Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы 8
1.1 Исследование динамики ходьбы в норме и при патологии опорно-двигательного аппарата нижних конечностей 8
1.2 Значение и использование параметров электрической активности мышц при исследованиях нормальной и патологической ходьбы 32
1.3 Вариабельность электрофизиологических и динамических параметров при нормальной и патологической ходьбе 48
ГЛАВА 2. Разработка аппаратуры для электро физиологических исследований и реабилитации больных 58
2.1. Портативный электромиограф для регистрации фаз сокращения мышц при ходьбе 56
2.2. Многоканальный электростимулятор 61
2.3 Устройство для треморометрии 67
ГЛАВА 3. Исследование биомеханических и электрофизиологических параметров нормальной ходьбы 70
ГЛАВА 4. Информативные параметры для диагностики функционального состояния основных суставов нижних конечностей 88
4.1 Информативные биомеханические параметры ходьбы при диагностике функционального состояния больных коксартрозом 94
4.2 Биомеханическая классификация форм нестабильности коленного сустава 109
4.3 Информативные биомеханические параметры ходьбы при патологии голеностопного сустава 117
4.4 Информативные электрофизиологические параметры для диагностики функционального состояния основных суставов нижних конечностей. 121
ГЛАВА 5. Взаимосвязь биомеханических параметров ходьбы больных коксартрозом с клиническими признаками заболеваний 135
ГЛАВА 6. Концепция изменения вариабельности электрофизиологических и биомеханических параметров ходьбы при патологии ОДА нижних конечностей 149
ГЛАВА 7. Интегральная оценка функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей 156
Заключение 167
Выводы 175
Список литературы 178
- Значение и использование параметров электрической активности мышц при исследованиях нормальной и патологической ходьбы
- Портативный электромиограф для регистрации фаз сокращения мышц при ходьбе
- Информативные биомеханические параметры ходьбы при диагностике функционального состояния больных коксартрозом
- Концепция изменения вариабельности электрофизиологических и биомеханических параметров ходьбы при патологии ОДА нижних конечностей
Введение к работе
Актуальность работы. Задача объективной оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей человека, позволяющая оценивать конечный результат работы врача — исход болезни - является одной из центральных в современной травматологии и ортопедии. На практике состояние больных с травмами и заболеваниями нижних конечностей определяется на основании данных клинического и рентгенологического исследований. Применение биомеханических и электрофизиологических методов в дополнение к указанным выше позволяет значительно повысить уровень объективности исследования. Эту задачу можно решить на основе использования ряда новых информативных параметров, которые обладают высокой чувствительностью к изменению функционального состояния опорно-двигательного аппарата в процессе реабилитации; позволяют снизить до минимума общее число регистрируемых параметров при исследованиях; регистрация которых достаточно проста, оперативна и доступна.
Применяемые в настоящее время биомеханические методы исследования ходьбы не позволяют решить ряд ключевых для травматологии и ортопедии проблем: диагностировать начальные (доклинические) стадии ортопедических заболеваний опорно-двигательного аппарата (ОДА) нижних конечностей; использовать в процессе исследования параметры, чувствительные к конкретным видам поражения опорно-двигательного аппарата, в частности, к патологии основных суставов нижних конечностей, что является основным объектом исследования в данной работе, и интегрально, с помощью минимального числа информативных параметров, оценить улучшение походки больного в процессе лечения.
Высоко оценивая большую часть исследований биомеханического направления, все же нельзя не отметить фрагментарности отдельных работ, отсутствия в них комплексного, целостного подхода к изучению ходьбы человека (А.С.Ви-тензон, 1986). Не разработан интегральный критерий, позволяющий объективно определять функциональное состояние ОДА нижних конечностей и осуществлять оценку результатов лечения и реабилитации по единым методикам для лечебных и научно-исследовательских учреждений травматолого-ортопедичес-кого профиля (В.Е.Беленький,1988).
Существенным недостатком биомеханических исследований, проводимых в разных научно-исследовательских подразделениях является применение большого числа методик, в том числе с использованием нестандартных технических средств, что лишает исследователей возможности сравнивать результаты, получаемые при обследовании однотипных групп больных.
Что касается электрофизиологических методов исследования, то они имеют ограниченное самостоятельное применение, используются, прежде всего, в комплексе с биомеханическими методами, носят отрывочный и преимущественно качественный характер, применяются, в основном, для иллюстрации изменения функционирования мышц нижних конечностей при конкретной патологии опорно-двигательного аппарата.
Применение новых информативных параметров позволит поднять на качественно более высокий уровень диагностические возможности биомеханических и электрофизиологических методов исследования, использовать полученную информацию в качестве объективной оценки при определении диагноза болезни наравне с анатомическими, клиническими и рентгенологическими методами.
Цель работы.
Выявление новых информативных биомеханических параметров для диагностики функционального состояния основных суставов нижних конечностей.
Обоснование и разработка биомеханических критериев для доклинической диагностики заболеваний основных суставов нижних конечностей и интегральной количественной оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата по динамическим параметрам и их вариабельности при ходьбе.
Обоснование и разработка электрофизиологического критерия для оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей по временным количественным параметрам функционирования мышц и их вариабельности при ходьбе.
Апробация разработанных критериев в процессе консервативного лечения больных с патологией основных суставов нижних конечностей посредством метода многоканальной динамической электростимуляции мышц.
Основные задачи работы:
Оценить вариабельность силовых и временных параметров взаимодействия конечностей с поверхностью опоры при нормальной и патологической ходьбе. Выявить механизм повышения вариабельности биомеханических и электрофизиологических параметров при патологической ходьбе.
Изучить особенности динамических параметров ходьбы больных с патологией основных суставов нижних конечностей и выявить информативные параметры для диагностики функционального состояния тазобедренного, коленного и голеностопного суставов.
Разработать систему биомеханической классификации форм нестабильности коленного сустава.
Выявить взаимосвязь между клинико-рентгенологической оценкой функционального состояния тазобедренных суставов и биомеханическими параметрами ходьбы больных коксартрозом разного генеза (диспластический, идиопатичес-кий, на почве асептического некроза головки бедра).
Разработать систему количественной интегральной биомеханической оценки состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей и результатов лечения.
Разработать методы точной регистрации фаз сокращения мышц при циклических движениях.
Изучить изменение динамических и электрофизиологических параметров ходьбы в процессе реабилитации больных с поражением основных суставов нижних конечностей посредством применения метода многоканальной динамической электростимуляции мышц.
Положения, выносимые на защиту:
Оценка функционального состояния основных суставов нижних конечностей на основе анализа сопровождающей ходьбу вариабельности биомеханических и электрофизиологических параметров позволяет существенно повысить информативность проводимых исследований на основе применения известных методик.
По мере прогрессирования заболевания основных суставов нижних конечностей и распространению патологического процесса на симметричный сустав рост вариабельности биомеханических характеристик ходьбы продолжается, в то время как значения информативных параметров, характеризующих степень асимметрии ходьбы при двустороннем поражении конечностей приближаются к нормальным значениям.
Вариабельность суммарной нагрузки на конечности за шаг является чувствительным показателем для диагностики как начальных стадий заболеваний основных суставов нижних конечностей, так и динамики патологического процесса.
Исследование силовых и временных параметров взаимодействия конечностей с поверхностью опоры показали, что в норме и при патологии ОДА характер управления конечностями изменяется: в норме для ведущей конечности (с большей силой отталкивания) характерна более низкая вариабельность указанных параметров, а при патологической ходьбе на стороне более нагружаемой конечности вариабельность временных параметров выше.
При поражении сустава длительность фазы сокращения основных мышц и их вариабельности на конечности с пораженным суставом увеличивается в меньшей степени, чем на контралатеральной конечности, что свидетельствует о перегрузке здоровой конечности и характеризует ее компенсаторные возможности.
Сопоставление клинической оценки состояния тазобедренных суставов больных коксартрозом с данными биомеханических исследований свидетельствует о том, что параметры, характеризующие вариабельность стереотипа ходьбы могут не только дополнять традиционно используемые данные клинического обследования, но и заменять их.
Апробация предложенных критериев в процессе реабилитации больных с патологией основных суставов нижних конечностей посредством метода многоканальной динамической электростимуляции мышц свидетельствует о более высокой чувствительности параметров, характеризующих вариабельность биомеханических и электрофизиологических параметров к нормализации стереотипа ходьбы, чем традиционно используемые информативные параметры.
Научная новизна:
Предложены новые информативные динамические параметры ходьбы, позволяющие оценивать степень патологического состояния ОДА и выявлять начальные стадии ортопедических заболеваний при поражениях основных суставов нижних конечностей.
На основе изучения динамических параметров ходьбы и их вариабельности в норме и при патологии ОДА нижних конечностей, связанной с поражениями основных суставов нижних конечностей, предложены биомеханические универсальные критерии для оценки результатов лечения и реабилитации.
Предложен и апробирован электрофизиологический критерий, позволяющий оценивать функциональное состояние опорно-двигательного аппарата нижних конечностей по временным параметрам функционирования мышц-разгибателей нижних конечностей.
Разработаны алгоритмы для точного автоматизированного определения фаз сокращения мышц при локомоциях.
Получены точные количественные значения фаз биоэлектрической активности основных мышц нижних конечностей при нормальной ходьбе в произвольном темпе во внелабораторных условиях.
Разработана концепция изменения вариабельности временных электрофизиологических параметров функционирования мышц нижних конечностей при нормальной и патологической ходьбе.
Практическая значимость:
На основе проведенных экспериментальных исследований предложены новые биомеханико-электрофизиологические критерии оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей, применение которых в травматологии и ортопедии позволит:
- осуществлять объективную оценку реабилитационных мероприятий по единым методикам для учреждений травматолого-ортопедического профиля;
- выявлять начальные (доклинические) стадии патологии основных суставов нижних конечностей;
- прогнозировать результат применяемых реабилитационных мероприятий;
- выбирать наиболее эффективный способ восстановительного лечения.
Впервые выявлена взаимосвязь между клинико-рентгенологической оценкой функционального состояния тазобедренных суставов и биомеханическими параметрами ходьбы больных коксартрозом трех типов: диспластического, идиопа-тического и на почве асептического некроза головки бедра.
Впервые разработана классификация форм нестабильности коленного сустава по ряду биомеханических параметров ходьбы, позволяющая объективно определять стадию развития патологии и выбирать оптимальный момент для проведения оперативного вмешательства.
Разработаны новые алгоритмы точного определения длительностей фаз биоэлектрической активности мышц, которые могут найти широкое применение при исследованиях циклических движений сегментов тела человека в норме и при патологии ОДА.
Разработана и изготовлена портативная носимая система, предназначенная для регистрации, обработки и долговременного хранения информации о временных параметрах электрической активности мышц при ходьбе в естественных условиях.
Разработаны специализированные программы машинной обработки динамических параметров ходьбы и ЭМГ-сигнала, включая статистическую обработку данных параметров.
Разработана новая методика многоканальной динамической электростимуляции мышц у больных с поражениями тазобедренного и коленного суставов.
Значение и использование параметров электрической активности мышц при исследованиях нормальной и патологической ходьбы
Спектр биомеханических параметров, используемых для описания ходьбы, достаточно широк. В самом общем виде к биомеханическим параметрам относятся любые параметры, полученные с помощью датчиков, расположенных на теле человека и регистрирующие различные параметры движения сегментов тела, а также параметры, характеризующие взаимодействие тела пациента с поверхностью опоры. Весь спектр информативных биомеханических параметров, используемых при исследовании ходьбы в клинике травматологии, ортопедии и протезирования, подразделяется на временные, кинематические и динамические. Временные параметры используются прежде всего для регистрации длительности всего шага или отдельных его фаз (например, опоры или переноса). Кинематические параметры представляют собой угловые перемещения в суставах конечностей или в других подвижных сочленениях, например, наклоны позвоночника по отношению к тазу. Под динамическими характеристиками ходьбы в биомеханике понимаются силы взаимодействия тела человека с поверхностью опоры при ходьбе, которые возникают со стороны опорной поверхности. Иначе они называются силами реакции опоры. При исследованиях ходьбы регистрируются составляющие силы реакции опоры, направленные по трем взаимоперпендикулярным плоскостям. Наибольший интерес при изучении нормальной и патологической ходьбы представляют вертикальная и продольная составляющие реакции опоры, определяющие движение человека в сагиттальной плоскости (по ходу движения). При изучении движения таза и позвоночника при ходьбе может быть применена гироскопическая методика /16/. Запуск гироскопа в начале исследования ходьбы в вертикальной плоскости позволяет в заданный момент движения определять углы наклона звеньев тела от вертикали. Одним из важнейших интегральных параметров движения являются энергетические затраты человека при ходьбе. Под этим термином понимается механическая энергия, затраченная на создание управляющих моментов в суставах нижних конечностей, что, в свою очередь, позволяет определять величину и характер изменения мощности, развиваемой мышцами нижних конечностей в процессе ходьбы. Для вычисления управляющего момента решается обратная задача динамики (по известному движению вычисляется управление), т.е. в уравнения движения человека, рассматриваемого как механической системы, подставляются значения обобщенных координат: углов наклона звеньев тела относительно вертикали и координат общего центра масс, их первых и вторых производных, а также сил реакции опоры. Математическое моделирование ходьбы получило в последнее время широкое распространение в связи с задачами разработки шагающих механизмов (экзоскелетонов). В медицине математическое моделирование нашло применение при создании различных конструкций протезов, обеспечивающих приближение ходьбы инвалида к норме и уменьшающих перегрузки сохранившейся конечности, поскольку ампутация сегментов конечности приводит к потере ряда мышц и изменению характера управления движением инвалида.
На рис. 1.1 приведена синхронная запись гониограмм тазобедренного, коленного и голеностопного суставов; вертикальной и продольной составляющих реакции опоры и подограммы обеих конечностей при нормальной ходьбе /108/. Для анализа осциллограмм были выбраны характерные точки (экстремумы) и точки пересечения кривых с нулевой линией. При обработке полученной информации определялось положение выбранных характерных точек на оси времени в процентах ко всему времени двойного шага. После получения средних значений некоторые близко расположенные (соседние) точки были объединены, как принадлежащие к одной и той же качественно однородной совокупности.
В результате проведенного анализа временной структуры двойного шага были выявлены 12 точек, которые определяют экстремальные и характерные значения графиков межзвенных углов, составляющих опорных реакций и подограмм. Расположение выделенных точек относительно длительности двойного шага приведено в таблице 1.1. Для более точного описания изменения графиков кривых, приведенных на рис. 1.1, число точек должно быть увеличено, поскольку ряд точек, хотя и находятся достаточно близко к друг другу, но их положение на временной оси не совпадает. Кроме этого, при подобном способе анализа патологической ходьбы большая часть информации о компенсаторном изменении стереотипа ходьбы больного теряется, поскольку анализ зависимостей проводится только по их значениям в экстремальных точках и не учитывается изменение формы самих зависимостей при патологическом состоянии опорно-двигательного аппарата /293/. Изменение формы кривых при патологии опорно-двигательного аппарата нижних конечностей может приводить как к появлению новых максимумов на них, так и к исчезновению экстремальных значений, характерных для нормы. Поэтому анализ составляющих реакции опоры и гониограмм крупных суставов нижних конечностей по характерным точкам графиков соответствующих кривых является достаточно поверхностным, особенно в случае патологического состояния нижних конечностей. Кроме этого, при разных патологиях нижних конечностей положение характерных точек на временной оси двойного шага может совпадать и, следовательно, при подобном способе анализа биомеханических параметров не удастся в процессе исследования патологической ходьбы выделить информативные параметры, характерные для конкретных видов поражения сегментов или суставов конечностей.
Портативный электромиограф для регистрации фаз сокращения мышц при ходьбе
Для оценки целесообразности введения подвижности в тазобедренном шарнире протеза, были изучены опорные реакции инвалидов /242/. При анализе полученных данных отмечалась большая плавность динамограмм, особенно на сохранившейся стороне, при подвижном тазобедренном шарнире, приближением экстремумов на вертикальной составляющей к их положению при ходьбе в норме.
При ходьбе на протезе бедра с управляемым коленным механизмом /352/, обеспечивающем подгибание и подкосоустойчивость при опоре на протезированную конечность, отмечается нормализация динамических характеристик, уменьшается перегрузка сохранившейся конечности, походка становится более симметричной, энерготраты на ходьбу, рассчитанные с помощью метода математического моделирования, снижаются на 27.. .31%.
Сравнительные исследования опорных реакций при ходьбе инвалидов на протезах бедра с приемными гильзами, изготовленными по гипсовому позитиву и непосредственно по культе /156/ показали, что при изготовлении гильзы по культе, опорные реакции при ходьбе нормализуются и возникает тенденция к симметрии движений здоровой и протезированной конечностей.
Для оценки функциональной эффективности моторизованного протеза бедра, сравнивали опорные реакции при ходьбе с включенным и выключенным механизмом активного заднего толчка /179/. При активном режиме работы механизма заднего толчка отмечалось увеличение амплитуд вертикальной и продольной составляющих в фазу заднего толчка на стороне протезированной конечности и их снижение на стороне сохранившейся конечности, что уменьшало динамическую асимметрию ходьбы. При ходьбе инвалидов на этом же протезе были испытаны три вида стоп /178/. Анализ динамограмм составляющих реакции опоры позволил выбрать стопу, при которой происходит наибольшая разгрузка сохранившейся конечности.
Изучение ходьбы инвалидов на протезе голени с использованием частичной нагрузки на конец культи /357/ показало, что происходит снижение нагрузки на сохранившуюся конечность, предупреждается ее перегрузка, показатели опорных реакций (величины экстремумов) приближаются к норме.
При ходьбе на протезе голени, позволяющем использовать силы мышц культи путем применения специального трансформирующего устройства /155/, удалось увеличить продольную составляющую реакции опоры на протезированной конечности в фазу заднего толчка в среднем на 20%, а в фазу переднего толчка, наоборот, уменьшить ее на 10%. Нормализация ходьбы на протезированной конечности способствует уменьшению компенсаторных затрат мышечной энергии сохранившейся конечности. Об этом свидетельствует уменьшение продольной составляющей реакции опоры на сохранившейся конечности в фазе заднего толчка в среднем на 20% и в фазу переднего толчка на 10%.
Изменение динамограмм реакции опоры в процессе консервативного лечения или курса реабилитации может быть использовано для оценки эффективности лечебного процесса. Например, применение лечебной гимнастики при обучении ходьбе на протезе бедра /239/ при одностороннем поражении приводит к увеличению симметрии динамических усилий, развиваемых здоровой и протезированной конечностями. В процессе обучения ходьбе составляющие реакции опоры сохранившейся конечности изменяются в большей степени, чем протези 24 рованной, что свидетельствует о больших компенсаторных ее возможностях. В начале обучения вертикальная составляющая опорной реакции здоровой конечности не имеет характерной двугорбой формы, но приобретает таковую, с преобладанием вершины, соответствующей заднему толчку после обучения ходьбе.
В результате длительной коррекционной тренировки путем электростимуляции мышц разгибателей тазобедренного и коленного суставов в опорную фазу шага, происходит изменение структуры нерационального, прочно сложившегося стереотипа ходьбы больных с последствиями полиомиелита /92/, заключающееся в увеличении опорной и отчасти толчковой функции более пораженной нижней конечности: вертикальная составляющая приобретает двувершинный характер, увеличиваются толчки на динамограмме продольной составляющей. На стороне менее пораженной (или сохранившейся) конечности возрастает задний толчок на динамограмме продольной составляющей реакции опоры. Комбинированное применение ортезов и электростимуляции мышц при ходьбе способствует более эффективной реабилитации больных с последствиями полиомиелита /259/, позволяющей в короткий срок повысить опороспособность паре-тичной конечности, о чем можно судить по увеличению амплитуд вертикальной и продольной составляющих реакции опоры в фазу переднего толчка и усилить толчковую функцию обеих конечностей, о чем свидетельствует существенный рост амплитуд продольных составляющих в фазу заднего толчка.
Коррекция ходьбы инвалидов на протезе голени посредством электрической стимуляции мышц /87,181/ приводит к последовательному синхронному улучшению динамических параметров ходьбы: увеличению амплитуд переднего и заднего толчков по обеим составляющим реакции опоры для протезированной конечности (уменьшению динамической асимметрии ходьбы) при применении одно- (трехглавая мышца голени), двух- (четырехглавая мышца бедра) и трехка 25 нальной (большая ягодичная мышца) стимуляция мышц. Оптимизация динамики ходьбы происходит при применении многоканальной электростимуляции мышц при ходьбе и у инвалидов, использующих протезы бедра /182,185/.
При искусственной коррекции движений при ходьбе больных с последствиями спинальной травмы /93,217,218/ наблюдается улучшение ее динамических характеристик: явный рост величины опорных реакций в фазы переднего и заднего толчков паретичных нижних конечностей и явным уменьшением силы дополнительной опоры на костыли и трости.
Информативные биомеханические параметры ходьбы при диагностике функционального состояния больных коксартрозом
Одним из наиболее часто применяемых способов функциональной оценки состояния опорно-двигательного аппарата человека в травматологии, ортопедии и протезировании является исследование патологической ходьбы, позволяющих получить ее количественные характеристики /34,53,170,207,235,238, 305,377/. Нормальная ходьба может служить образцом хорошо выработанного и прочно закрепленного навыка /317/. Комплексный анализ координации двигательного акта целесообразно проводить при сопоставлении его внутренней и внешней структуры, при изучении соотношения между электрическим и механическим эффектами функционирования мышц. Поэтому одним из объективных методов исследования ходьбы является количественная электромиография, позволяющая оценивать степень функционального нарушения состояния ОДА нижних конечностей по отличию значений информативных электрофизиологических параметров функционирования мышц при патологической ходьбе от нормальной /113,177,190,285,321,349,350/. Биопотенциалы действия являются постоянными и неотъемлемыми компонентами любого распространяющегося возбудительного процесса, дают строго объективную картину тех иннервацион ных сигналов, которые, возникая в коре головного мозга, достигают мышц при их сокращениях /282,350,351,372,373,374/. Электромиографическая методика дает возможность детально проследить ход компенсаторной перестройки двигательных навыков в конкретных условиях их нарушения /94,113,261,432,349, 358/ и объективно оценить результат лечения /168,234,236,350,359/.
Возрастающий интерес к возможностям использования параметров электрической активности мышц в целях диагностики и наблюдения за развитием патологического процесса закономерен и обусловлен несколькими факторами /103/. Прежде всего, очевидно, что ЭМГ несет в себе огромный запас информации, отражающей все процессы, происходящие в электрогенных структурах мышечных волокон. Это подтверждается очевидными изменениями, выявленными различными исследователями при визуальной оценке кривых. Второй фактор -доступность данного метода, не требующего сложных средств технического обеспечения, и третий - все более широкое распространение средств вычислительной техники, позволяющей объективно оценивать выявляемые этим методом изменения ЭМГ. Применение вычислительной техники дает возможность не только ускорить и повысить достоверность исследований, но и подойти к более полному и глубокому изучению статистических закономерностей ходьбы, отражающих особенности управления ходьбой /91,192,384,387,393,445/.
Количественная электромиография - один из наиболее важных методов в диагностике болезней периферической нервной системы и мышц /101,188/. ЭМГ позволяет количественно оценить функциональное состояние ОДА, выявить самые начальные признаки произвольной активности мышечной ткани в процессе реабилитации, оценить эффективность восстановительных мероприятий /29/. Так, при сопоставлении изменений параметров электрической активности мышц с изменениями клинических характеристик тяжести неврологических расстройств можно получить критерии эффективности электростимуляци-онных воздействий /373/. Одним из преимуществ электромиографии является возможность исследования состояния нервномышечной системы в естественных условиях без каких-либо дополнительных раздражителей /211/. При обследовании больных с последствиями полиомиелита ЭМГ анализ способствует более дифференцированному подходу при оперативной пересадке сухожилий более сильных мышц на точки прикрепления парализованных /143/. При регистрации ЭМГ у больных с последствиями полиомиелита удается дифференцировать истинные параличи от мышечной слабости, обусловленной перерастяжением и изменением направления мышечно-сухожильных волокон в связи с развивающимися деформациями и контрактурами. При решении вопроса о плане стабилизирующих операций (артродезов) в крупных суставах электромиография способствует окончательной оценке функционального состояния мышц и уточнению прогноза относительно развития опороспособности пораженной конечности. ЭМГ анализ дает возможность разграничить механизмы, лежащие в основе нарушений мышечного тонуса при ДЦП и тем самым способствует уточнению показаний к консервативным и оперативным видам ортопедического лечения. Особое значение ЭМГ приобретает при обследовании больных сколиозом. Как показывают проведенные исследования /164,189,206,209,210, 362,365/, электрофизиологическими методами удается определить нарушение нервно-мышечного равновесия определенных групп мышц спины значительно раньше, чем можно отметить внешнее проявление сколиоза. Эти методы позволяют выявлять детей не только с начальными формами искривления позвоночника, с нарушениями осанки, но и тех, у которых имеется только одностороннее функциональное ослабление мышц спины (скрытое предрасположение к нарушению осанки и сколиозу). Чувствительность электрофизиологических параметров к изменению условий ходьбы настолько высока, что с их помощью можно, например, оценить влияние жесткости подошвы обуви на изменение интегрированной ЭМГ мышц нижних конечностей при ходьбе /169/.
Среди параметров электрической активности мышц (ЭАМ), применяемых для описания функционирования мышц при ходьбе, наибольшее распространение получили амплитудные, амплитудно-временные и временные. В ряде случаев проводился частотный анализ спектра натуральной ЭМГ с помощью преобразования Фурье. В большинстве публикаций по изучению функционирования мышц при ходьбе описываются исследования амплитудных параметров, таких как максимальная и средняя амплитуда сигналов биопотенциалов мышц за шаг. Однако эти параметры обладают достаточной информативностью лишь при проведении сравнительных исследований на конкретном пациенте при фиксированном расположении электродов на мышце. Сравнение величин активности одноименных мышц разных испытуемых некорректно из-за влияния условий отведения, к которым относятся конструкция электродов и их геометрия, место расположения электродов на мышце, глубина залегания мышцы от поверхности кожи /252,386,403,416,424,427,441,442/.
Концепция изменения вариабельности электрофизиологических и биомеханических параметров ходьбы при патологии ОДА нижних конечностей
Другой критерий для оценки функционирования мышц нижних конечностей при нормальной и патологической ходьбе предполагает использование в качестве информативного параметра соотношение периода активного состояния (периода сокращения) исследуемой мышцы за шаг Та и времени ее покоя Тп. Как показано в ряде работ /61,292/ величина Та/Тп имеет минимум в зоне средних темпов нормальной ходьбы (рис. 1.6). При патологических состояниях опорно-двигательного аппарата нижних конечностей (в частности, при ходьбе инвалидов на протезах голени и бедра, больных детским церебральным параличом) данная величина возрастает. Однако проведенные позже исследования /131/ не показали наличие минимума данного соотношения при произвольном темпе нормальной ходьбы: было получено, что отношение Та/Тп монотонно возрастает с увеличением темпа нормальной ходьбы (т.е. зависимость Та/Тп от темпа нормальной ходьбы не является параболической).
Общим недостатком указанных выше критериев оценки изменения электрической активности мышц нижних конечностей при ходьбе является необходимость синхронного использования подографической методики регистрации основных временных фаз шага. В первом случае подографическая методика используется в явном виде, а во втором случае она использовалась авторами для определения длительности шага Тш и последующего вычисления времени покоя Тп мышцы в течение шага, поскольку эта величина определяется разностью: Тп = Тш - Та. Необходимость использования подографической методики для регистрации электрофизиологических параметров требует наличия специальной обуви (причем разных размеров) и электроконтактной дорожки. Эти обстоятельства не только значительно усложняют применение указанных электрофизиологических критериев, но и требуют проведения исследований в лабораторных условиях. покоя мышцы соответственно за шаг) от темпа нормальной ходьбы /61/.
Временной параметр функционирования мышц - фаза сокращения мышцы за шаг - лишен ограничений, характерных для амплитудных параметров и связанных с условиями отведения биопотенциалов. С его помощью возможно сравнение функционирования одноименных мышц разных испытуемых, но с поправкой на различие произвольного темпа их ходьбы. Действительно, темп ходьбы конкретного человека определяется его антропометрическими характеристиками, т.е. распределением масс сегментов нижних конечностей /148,299/, а волны фазной активности мышц при ходьбе в установившемся режиме строго приурочены к соответствующим фазам шага/11,70,71,123,124,307,303,308,313,
Поэтому интервалы сокращения мышц нижних конечностей при нормальной ходьбе также определяются антропометрическими характеристиками тела человека.
На рис. 1.7 приведены графики зависимостей временных интервалов сокращения Та икроножных (внутренних) мышц от темпа ходьбы, усредненных по 7 испытуемым /131/. Из них следует, что для ноги с большей силой отталкивания характерно увеличение интервала Та активного состояния мышц по сравнению с другой конечностью. Иными словами увеличение импульса силы при отталкивании ведущей конечностью достигается за счет превышения интервала сокращения мышц этой конечности над соответствующими параметрами кон-тралатеральной конечности. Следовательно, путем сопоставления интервалов сокращения одноименных мышц конечностей можно оценивать асимметрию походки испытуемых, что имеет важное значение при диагностике патологии нижних конечностей.
Зависимость длительности фазы сокращения мышцы за шаг от темпа ходьбы характеризуется таким же законом изменения - параболическим - как и зависимость величины суммарной интегрированной электрической активности /131/. Таким образом, фазы сокращения мышц нижних конечностей за шаг являются чувствительным информативным параметром, позволяющим оценить перегрузку и компенсаторную деятельность мышц при изменении условий ходьбы в норме и при поражениях ОДА. Кроме этого, величина измеряемого интервала не зависит от условий отведения биопотенциалов и технических характеристик используемой аппаратуры, что позволяет объективно оценить результаты лечения. Еще одним преимуществом использования периода сокращения мышц в качестве информативного параметра для оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей является возможность применения для его регистрации автономных приборов, позволяющих проводить исследования ходьбы во внелабораторных условиях.
