (цикла ходьбы), так называемые биомеханический и ЭМГ-профили мышц.

Результаты

Основные параметры. Как видно из табл. 1, ходьба больных характеризуется резким ухудшением всех показателей: темпа, длины шага и средней скорости передвижения. Степень ухудшения зависит от тяжести поражения опорно-двигательного аппарата, нарастая от 1-й к 3-й группе больных. При этом уменьшение обеих переменных (темпа ходьбы и длины шага) в первых двух группах происходит почти одинаково, тогда как в 3-й группе темп ходьбы снижается более значительно, чем длина шага. В итоге у наиболее тяжелых больных темп ходьбы становится меньше в 3 раза, длина шага редуцируется примерно в 2,2 раза, а средняя скорость передвижения снижается почти в 7 раз по сравнению с нормой.
Временные параметры. Представление о временной структуре шага дает табл. 2. Выявляется следующая тенденция изменения параметров: увеличение длительности тех элементов шага, которые связаны с повышением статической устойчивости больных при ходьбе, и, наоборот, уменьшение продолжительности элементов, которые могут обусловливать нарушение равновесия. К первым относятся время опорной, двуопорной фазы, длительность интервала опоры на всю стопу, ко вторым - длительность интервала опоры на пятку и тау-интервала. Выраженность указанных изменений отчетливо прогрессирует с увеличением тяжести заболевания. Обращает на себя внимание инверсия тау-интервала: во 2-й и особенно в 3-й группе больных он приобретает отрицательное значение. Это предполагает, что, в отличие от нормальной ходьбы, больные сначала становятся на опорную ногу, а затем отрывают пятку контралатеральной стопы. Такая особенность свойственна медленной, неустойчивой ходьбе. Заметно увеличивается интервал опоры на носок, что связано с отвисанием или эквинусом стопы - симптомом, типичным для данного заболевания.
Все эти изменения временной структуры характерны для более пораженной ноги. Однако небольшое и примерно одинаковое снижение коэффициента ритмичности во всех группах больных указывает на приблизительно равную степень поражения обеих нижних конечностей.
Табл. 1. Основные характеристики ходьбы в норме и у больных с позвоночно-спинальной травмой шейного отдела

Параметры ходьбы Норма Группы больных
1-я 2-я 3-я
М±m М±m % от нормы М±m % от нормы М±m % от нормы
Время двойного шага, с
Длина двойного шага, м
Средняя скорость, м/с
Средняя скорость, км/ч
Темп, шаг/мин
1,21±0,03
1,42±0,02
1,17±0,03
4,21±0,03
99±2
1,45±0,7
1,06±0,7
0,73±0,7
2,63±0,26
83±4
120
75
62
62
84
2,34±0,20
0,81±0,05
0,35±0,03
1,26±0,10
51±4
193
57
30
30
52
4,08±0,26
0,64±0,04
0,1б±0,01
0,58±0,05
29±2
337
45
14
14
29

Примечание. Во всех группах больных достоверность различия всех средних показателей с нормой р<0,05.

Табл. 2. Временные характеристики ходьбы (в процентах от времени двойного шага) в норме и у больных с позвоночно-спинальной травмой шейного отдела

Временные характеристики ходьбы (в процентах от времени двойного шага) в норме и у больных с позвоночно-спинальной травмой шейного отдела
Примечание. р - достоверность различия с нормой.

Кинематические параметры. На рис. 1 приведены графики угловых перемещений в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах в течение цикла ходьбы в норме и у трех групп больных. Видно, что по мере ухудшения функций опорно-двигательного аппарата происходят характерные изменения кинематических параметров.
Так, голеностопный угол (ГСУ) у 1-й группы больных сохраняет все основные фазы - два подошвенных и два тыльных сгибания, однако все кинематические кривые оказываются смещенными вверх от нулевой линии, что означает позицию тыльного сгибания в голеностопном суставе; кроме того, отмечается небольшая асимметрия углов: на более пораженной конечности амплитуда угла слегка снижена. У 2-й группы больных уже имеется деформация ГСУ: исчезает второе подошвенное сгибание в конце опоры, минимизируется амплитуда угловых перемещений. Наконец, у 3-й группы больных ГСУ более пораженной ноги теряет свою обычную форму, определяется эквинусное положение стопы в начале и в конце локомоторного цикла.
Определенным образом трансформируется и коленный угол (КУ). У 1-й группы больных наблюдается сдвиг кривых вверх от нулевой линии стояния, что характеризует сгибательную позицию в коленном суставе. Амплитуда сгибательно-разгибательных движений снижена. У 2-й группы пациентов уже заметна деформация кривых угла, преимущественно на более пораженной ноге, отмечается снижение амплитуды, сдвиг максимальных значений угла вправо по оси времени и вверх от нулевой линии. У 3-й группы больных кинематические кривые опускаются вниз, переходя через нулевую линию, что характеризует рекурвацию в суставе; разгибание в коленном суставе не заканчивается в переносной фазе, завершаясь в начале опорной; все максимальные значения углов смещаются вправо вдоль оси времени.
Изменения тазобедренного угла (ТБУ) у первых двух групп больных примерно однотипны: сдвиг вверх от нулевой линии (легкая сгибательная позиция в суставе), снижение амплитуды разгибания и некоторое смещение максимальных значений вправо. У больных 3-й группы отмечается асимметрия углов (резкое снижение на стороне более пораженной нижней конечности), уменьшение крутизны разгибания, сдвиг максимумов кривых вправо.
Таким образом, при увеличении тяжести поражения опорно-двигательного аппарата нарастают нарушения движений в голеностопном суставе, происходит ограничение подвижности в коленном и тазобедренном суставах, уменьшается сгибательная позиция нижних конечностей, происходит все большее смещение экстремальных точек кинематических кривых вправо вдоль оси времени вследствие увеличения длительности опорной фазы.

Кинематические и динамические параметры ходьбы в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника

Рис. 1. Кинематические и динамические параметры ходьбы в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника. Здесъ и на рис. 2 и 3: по оси абсцисс - время (в% от длительности двойного шага).

а - более пораженная, б - менее пораженная нижняя конечность; пунктирная линия - норма, сплошная линия - больные, редкий пунктир - Rz трости больных (остальные обозначения в тексте). Под графиками - подограмма.

Динамические параметры. На рис. 1 представлены также графики трех составляющих главного вектора опорных реакций (Rz, Rx, Ry), иллюстрирующие изменения динамических параметров ходьбы по мере возрастания степени поражения опорно-двигательного аппарата. Так, в 1-й группе больных заметны некоторая деформация кривой Rz составляющей, особенно на стороне более пораженной нижней конечности, уменьшение экстремальных значений; кроме того, наблюдается существенное снижение амплитуды Rx составляющей, удлинение фазы заднего толчка. У больных 2-й группы также отмечается деформация кривой Rz составляющей, особенно на стороне более пораженной ноги, - кривая приобретает трапециевидную форму (вследствие растянутости переднего и заднего фронтов), уровень ее становится ниже линии веса тела человека (в результате использования средств дополнительной опоры). Амплитуда Rx и Ry составляющих редуцирована. У больных 3-й группы форма кривой Rz искажена: она приближается к треугольной; максимум кривой расположен в середине опорной фазы намного ниже уровня веса (увеличена реакция Rz дополнительной опоры). Rx и Ry кривые имеют крайне низкую амплитуду. Для Rx кривой характерно отсутствие переднего толчка (вся кривая перемещена в область положительных значений). Таким образом, по мере увеличения тяжести поражения почти вся масса тела сосредоточивается в средней части опорной фазы, а толчковая функция ног минимизируется.
Электромиографические параметры. На рис. 2 и 3 представлены графики, отражающие распределение электрической активности мышц в течение локомоторного цикла - ЭМГ-профиль мышц-разгибателей и сгибателей при ходьбе здоровых людей и больных.
Из приведенных данных отчетливо выступает ряд закономерностей. Так, для 1-й группы больных характерна близость ЭМГ-профиля этих мышц к норме. Тем не менее уже здесь проявляются определенные тенденции (которые резко усиливаются при большей тяжести поражения); наблюдаются сниженная по амплитуде активность мышц голени с некоторой смазанностью электромиографического рисунка, увеличение длительности максимумов активности ряда мышц бедра и таза (наружной широкой, прямой бедра, полусухожильной, двуглавой бедра, длинной приводящей), преимущественно на стороне более сохранной ноги, уменьшение максимумов активности ягодичных мышц и небольшой сдвиг экстремальных значений активности мышц вправо по оси времени.
Во 2-й группе больных ЭМГ-профиль при ходьбе уже существенно отличается от нормы. Наряду с выраженной редукцией активности мышц голени (передней болыпеберцовой и икроножной) определяется повышение и расширение максимумов активности мышц бедра и таза (наружной широкой, прямой бедра, большой и средней ягодичных), происходит сосредоточение активности в средней части опорной фазы. В то же время максимумы активности полусухожильной мышцы и двуглавой мышцы бедра остаются в пределах первой трети опорной фазы. Резко изменяется локализация активности крестцово-остистой мышцы: она все больше концентрируется в переносной фазе шага.
Тенденции изменения ЭМГ-профиля, отмеченные ранее, проявляются более резкой трансформацией электромиографического рисунка у больных 3-й группы. С одной стороны, все больше минимизируется активность мышц голени и бедра, особенно на стороне более пораженной нижней конечности, с другой - все более смещаются максимумы активности большинства мышц ноги и таза, в том числе полусухожильной и двуглавой бедра, в среднюю треть опорной фазы.
Таким образом, ухудшение локомоторной функции, обнаруженное при биомеханическом исследовании, находит прямое отражение в изменении ЭМГ-профиля мышц нижних конечностей и таза.

ЭМГ-профиль мышц-разгибателей при ходьбе в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника

Рис. 2. ЭМГ-профиль мышц-разгибателей при ходьбе в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника.

а - более пораженная, б - менее пораженная нижняя конечность; 1 - икроножная, 2 - наружная широкая, 3 - прямая бедра, 4 - средняя ягодичная, 5 - большая ягодичная мышцы; пунктирная линия - норма, сплошная линия - больные. Под графиками - подограмма.

ЭМГ-профиль мышц-сгибателей при ходьбе в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника

Рис. 3. ЭМГ-профиль мышц-сгибателей при ходьбе в норме и у больных с поражением шейного отдела позвоночника.

а - более пораженная, б - менее пораженная конечность; 1 - передняя большеберцовая, 2 - полусухожильная, 3 - двуглавая бедра, 4 - длинная приводящая, 5 - крестцово-остистая мышцы; пунктирная линия - норма, сплошная линия - больные. Под графиками - подограмма.

Обсуждение

Полученные данные полезно обсудить с двух точек зрения: с позиции биомеханической целесообразности и в плане управления работой мышц при патологической ходьбе.
В условиях значительного понижения мышечного потенциала нижних конечностей происходит известное расщепление локомоторного процесса, в норме обеспечивающего одновременное выполнение основных функций: передвижения и сохранения равновесия. С одной стороны, наступает замедление ходьбы (вынужденное ограничение амплитуды и скорости движений), с другой - резкое усиление всех факторов, способствующих повышению статической устойчивости. К этим факторам, безусловно, относятся увеличение длительности всего локомоторного цикла и его отдельных фаз (опорной, двуопорной), инверсия т-интервала от положительного значения к отрицательному, уменьшение времени переносной фазы и интервала опоры на пятку; пролонгирование опоры на носок определяется эквинусным положением стопы. Аналогичную роль играет обязательное использование дополнительной опоры, что обеспечивает поддержание равновесия, особенно во время переноса массы тела с одной ноги на другую. В результате максимальная нагрузка проецируется на среднюю треть опорной фазы.
Поэтому неудивительно, что концентрация максимальной активности прежде всего мышц-разгибателей коленного и тазобедренного суставов происходит не в начале, а в середине опорной фазы в соответствии с особенностями распределения вертикальной нагрузки. Более консервативным оказывается ЭМГ-профиль длинных разгибателей тазобедренного сустава (полусухожильной мышцы и двуглавой мышцы бедра). Максимумы активности этих мышц у больных 1-й и 2-й групп сохраняют свое положение в первой трети опорной фазы. Сокращение данных мышц, обусловливая разгибание в тазобедренном суставе, способствует поддержанию устойчивости в наиболее рискованную фазу шага (при перемещении нагрузки с одной конечности на другую). Однако у больных 3-й группы максимум активности этих мышц также сдвигается вправо по оси времени, поскольку вертикальная нагрузка, судя по кривой Rz составляющей, возрастает крайне медленно и достигает наибольшего значения лишь в середине опорной фазы.
Значительное уменьшение амплитуды и скорости движений во всех суставах нижних конечностей вызывает нарастающее ослабление толч-ковой функции (Rx составляющей), что предполагает все большее использование дополнительной опоры не только для повышения устойчивости, но и для осуществления отталкивания от опорной поверхности.
В конечном счете вся совокупность патологических изменений двигательных функций однозначно приводит к снижению скорости ходьбы. Поэтому данный параметр, как свидетельствуют наши исследования, является очень информативным показателем функционального состояния локомоторной системы. Он позволяет интегрально оценить как степень устойчивости при ходьбе, так и потенциальные возможности больного к передвижению.
В нейрофизиологическом аспекте обнаруженная нами трансформация ЭМГ-профиля у больных с рассматриваемой патологией является прямым подтверждением отмеченной ранее закономерности [2, 4] - перемещения возбуждения из зоны М (максимальной активности) в зону У (умеренной активности) у мышц-разгибателей нижней конечности при патологической ходьбе. Это перемещение максимумов возбуждения мышц, вероятно, афферентно обусловлено, так как происходит параллельно с изменением локализации вертикальной нагрузки в течение опорной фазы.
Полученные результаты интересны в теоретическом плане, так как они противоречат гипотезе построения спинального генератора шагательных движений в виде замкнутого интернейронного кольца, по которому распространяется возбуждение, активирующее мотонейроны мышц в той последовательности, в какой они обычно работают при ходьбе [5]. Как видно, в управлении работой мышц при локомоции значительную роль играют не только программные, но и афферентные факторы. Последние определяют как фазовую траекторию возбуждения, так и уровень активности мышц. При этом следует особо подчеркнуть роль афферентов 1b от сухожильных рецепторов Гольджи и низкопороговых кожных афферентов. По мнению ряда авторов, эти рецепторы адекватно реагируют на изменение нагрузки при ходьбе и возбуждают разгибательный центр локомоции, функционирующий в течение опорной фазы [6]. Можно предположить, что эти афференты наряду с другими (1а от мышечных веретен) определяют изменение ЭМГ-профиля при патологической ходьбе. Так, в двуопорную фазу шага вследствие использования дополнительной опоры происходит разгрузка мышечного аппарата и ослабление импульсации от мышечных веретен, а в средней части опоры, когда возрастает вертикальная нагрузка, усиливается функционирование рецепторов Гольджи и низкопороговых кожных рецепторов. Аналогичное явление возникает при использовании дополнительной опоры и при других нарушениях ходьбы [1].
Таковы некоторые предположительные нейро-физиологические механизмы трансформации ЭМГ-профиля у рассматриваемой категории больных.

 

Популярные материалы Популярные материалы

 
 
Присоединиться
 
В Контакте Одноклассники Мой Мир Facebook Google+ YouTube
 
 
 
 
Создан: 28.02.2001.
Copyright © 2001- aupam. При использовании материалов сайта ссылка обязательна.