CC BY
83
УДК 531/534: [57+61]
СООТНОШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ У БОЛЬНЫХ С ГЕМИПАРЕЗОМ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО ГЕНЕЗА
К.А. Петрушанская1, А.С. Витензонр, Г.П. Гриценко2, И.А. Сутченков3
1 Российский реабилитационный центр «Детство», Россия, 142031, Московская область, Домодедовский район, Лукино, e-mail: [email protected]
Федеральное бюро медико-социальной экспертизы, Россия, 127486, Москва, ул. Ивана Сусанина, 3, e-mail: [email protected]
3 Научно-медицинская фирма «МБН», Россия, 105120, Москва, 2 Сыромятнический переулок, 10, e-mail: [email protected]
Аннотация. Раскрытие закономерностей ходьбы человека представляет значительный интерес для физиологии и патологии движений, но еще большую ценность имеет эта проблема для обоснования и разработки новых методов лечения и реабилитации больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Ходьба человека представляет собой комплексный акт, включающий движения и деятельность мышц нижних конечностей, туловища, верхних конечностей, перемещение общего центра тяжести относительно фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостей. Поэтому, с одной стороны, изучение ходьбы должно быть максимально комплексным, т.е. включать исследование большого количества параметров: основных, временных, кинематических, динамических, электромиографических и энергетических. С другой стороны, необходимо представлять локомоторный процесс как целостное явление, что предполагает синтез биомеханических и электрофизиологических данных. В настоящей работе авторы сделали попытку осуществить такой синтез у больных с гемипарезом церебрального генеза. Они выявили, что между динамическими и электромиографическими параметрами ходьбы у данного контингента больных имеется отчетливая взаимосвязь. Авторы установили, что у больных с гемипарезом церебрального генеза вследствие глубокого пареза мышц пораженной конечности возникает необходимость в использовании дополнительной опоры при ходьбе. Это приводит к грубому изменению формы и величины кривой вертикальной составляющей опорной реакции; уровень кривой становится ниже уровня веса тела. Изменение локализации вертикальной нагрузки сопровождается трансформацией электромиографического профиля ряда мышц: максимум активности концентрируется в средней трети опорной фазы, т.е. перемещается из зоны максимальной активности в зону умеренной активности. Можно предположить, что процесс трансформации электромиографического профиля мышц при данных условиях в основном обусловлен действием афферентных факторов, связанных с изменением вертикальной нагрузки в различные фазы локомоторного цикла.
Ключевые слова: вертикальная составляющая опорной реакции, электромиографический профиль мышц, гемипарез церебрального происхождения.
© Петрушанская К.А., [Вигензон А.С.|, Гриценко Г.П., Сутченков И.А., 2014
Петрушанская Кира Анатольевна, к.б.н., с.н.с. Российского реабилитационного центра «Детство»,
Москва
Витензон Анатолий Самойлович, Москва
Гриценко Галина Павловна, к.т.н., в.н.с. кабинета физиологии и эргономики движений Федерального бюро медико-социальной экспертизы, Москва
Сутченков Игорь Анатольевич, инженер научно-медицинской фирмы «МБН», Москва
Введение
К настоящему времени в нашей стране накоплен большой экспериментальный материал по особенностям нормальной и патологической ходьбы человека. Тем не менее необходимо отметить, что в ряде работ отсутствует целостный подход при изучении данной проблемы. Как справедливо отмечает А.С. Витензон, при исследовании ходьбы необходимо осуществить синтез биомеханических и нейрофизиологических данных, представить локомоторный процесс как целостное явление [3]. С нашей точки зрения, только на основе установленных закономерностей становится возможной разработка новых методов реабилитации больных с поражениями опорно-двигательного аппарата.
Традиционный способ изучения двигательных актов предполагает сопоставление электрической активности мышц с последующим биомеханическим эффектом. На этом основании может быть сделано заключение об участии данной группы мышц или отдельных мышц в движении [3, 13]. Тем не менее для нейрофизиологического изучения отдельных процессов наиболее адекватным является обратный ход анализа, когда в качестве исходного пункта исследования рассматривается трансформация биомеханических параметров, в частности изменение вертикальной составляющей опорной реакции. По мнению Н.А. Бернштейна, именно этот параметр отражает борьбу моментов мышечных сил с силой тяжести человека [1]. Следовательно, сравнивая изменения формы и величины вертикальной составляющей и электромиографического профиля соответствующих мышц, можно определить, какое влияние оказывает вертикальная нагрузка на значение и фазировку электрической активности мышц в цикле ходьбы.
Важно отметить, что подобные исследования предпринимались неоднократно. В частности, А. А. Жиляев детально изучил особенности вертикальной составляющей опорной реакции, выявил механизм повышения вариабельности динамических и электрофизиологических параметров при патологии основных суставов нижних конечностей, определил информативные параметры для диагностики функционального состояния суставов нижней конечности [6]. Высоко оценивая полученные автором результаты, а также точность проведенных исследований, необходимо отметить, что в данной работе не прослеживается отчетливая взаимосвязь между электромиографическим профилем мышц в течение локомоторного цикла и вертикальной составляющей опорной реакции. С точки зрения автора, «электрофизиологические методы исследования 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 патологии опорно-двигательного аппарата» [6]. Также нельзя согласиться с мнением автора, что основными при исследовании ходьбы являются только те параметры, которые характеризуют вариабельность стереотипа ходьбы и что эти параметры могут даже заменить традиционно используемые методы клинического обследования. Многочисленные исследования, проведенные в лаборатории биомеханики нашего центра, показали, что между динамическими и электрофизиологическими параметрами существует отчетливая взаимосвязь.
К. А. Петрушанская продемонстрировала наличие такой взаимосвязи на примере больных с последствиями полиомиелита [11]. По клинической картине пациенты были разделены на две группы: I группу составили больные, применявшие при ходьбе замковые или беззамковые ортопедические аппараты, II группу - пациенты, использовавшие при ходьбе ортопедическую обувь.
У больных с последствиями полиомиелита были выявлены четыре типа изменения рисунка активности по сравнению со здоровыми людьми (рис. 1-2):
1. Резкое уменьшение максимумов активности в течение цикла при неизменном уровне минимальной активности. Такой тип активности в основном встречается у мышц более пораженной конечности у больных I и отчасти II клинических групп.
2. Незначительное увеличение максимумов активности на фоне заметного повышения минимальной активности: соотношение их для передней большеберцовой мышцы равно 2:1, для икроножной мышцы - 2,7:1, для наружной широкой мышцы - 3,5:1, для полусухожильной мышцы - 1,9:1 и т.д. Такой тип активности характерен для мышц менее пораженной или сохранившейся конечности пациентов
I клинической группы.
3. Существенное повышение как максимальной, так и минимальной активности, резкое пролонгирование максимумов активности на большую часть опорной фазы. Данный тип активности выявлен для ряда мышц менее пораженной конечности (икроножной, наружной широкой, прямой бедра) больных II клинической группы.
4. Некоторое понижение или сохранение прежней величины максимумов активности при повышении уровня минимальной активности. Этот тип активности наблюдается у большинства мышц более пораженной конечности пациентов
II клинической группы.
Сопоставление графиков распределения электрической активности мышц менее пораженной (сохранившейся) конечности и вертикальной составляющей опорной реакции обнаруживает между двумя видами кривых известный параллелизм. Там, где вертикальная составляющая опорной реакции имеет «статический» характер, т.е. отсутствует эффективное использование гравитационных и внешних сил, наблюдается второй тип активности. В тех случаях, когда форма вертикальной составляющей, еще не утратив «статического» характера, приближается к нормальному виду (на кривой появляется максимумы и минимум между ними), выявляют третий тип активности.
Те же сопоставления, сделанные для более пораженной конечности, показывают, что снижению величины вертикальной составляющей ниже уровня веса тела обычно соответствует первый или четвертый тип электрической активности мышц при ходьбе.
Таким образом, была сделана первая попытка продемонстрировать отчетливую взаимосвязь между динамическими и электромиографическими параметрами. Однако такая взаимосвязь была прослежена не только у больных с последствиями полиомиелита, но и при других заболеваниях: у больных детским церебральным параличом, у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени, у инвалидов с последствиями позвоночно-спинномозговой травмы в шейном и грудном отделах, у больных, передвигающихся на протезах [2, 4, 8, 10, 12].
С нашей точки зрения, особый интерес представляет исследование данной взаимосвязи у больных с гемипарезом церебрального генеза. Такой интерес к данной проблеме обусловлен рядом причин: неуклонным ростом числа инвалидов с последствиями инсульта и черепно-мозговой травмы, необходимостью получения целостной картины двигательных нарушений для принятия адекватных мер при реабилитации [7, 8, 9, 14]. Поэтому в данной работе мы поставили цель выявить наличие данной закономерности у больных с гемипарезом церебрального генеза.
Rz
мкВ
2
4
5
6
20 40 60 80 100 .................;:::::::»
20 40 60 80 100
:■■%■................S........,.,
.................>........'
1
3
Рис. 1. Графики изменений вертикальной составляющей (Яг) опорной реакции (% к весу тела) и электрической активности мышц нижних конечностей (мкВ) при ходьбе в норме и у больных I группы с последствиями полиомиелита. 1 - передняя большеберцовая; 2 - икроножная; 3 - наружная широкая; 4 - полусухожильная; 5 - прямая мышца бедра; 6 - двуглавая мышца бедра. Пунктирная линия - норма; сплошная линия - больные; Т - время
Пораженная нижняя конечность
Rz
мкВ ;
100 60'
20 ' 0
100 80 60 40 20' 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
-1-—I *««*—,
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
Т, %
20 40 60
!■■(................v.......
■•■■I.........................
80 100
Сохранившаяся нижняя конечность
100
60
20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
100т 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
80 100
20 40 60 80 100
...........................
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
Т, %
20 40 60 80 100
1
2
3
4
5
6
Рис. 2. Графики изменений вертикальной составляющей (Яг) опорной реакции (% к весу тела) и электрической активности мышц нижних конечностей (мкВ) при ходьбе в норме и у больных II группы с последствиями полиомиелита. Остальные
обозначения, как на рис. 1
Материал и методы исследований
Под наблюдением находились 10 здоровых испытуемых и 30 больных с гемипарезом церебрального происхождения. У здоровых испытуемых и больных были исследованы динамические параметры ходьбы (вертикальная составляющая опорной реакции Я2) и электрическая активность 10 симметричных мышц нижних конечностей и туловища при ходьбе: передней большеберцовой, икроножной, наружной широкой, полусухожильной, прямой бедра, двуглавой бедра, средней ягодичной, большой ягодичной, длинной приводящей и крестцово-остистой.
Электрическую активность мышц при ходьбе исследовали с помощью электромиографической установки, состоящей из усилителя биопотенциалов УБФ-4 с устройством для ввода в аналого-цифровой преобразователь не натуральной электромиограммы, а ее огибающей при постоянной времени 5 мс, персонального компьютера с программным обеспечением для ввода и обработки результатов измерения. Калибровку установки осуществляли посредством синусоидального сигнала частотой в 200 Гц от звукового генератора ЗГ-10.
Для отведения электрической активности мышц использовали биполярные накожные электроды, изготовленные из латуни в виде плоских чашечек, заполняемых электропроводной пастой. Диаметр электродов был равен 10 мм, а постоянное межэлектродное расстояние - 40 мм. Электроды помещали над мышечным брюшком в двигательной области и фиксировали на коже полосками лейкопластыря и эластичным бинтом.
Измеряемые параметры обрабатывали по программе съема измерений с частотой 200 раз в секунду 12-разрядным аналого-цифровым преобразователем с погрешностью 1-2 разряда. Эта программа считывает данные на выходе аналого-цифрового преобразователя, оцифровывает их с частотой 200 раз в секунду и записывает на жесткий диск персонального компьютера в виде файлов для длительного хранения.
Наряду с электромиографическими параметрами были также исследованы и другие характеристики ходьбы с помощью методик электроподографии и электродинамографии. Динамические параметры регистрировали посредством динамографической платформы. Подографические и динамографические данные также обрабатывали на персональном компьютере.
Результаты исследований
В качестве интегрального критерия для разделения больных на группы была взята средняя скорость передвижения. В соответствии со средней скоростью передвижения все испытуемые были разделены на три группы.
Первая группа - больные с легкой степенью пареза (13 человек). Скорость ходьбы у таких больных колеблется в пределах от 2 до 3,5 км/ч. Для данной группы лиц характерны отвисание или эквинус стопы, хромота, неустойчивость при ходьбе.
Вторая группа - больные с более серьезными нарушениями двигательных функций (10 человек). Средняя скорость передвижения у пациентов данной группы колеблется от 1 до 2 км/ч. При ходьбе больных этой группы характерна поза Вернике-Манна (вынужденное положение руки, приведенной и согнутой в плечевом суставе, согнутой в локтевом и лучезапястном суставах, выпрямленное положение ноги, которая почти не сгибается в течение переносной фазы, отвисание стопы, ее эквиноварусное положение). Все пациенты этой группы ходили с опорой на трость.
Пораженная нижняя конечность
100
60
20 0
□С
20 40 60 80 100
Сохранившаяся нижняя конечность
20 40 60 80 100
а: а:
ii
100
60
20 0
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
И.
Iii
100 60 20
100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
i-f
а:
I
Рис. 3. Графики изменений вертикальной составляющей опорной реакции (Rz) (% к весу тела) в норме и у больных трех групп (I, II и III) с гемипарезом церебрального генеза. Пунктирная линия - норма, сплошная линия - больные.
Под графиками подограммы
Третья группа - больные с грубыми нарушениями двигательных функций (7 человек). Средняя скорость ходьбы у них составила менее 1 км/ч. Ходьба больных этой группы напоминала походку пациентов второй группы. Однако двигательные нарушения были более выражены. Все испытуемые ходили с дополнительной опорой на трость или с поддержкой сопровождающего лица.
В соответствии с интегральным критерием двигательные нарушения у больных с гемипарезом церебрального происхождения могут быть представлены следующим образом (рис. 3).
Наиболее характерной особенностью у больных первой группы является нарушение движений в дистальных отделах нижней конечности, отвисание стопы, ее эквиноварусное положение в голеностопном суставе. Общий кинематический рисунок ходьбы лишь слегка изменен, заметно наступание на опору с носка, слабовыраженное подошвенное сгибание в фазе заднего толчка и в течение переносной фазы. Отмечается снижение величины вертикальной составляющей опорной реакции в фазе заднего толчка паретичной конечности и в фазе переднего толчка сохранившейся.
У больных второй клинической группы существенным симптомом является уменьшение амплитуды движений во всех суставах паретичной конечности в течение локомоторного цикла: для сохранившейся конечности заметна тенденция к сгибательной установке. Экстремальные значения опорной реакции редуцированы: на стороне пареза Я2 - кривая не достигает уровня веса тела (при использовании дополнительной опоры); на стороне сохранившейся конечности Я2 - кривая приобретает трапециевидную форму; на обеих ногах затягиваются передний и задние фронты кривой ^-составляющей, максимум кривой Я2 не достигает уровня веса тела в результате использования средств дополнительной опоры.
Для третьей группы больных типичны полная деформация голеностопного угла вследствие отвисания стопы, резкое выпрямление нижних конечностей наряду с уменьшением амплитуды угловых перемещений во всех суставах ноги. Вертикальная составляющая Яг опорной реакции искажена; она принимает треугольную форму, максимум кривой располагается в середине опорной фазы, намного ниже уровня веса тела, что указывает на еще большее использование средств дополнительной опоры.
В соответствии с изменением динамических параметров изменяется и электрическая активность мышц при ходьбе.
В первой группе больных электромиографический профиль близок к норме, однако на пораженной стороне заметно уменьшение активности мышц голени, увеличение и пролонгирование активности мышц-разгибателей бедра и таза (особенно наружной широкой и большой ягодичной мышц) на большую часть опорной фазы. На стороне сохранившейся конечности отмечается повышение активности и ее пролонгирование на первые две трети опорной фазы (рис. 4).
У второй группы больных на стороне пораженной конечности выявляется нивелирование активности мышц голени, резкое снижение максимумов активности и их смещение вправо по оси времени для всех остальных мышц. На стороне сохранившейся конечности отмечается снижение активности передней большеберцовой мышцы; значительная редукция максимума активности икроножной мышцы и его смещение к середине опорной фазы, уменьшение и резкое пролонгирование активности мышц-разгибателей бедра и таза (наружной широкой, средней ягодичной) на большую часть опорной фазы. Для большой ягодичной мышцы, двуглавой мышцы бедра и полусухожильной мышцы оказывается типичным уменьшение и пролонгирование активности, а также ее незначительное смещение вправо по оси времени. Кроме того, у полусухожильной мышцы и двуглавой мышцы бедра отмечается волна активности в конце переносной фазы (рис. 5).
У больных третьей группы на стороне паретичной конечности выявляется отсутствие электрической активности на мышцах голени, резкое снижение максимумов активности мышц бедра и таза наряду с их смещением в среднюю треть фазы опоры. На стороне сохранившейся конечности наблюдается одновременная активность большинства мышц-антагонистов; характерно резкое снижение максимумов, увеличение их длительности и смещение к середине фазы опоры (рис. 6).
к» о
сл сл 2
ч
о о о
я
Я; о
Я;
та Я
о» я о
го
к> о
Н
00 £
I
и) к»
(Л
Более пораженная МКВ нижняя конечность
Менее пораженная нижняя конечность
250 200 150 100' 50 0
250 200 150 100 50 0
А
150 120 80, 60 30 0
20 40 60 80 100
250 200 , 150Д 100 \ 50;/ '
о!
20 40 60 80 100
250
-»С
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100 .........
150 120 80 60 30 0
♦.■о
20 40 60 80 100
С
:>-■->.......
Более пораженная нижняя конечность
50г 40 30 20, 10 о
Менее пораженная нижняя конечность
100 80 60 40 20. 0
100 80 60 40 20 0
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
100 80 60 40 20 0
100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
10
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
Более пораженная нижняя конечность
501
20 40 60 80 100
100 80 60 40 20 0
Менее пораженная нижняя конечность
50 г 40 30 20 10 о
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
60 80 100 ........
Рис. 5. Электрическая активность мышц нижних конечностей (мкВ) в норме и у больных II группы с гемипарезом церебрального генеза.
Остальные обозначения, как на рис. 4
Я >
Я
а> -ё
Е
рэ Я о Я
I Р
СО
а> Я , " о
та я с
а> Я
Я >
го Я
'I
Более пораженная МКВ нижняя конечность
Менее пораженная нижняя конечность
250 200 150 100 50 0
250 200 150 100 50 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
к
:(.......Vj-
........
С
20 40 60 80 100
250 200 150 100 50 0
250 200 150 100 50 0
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
t
20 40 60 80 100
.......t—y
-I.......i-'
Более пораженная нижняя конечность
50 40 30 20 10 о
Менее пораженная нижняя конечность
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
25 20 15 10 5 0
д
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
50 40 30 20 10 0
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 i 20 0
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
А
20 40 60 80 100
20 40 60 80 100
%Т 204060 80 100
ц.::::::?--"--.....
' Ь-
Более пораженная нижняя конечность 50
20 40 60 80 100
10
100 80 60 40 20 0
20
40 60 80 .......
Менее пораженная нижняя конечность
50 40 30 20 10 0
20 40 60 80 100
ЮС
100 80 60 40 20 0
20
40 60 80 100
,::)■■■■■■»-.....
-Ь-
Рис. 6. Электрическая активность мышц нижних конечностей (мкВ) и туловища у больных III группы с гемипарезом церебрального
генеза. Остальные обозначения, как на рис. 4
Обсуждение полученных результатов
Полученные данные целесообразно обсудить с двух точек зрения: с позиции биомеханической целесообразности и в аспекте управления работой мышц при патологической ходьбе.
По мере нарастания двигательных расстройств у больных гемипарезом происходит трансформация работы мышц, которая имеет несколько стадий. На первой из них, когда нарушение движений ограничивается дистальным отделом нижней конечности, компенсация устойчивости и локомоторной функции достигается усилением деятельности мышц бедра ипсилатеральной ноги и всех мышц более сохранившейся конечности.
На второй стадии, для которой характерна поза Вернике-Манна, вследствие значительного снижения активности мышц на паретичной ноге, наблюдается увеличение и пролонгирование активности большинства мышц контралатеральной конечности. При этом одни мышцы (двуглавая и полусухожильная) сохраняют свою локализацию в цикле ходьбы, тогда как другие (наружная широкая, прямая бедра, ягодичные) все больше сдвигаются вправо по оси времени.
Наконец, на третьей стадии развития гемипареза, для которой типична крайне медленная неустойчивая ходьба, активность мышц паретичной конечности становится низкоамплитудной и монотонной, а мышцы более сохранившейся конечности имеют пролонгированные максимумы, занимающие большую часть опорной фазы. Изменение активности мышц происходит в полном соответствии с изменением формы вертикальной составляющей опорной реакции, которая вначале утрачивает двугорбый вид, затем становится трапециевидной и наконец приобретает треугольную форму.
В нейрофизиологическом плане выявленная нами трансформация электромиографического профиля мышц у больных с данной патологией является прямым подтверждением ранее отмеченной закономерности о перемещении возбуждения из зоны максимальной активности в зону умеренной активности у мышц-разгибателей нижних конечностей при ходьбе. В условиях значительного понижения силы мышц для сохранения равновесия и продвижения вперед больные используют дополнительную опору. Во время переноса массы тела на паретичную нижнюю конечность, т.е. в двуопорную фазу шага, основная вертикальная нагрузка падает на трость. В это время происходит разгрузка мышц нижней конечности, а в одноопорную фазу, наоборот, нагрузка увеличивается. Вслед за перемещением вертикальной нагрузки в середину опорной фазы возникает перемещение максимумов активности мышц-разгибателей (наружной широкой, средней и большой ягодичных) в зону умеренной активности. Характерно, что подобная тенденция отмечается и у полусухожильной мышцы, так как в данную фазу мышца функционирует как разгибатель ноги в тазобедренном суставе. Это перемещение максимумов возбуждения мышц, вероятно, обусловлено афферентными влияниями, так как происходит параллельно с изменением вертикальной нагрузки в течение опорной фазы.
Эти результаты интересны и в теоретическом плане, так как противоречат гипотезе построения спинального генератора локомоторных движений в виде замкнутого интернейронного кольца, по которому распространяется возбуждение, активирующее мотонейроны в той последовательности, в какой они обычно работают при ходьбе [15].
Как видно, в управлении работой мышц при локомоции значительную роль играют не только программные, но и афферентные факторы. Последние определяют как фазовую траекторию возбуждения (в пределах программы), так и уровень электрической
активности мышц. Следует особо подчеркнуть зависимость величины электрической активности от афферентов 1Ь от сухожильных рецепторов Гольджи и низкопороговых кожных афферентов. По мнению ряда авторов, афференты 1Ь тормозят деятельность сгибательного полуцентра локомоции и тем самым оказывают положительное действие на мотонейроны мышц-разгибателей в опорную фазу [16]. Можно предположить, что эти афференты наряду с другими (1а) от мышечных веретен обусловливают изменение электромиографического профиля мышц при патологической ходьбе.
В частности, в двуопорную фазу вследствие использования дополнительной опоры возникает разгрузка мышечного аппарата и ослабление импульсации от мышечных веретен некоторых мышц-разгибателей проксимальных суставов (головок четырехглавой мышцы бедра, большой и средней ягодичных мышц). В средней части опоры вертикальная нагрузка увеличивается, и, по-видимому, усиливается функционирование рецепторов Гольджи и некоторых кожных рецепторов. Все это способствует возникновению максимумов активности в эту фазу шага.
Таким образом, параллелизм в трансформации электромиографического профиля и вертикальной составляющей опорной реакции подчеркивает органическую связь между биомеханическими и электромиографическими параметрами ходьбы. Казалось бы, устойчивость иннервационной программы локомоции не должна существенно изменяться под влиянием внешних и внутренних условий. Тем не менее эта программа постоянно корректируется под влиянием текущей биомеханической ситуации: в соответствии с изменением величины и локализации вертикальной нагрузки происходит отчетливое перемещение электрической активности из одной части опорной фазы в другую.
Необходимо отметить, что полученные результаты представляют также интерес в практическом плане. Как известно, одним из главных принципов функциональной электростимуляции является точное совпадение естественного и искусственного возбуждения и сокращения мышц в двигательном акте. Можно утверждать, что только такой способ электростимуляции будет способствовать формированию правильного локомоторного навыка наряду с улучшением функционального состояния мышц. Однако для больных с умеренной и тяжелой степенями гемипареза, передвигающихся с помощью дополнительной опоры, может быть сделано исключение.
Для таких пациентов перемещение максимума электрической активности в среднюю треть опоры представляет собой единственную возможность поддержания устойчивости при ходьбе. По-видимому, в этой ситуации может быть применена электростимуляция мышц в средней части опорной фазы как способ усиления функции мышц-разгибателей коленного и тазобедренного суставов. Однако, как только больные возвращаются к естественному способу передвижения (без дополнительной опоры), электростимуляция должна осуществляться в соответствии с нормальным иннервационным стереотипом. Иначе говоря, при выраженном нарушении локомоции временно допустима электростимуляция в зонах М+Н или в зоне умеренной активности, но лишь с тем, чтобы после частичной нормализации ходьбы проводить электростимуляцию только в зоне максимальной активности с целью выработки правильного двигательного стереотипа.
Таким образом, выявленное нами соотношение динамических и электромиографических параметров является очень важным компонентом обоснования временной программы электростимуляции мышц у самой тяжелой группы больных с гемипарезом церебрального генеза.
Выводы
1) У больных с умеренной и тяжелой формами гемипареза церебрального генеза возникает необходимость в использовании дополнительной опоры. Это приводит к значительному изменению формы и величины вертикальной составляющей опорной реакции; кривая становится ниже уровня веса тела, максимальная нагрузка возникает в середине опорной фазы.
2) Трансформация электромиографического профиля мышц происходит в соответствии с изменением локализации вертикальной нагрузки; по мере прогрессирования поражения максимум активности все более и более перемещается в среднюю часть опорной фазы, т.е. из зоны максимальной активности в зону умеренной активности.
3) Можно полагать, что процесс трансформации электромиографического профиля мышц в данных условиях в основном обусловлен действием афферентных факторов, связанных с изменением вертикальной нагрузки в различные фазы локомоторного цикла.
4) Для больных гемипарезом с тяжелой степенью поражения выявленное соотношение динамических и электромиографических параметров является физиологическим обоснованием для изменения временной программы электростимуляции мышц при ходьбе.
Список литературы
1. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М.: Медгиз, 1947. - 254 с.
2. Витензон А.С. Внешняя и внутренняя структура ходьбы на протезах после двусторонней ампутации нижних конечностей на уровне голени и бедра // Теоретические основы построения протезов нижних конечностей и коррекции движений. ЦНИИПП, 1994. - Т. 1, Ч. 1, Гл. 5. - С. 159-179.
3. Витензон А.С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека. - М.: Зеркало, 1998. - 272 с.
4. Витензон А.С., Миронов Е.М., Петрушанская К.А., Скоблин А.А. Искусственная коррекция движений при патологической ходьбе. - М.: Зеркало, 1999. - 503 с.
5. Витензон А.С., Иванов А.М., Гриценко Г.П., Петрушанская К.А. Реабилитация инвалидов с культей бедра посредством программируемой электростимуляции мышц при ходьбе. - М.: Зеркало, 2001. -175 с.
6. Жиляев А.А. Биомеханические и электрофизиологические критерии оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей человека: автореф. дис. ... д-ра. мед. наук. - М., 2003 - 48 с.
7. Ильин В.С. Двигательная реабилитация пожилых больных, перенесших инсульт // Материалы III Междунар. конгр. «Нейрореабилитация». - М., 2011. - С. 62-64.
8. Кононова Е.А., Пилипенко П.И., Вострикова Е.В., Щепанкевич Л. А., Мясникова Н.Г., Брусянская А.С., Павленко Л.Э. Реабилитация больных с нарушением равновесия в раннем и позднем восстановительном периоде после инсульта // Материалы II Междунар. конгр. «Нейрореабилитация». - М., 2010. - С. 54.
9. Королев А. А., Суслова Г. А. Современные представления о регуляции двигательных функций после мозгового инсульта // Вестник Всероссийской гильдии протезистов-ортопедов. - 2010. - № 3(41). -138 с.
10. Миронов Е.М., Витензон А.С., Петрушанская К.А. Восстановительное лечение больных с последствиями позвоночно-спинномозговой травмы. - Тверь.: Клевер, 2009. - 228 с.
11. Петрушанская К. А. Локомоторные нарушения у больных с последствиями полиомиелита и их коррекция посредством электростимуляции мышц при ходьбе // Искусственная коррекция движений при патологической ходьбе. - 2003. - 48 с.
12. Петрушанская К.А., Витензон А.С. Трансформация электромиографического профиля мышц при патологической ходьбе // Российский журнал биомеханики. - 2002. - Т. 6, № 3. - С. 77-91.
13. Славуцкий Я.Л. Физиологические механизмы биоэлектрического управления протезами. -М.: Медицина, 1982. - 291 с.
14. Черкасова O.A. Эффективность реабилитации инвалидов, перенесших мозговой инсульт // Тезисы XIV Рос. нац. конгр. «Человек и его здоровье». - 2009. - С. 166-167.
15. Шик М.Л. Управление наземной локомоцией млекопитающих животных // Физиология движений / под ред. Н.П. Бехтеревой. - Л.: Наука, 1976. - С. 234-275.
16. Duysens J., Van Wezel B.M.H., Van de Crommert H. Basic neurophysiology and FES // Neurprosthetics from basic research to clinical application / ed. by A. Pedotti, M. Ferrarin, J. Qintern, R. Riener. - Springer, 1995. - P. 15-20.
CORRELATION OF DYNAMIC AND ELECTROMYOGRAPHIC INDICES DURING WALKING OF PATIENTS WITH HEMIPARESIS OF THE CEREBRAL ORIGIN
K.A. Petrushanskaya, A S. Vitenson, G.P. Gritsenko, I.A. Sutchenkov
(Moscow, Russia)
Disclosure of regularities of normal and pathological human walking is of great interest for physiology and pathology of movements, but nevertheless this problem is of greater interest for foundation and elaboration of new methods of treatment and rehabilitation of patients with diseases of the locomotor system. Human walking presents the complex act, which includes movements and work of muscles of the lower extremities, trunk, upper extremities, displacement of the common center of mass relatively the frontal, sagittal and horizontal planes. That's why, on the one hand, study of walking must be as complex, as possible, i.e. it must include investigation of a great number of parameters: main, temporal, kinematic, dynamic, electromyographic and energetic. On the other hand, it is necessary to present the locomotor process as the integral phenomenon, what supposes the synthesis of biomechanical and electrophysiological data. The authors of this article made an attempt to realize such analysis in patients with hemi-paresis of the cerebral origin. They found out, that the evident correlation exists between dynamic and electromyographic parameters. It has been established, that most of patients with the cerebral hemiparesis need application of the additional support because of deep paresis of muscles of the paretic lower extremity. This fact leads to the pronounced change of the form and value of the vertical component of the ground reaction force; the level of the curve becomes lower than the body weight. Change of localization of the vertical loading is accompanied by transformation of electromyographic-pattern of a number of muscles: maximum of activity is concentrated in the middle third of the stance phase, otherwise it is replaced from zone of the maximal activity (M) to zone of the temperate activity (T). It is possible to suppose, that in these conditions process of transformation of electromyographic-pattern of muscles is mainly determined by action of the afferent influences, connected with change of the vertical loading in different phases of the locomotor cycle.
Key words: vertical component of ground reaction force, electromyographic pattern of muscles, hemiparesis of the cerebral origin.
Получено 21 августа 2014
