CC BY
28
УДК 612.741.14:616.718-007.157-089.227.84-07
М.С. Сайфутдинов, А.М. Аранович, Т.В. Сизова
ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПРОЯВЛЕНИЙ ЗАЩИТНОГО ТОНИЧЕСКОГО РЕФЛЕКСА МЫШЦ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ, УДЛИНЯЕМЫХ МЕТОДОМ ДИСТРАКЦИОННОГО ОСТЕОСИНТЕЗА
Российский научный центр «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика
Г.А. Илизарова (Курган)
На основании анализа разнообразия ЭМГ-паттернов, полученных при максимальном произвольном напряжении мышц 61 больного ахондроплазией в возрасте 4—27 лет. в процессе удлинения нижних конечностей методом, дистракционного остеосинтеза, разработаны рекомендации, по использованию метода функционального биоуправления с биологической обратной связью. Характер и. особенности биоэлектрической, активности удлиняемых мышц отражают, специфику проявления, тонического защитного рефлекса (уровень центрального торможения, и. его динамику), учёт, которой позволяет дифференцированно использовать возможности, функционального биоуправления.
Ключевые слова: ахондроплазия, биологическая обратная связь, защитный тонический рефлекс, дистракционный остеосинтез
DIAGNOSTIC VALUE OF THE MANIFESTATIONS OF PROTECTIVE TONIC REFLEX OF MUSCLES OF LOWER LIMBS THAT ARE LENGTHENED BY THE METHOD OF DISTRACTION OSTEOSYNTHESIS
M.S. Saifutdinov, A.M. Aranovitch, T.V. Sizova
The Russian Scientific Center «Restorative Traumatology and Orthopedics» named after academician
G.A. Ilizarov, Kurgan
The recommendations on using of the method, of functional biocontrol with, biological feedback were developed on the basis of analysis of a variety of electromyogram, patterns, obtained, at the maximal voluntary muscle tension in 61 patients at the age of 4—27 years during lower limb lengthening by transosseous osteosynthesis. The character and features of bioelectric activity of the muscles being lengthened, reflect the specificity of the tonic defense reflex manifestation, (the level of central inhibition, and. its dynamics), the regard to which allows to use the potentials of functional biocontrol in a differentiated way.
Key words: achondroplasia, biological feedback, defense tonic reflex, distraction osteosynthesis
В качестве одной из причин рецидивов ортопедической патологии после её успешного оперативного лечения рассматриваются нарушения в функционировании мышц [13] и в частности сохранение патологического двигательного навыка [4]. Инструментом коррекции процессов трансформации патологической моторной программы в условиях дистракционного остеосинтеза рассматривался метод функционального биоуправления (ФБУ) [5, 10] на основе преобразования электрических и механических параметров движения в управляющие сигналы биологической обратной связи (БОС). Анализ биоэлектрической активности, вызванной произвольным напряжением мышц конечности во время её удлинения [2], выявил разнообразие её паттернов, отражающих особенности проявления тонического защитного рефлекса. При формировании реабилитационных программ, в том числе и на основе ФБУ, это обстоятельство не учитывается. Генерация сигнала биологической обратной связи на основе электромиограммы (ЭМГ-БОС), полученной при произвольной активации мышц, определяется только её амплитудными характеристиками. Поэтому в данной ситуации игнорируется влияние тормозного защитного рефлекса, которое обязательно должно учитываться [1].
В связи с вышесказанным, целью настоящей работы является поиск информативных диагности-
ческих показателей путём анализа разнообразия ЭМГ-параметров защитного тормозного тонического рефлекса для использования в реабилитационных алгоритмах у больных ахондроплазией при лечении методом дистракционного остеосинтеза.
МЕТОДИКА
В процессе лечения методом дистракционного остеосинтеза проведено ЭМГ-обследование 61 больного ахондроплазией в возрасте 4 — 27 лет (25 мужчин и 36 женщин). Биоэлектрическую активность мышц нижних конечностей: m. tibialis anterior, m. gastrocnemius lateralis, m. rectus femoris слева и справа получали при их максимальном произвольном напряжении [3] с использованием цифровой ЭМГ-системы «DISA-1500» (Dantec, Дания). Отведение ЭМГ осуществляли с помощью биполярного поверхностного электрода с межэлектродным расстоянием 10 мм. Тестовое движение выполнялось после предварительной инструкции плавно и с максимальным усилием, преодолевая сопротивление, оказываемое лаборантом. Для исключения влияния эффекта синхронизации активности двигательных единиц длительность максимального напряжения мышцы не превышала 3 секунды [6]. Измеряли среднюю амплитуду (A) от пика до пика и частоту следования колебаний ЭМГ в секунду. Оценивали частоту встречаемости (v% = n х 100 % / N) разных
172
niMiiiiim nil 11 и I
паттернов активности: высокоамплитудной (А > 100 мкВ), низкоамплитудной (20 мкВ < А < 100 мкВ), интерференционной насыщенной, редуцированной (содержащей периоды молчания), атипичной (состоящей из отдельных двух-, трёхфазных потенциалов, критической (20 мкВ) и сверхнизкой (А < 20 мкВ) ЭМГ) как отношения числа наблюдений (п) данного паттерна к общему числу (^ наблюдений на разных стадиях лечебно-реабилитационного процесса.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Во всех случаях после наложения дистракцион-ного аппарата Илизарова отмечалось существенное снижение произвольной ЭМГ мышц удлиняемого сегмента. При этом наблюдаемые паттерны биоэлектрической активности по частоте встречаемости были распределены неравномерно (рис. 1). Преобладали две большие группы: низкоамплитудная (до 100 мкВ) интерференционная насыщенная и редуцированная ЭМГ. На анализируемой диаграмме паттерны первой группы обозначались как «Инт-2а», «Инт-2Ь» и «Инт-2с». Суммарно они встречались в 29,1 % наблюдений. Вторая группа (29,6 % наблюдений) состояла из высокоамплитудной (более 100 мкВ) и низкоамплитудной (менее 100 мкВ) редуцированной ЭМГ (на диаграмме обозначенной, соответственно, как «Ред-1» и «Ред-2»). К ней мы относили ЭМГ-паттерны, содержащие периоды молчания (один и более). Третью существенную группу записей составляли ЭМГ критического уровня («И-тш») и сверхнизкоамплитудная («Мт-3») активность (24,4 % наблюдений). К критическому уровню ЭМГ мы относим равномерную активность с амплитудой 20 мкВ, а к сверхнизкоамплитудной
— все записи с амплитудой менее эмпирически найденного критического уровня 20 мкВ.
12,7
7
12,7
2,
'-21,1
12,7
0Инт-1а ВИнт-1Ь |ЭИнт-1с ШИнт-2а
0Инт-2Ь дИнт-2с 0Ред-1 @Ред-2
ЕЗПД-2 ^И-тт ЦМт-3
Рис. 1. Частота встречаемости ЭМГ-паттернов в период удлинения конечности: Инт - интерференционная насыщенная; Ред - редуциорванная; Пд - атипичная; тип - сверхнизкая активность (объяснения в тексте).
Промежуточное положение между выделенными группами занимает высокоаплитудная (более 100 мкВ) ЭМГ (отдельные наблюдения появляются в конце периода фиксации), свидетельствующая об интенсивном протекании восстановительных процессов, а также атипичная активность, состоящая из серии отдельных двух-, трёхфазных потенциалов (на диаграмме — ПД-2). Среди вышеперечисленных ЭМГ-паттернов повышенного внимания при проведении реабилитационных мероприятий требуют низкоамплитудная редуцированная, атипичная и сверхнизкая активность (рис. 2).
Сложность изучения тонических вегето-со-матических защитных рефлексов заключается в том, что их проявление имеет значительную длительность и поэтому слито с другими феноменами, возникающими в условиях дистракционного остеосинтеза. Удобным инструментом для выявления рефлекторных проявлений тонического типа становится тест на максимальное произвольное напряжение [1], поскольку хорошо заметный и удобный для анализа паттерн произвольной ЭМГ в значительной степени модулируется (рис. 3) эффектами текущего тонического рефлекса.
Проведённый нами ранее анализ [7, 8] разнообразия ЭМГ-паттернов в сопоставлении с данными клинических, физиологических и экспериментально-морфологических исследований дистракционного остеосинтеза позволил сделать заключение о связи характера биоэлектрической активности с изменениями в соответствующих нейромоторных структурах, обеспечивающих реализацию функции удлиняемой конечности.
Наличие низкоамплитудной интерференционной насыщенной активности соответствует ситуации сбалансированности реактивных и репаратив-ных процессов в двигательных единицах мышц в зоне дистракции. Появление редуцированной ЭМГ указывает на усиление интенсивности тормозных процессов в моторных центрах. Этот феномен чаще всего возникает как ответ на интенсификацию активности тканевых рецепторов, что свидетельствует о сдвигах состояния внутритканевой среды. Данный механизм предупреждает о преобладании в тканях, подверженных дозированному растяжению, реактивных процессов над репаративными. Выявление активности в виде отдельных потенциалов (атипичные паттерны), а также сверхнизкоамплитудной ЭМГ позволяет предположить, что в реактивно-репаративные изменения вовлечена значительная часть мышечных волокон терминального и претерминального аппарата. Очевидно, что это сопровождается повышенным напряжением системы трофического обеспечения двигательных единиц мышц удлиняемого сегмента конечности. Этим объясняется повышение вероятности сохранения сниженного уровня моторной функции после завершения лечения, если в период пребывания в аппарате у больного регистрировались паттерны сверхнизкой ЭМГ.
Таким образом, степень сбалансированности процессов перестройки в двигательных единицах
П11 I I I I 1111 I П1 11111 I
173
аиІГ'аА^ліЛамаУотргЛ ^.:^і-!';.^^І:-,'::і!.:іі:!:;.і::..:^к^оіЬ|!.:і;Л::!«!є:ми;:1
—м
!. і —Н1
і/у^и^іу—А™»]
в
Рис. 2. ЭМГ-паттерны, требующие повышенного внимания в процессе удлинения конечности (расстояние между двумя горизонтальными линиями координатной сетки - 20 мкВ; длительность записи - 0,1 сек; развёртка - 10 мс на деление): А - редуцированная ЭМГ (Ред-2); Б - атипичная ЭМГ (ПД-2); В - сверхнизкая эМг (Мт-3).
Повреждающее
воздействие
Нарушение характеристик внутренней среды
Интерорецептивное
поле
Произвольная ЭМГ
Мотонейронный пул
Первичные ► Интернейронный
сенсорные нейроны аппарат
Сенсомоторная кора головного мозга
Тестовая команда
Рис. 3. Блок-схема, отображающая реализацию механизма защитного тонического интерорецептивного рефлекса, выявляемую с помощью теста максимальное произвольное напряжение.
снижается при переходе от насыщенной интерференционной ЭМГ к редуцированной, атипичной и сверхнизкой активности. Тенденция к нарастанию частоты встречаемости менее сбалансированных паттернов ЭМГ обычно проявляется при достижении т.н. критических величин удлинения [11, 12]: при 20% удлинении, когда реализуется исходный физиологически обусловленный запас длины тканей конечности, и в конце периода дистракции, когда достигнута физиологически обоснованная величина удлинения, рассчитанная для данного этапа. Критические периоды характеризуются синхронным фазным изменением функционального состояния двигательных единиц мышц удлиняемого сегмента [9].
В этих обстоятельствах задача ЭМГ-контроля заключалась в отслеживании уровня охранительного торможения по частоте встречаемости соответству-
ющих паттернов биоэлектрической активности и наличия тенденции перехода от более сбалансированных к менее сбалансированным типам ЭМГ (рис. 2). Наличие этих признаков указывает на интенсификацию механизмов центрального торможения активности мотонейронных ядер соответствующих мышц и появления риска превращения его из охранительного в чрезмерное, на что будет дополнительно указывать появление сверхнизкой ЭМГ, являющееся основанием для интенсификации мер, предупреждающих гипертракционное повреждение тканей удлиняемого сегмента конечности. Благодаря интенсивной разработке мер текущей реабилитации, при своевременном вмешательстве неблагоприятные проявления можно предотвратить.
При наличии в мышцах удлиняемого сегмента в период дистракционного остеосинтеза интерференционной насыщенной ЭМГ, превышающей по
174
ПІІІІІІІІІТ1 ПІ ІІІІІ
амплитуде 20 мкВ, в качестве реабилитационного мероприятия могут быть назначены упражнения с использованием приборов ФБУ [10]. В случаях, когда паттерны произвольной биоэлектрической активности имеют вид ненасыщенной (редуцированной) ЭМГ, в качестве реабилитационного воздействия может быть использована электро-миостимуляция, в том числе и в комбинации с ФБУ, но при этом электромиостимуляция должна предшествовать применению ЭМГ-БОС, поскольку электрические стимулы, активируя кожные рецепторы и сенсорные волокна большого диаметра в смешанном нерве, будут способствовать уменьшению интенсивности тормозных влияний на мотонейронный пул и активируемой мышцы. При этом наблюдается превращение редуцированной ЭМГ в интерференционную насыщенную.
При наличии атипичного, критического или сверхнизкого паттерна ЭМГ использование ЭМГ-БОС неэффективно. При наличии подобной картины активности необходимо проводить несколько курсов электромиостимуляции, пока за счёт восстановления возбудимости клеточных мембран и снижения уровня центрального торможения ЭМГ паттерн не преобразится в интерференционную насыщенную активность.
Таким образом, получение (путём анализа паттернов произвольной активности мышц удлиняемого сегмента) и использование информации о характере протекания вегето-соматического защитного тонического рефлекса позволяет применять современные высокотехнологичные методы коррекции моторной функции ортопедических больных с учётом механизмов функционирования сенсомоторной системы человека.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алатырев В.И., Еремеев А.М., Зефиров Л.Н. Тонические защитные рефлексы и рефлекторные реакции скелетных мышц // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова. — 1987. — Т. LXXШ, № 2. - С. 295-301.
2. Аранович А.М., Сайфутдинов М.С. Функциональное состояние мышц нижних конечностей больных ахондроплазией в условиях дистракци-онного остеосинтеза // Развитие травматологии и ортопедии в Республике Беларусь на современном этапе: матер. VIII съезда травматологов ортопедов Республики Беларусь. — Минск: РНПЦТО, 2008. — С. 152—154.
3. Команцев В.Н., Заболотных В.А. Методические основы клинической электронейромиографии: рук-во для врачей. — СПб.: Лань, 2001. — 350 с.
Сведения об авторах
4. Косов И.С., Кожевников О.В., Михайлова С.А., Кралина С.Э. и др. К патогенезу рецидивирующей врожденной косолапости // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2011. — № 1. — С. 48 — 54.
5. Миронов С.П., Косов И.С., Малахов О.А., Самков А.С. и др. Патофизиологические механизмы формирования контрактур суставов при удлинении конечностей и их коррекция методом функционального биоуправления // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. — 2000. — №. 1. — С. 3 — 8.
6. Персон Р.С. Электромиография в исследованиях человека. — М.: Наука, 1969. — 199 с.
7. Сайфутдинов М.С. Электрофизиологиче-ская оценка адаптационной реакции двигательных единиц мышц нижних конечностей ортопедических больных в условиях дистракционного остеосинтеза // Вестник новых медицинских технологий. — 2006. — № 3. — С. 145 — 148.
8. Сайфутдинов М.С., Сизова Т.В. Особенности распределения ЭМГ-паттернов мышц удлиняемого сегмента у больных с врождёнными аномалиями развития нижних конечностей // Гений ортопедии. — 2008. — № 4. — С. 44 — 46.
9. Шеин А.П. Механизмы дезинтеграции в системе «сенсомоторный аппарат — схема тела» периферического генеза на модели удлинения конечностей // Гений ортопедии. — 1998. — № 4. — С. 65 — 71.
10. Шеин А.П., Сайфутдинов М.С. Методики и аппаратное обеспечение функционального биоуправления / под ред. А.В. Попкова, В.И. Шевцова // Ахондроплазия: рук-во для врачей. — М.: Медицина, 2001. — С. 290 — 302.
11. Шеин А.П., Сайфутдинов М.С., Сизова Т.В. Управление процессами перехода нервных стволов в пластическое состояние при удлинении плеча по Илизарову // Гений ортопедии. — 2001. — № 4. — С. 18 — 21.
12. Шеин А.П., Сайфутдинов М.С., Сизова Т.В. Изменения параметров вызванной биоэлектрической активности соматосенсорной коры головного мозга у ортопедических больных с односторонними укорочениями верхних конечностей в условиях дис-тракционного остеосинтеза (Третье сообщение) // Гений ортопедии. — 2002. — № 4. — С. 97 — 102.
13. Яковлева Т.А. Электрофизиологическая оценка функционального состояния нервно-мышечного аппарата у детей с коксартрозами // Организация помощи и лечения детей с заболеваниями и травмами опорно-двигательного аппарата.
— Архангельск, 1987. — С. 91—92.
Сайфутдинов МаратСаматович - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии движений и нейрофизиологии Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. ГА. Илизарова (640014, Россия, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6; тел.: 8 (3522) 45-47-47; e-mail: [email protected])
Аранович Анна Майоровна - доктор медицинских наук, профессор, заведующая травматолого-ортопедическим отделением № 15 Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. ГА. Илизарова (640014, Россия, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6; тел.: 8 (3522) 45-47-47; e-mail: [email protected])
Сизова Тамара Вениаминовна - научный сотрудник Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» им. акад. ГА. Илизарова (640014, Россия, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6; тел.: 8 (3522) 45-47-47; e-mail: office@ ilizarov.ru)
П11 I I I I III IП11 I I I I I I
175
