The induced bioelectrical activity of the muscles of the lower extremities in patients with gonarthrosis

Full Text

Проведенные ранее исследования показали, что заболевания, вызывающие ограничение подвижности в коленном суставе при наличии явлений воспаления и хронических болей, приводят к ряду значительных, прогрессирующих изменений разной степени выраженности в структуре [3, 5] и функциональном состоянии [4, 10, 11, 13, 15] мышц нижних конечностей. Общепризнано, что исходное состояние нервно-мышечного аппарата пораженной конечности во многом определяет выбор тактики лечения и его результаты. При этом необходимо отметить особую роль фактора иммобилизации [2, 12].

Целью данного исследования была количественная оценка функционального состояния мышц нижних конечностей в зависимости от степени развития (стадии) гонартроза, тяжести оперативного вмешательства и особенностей течения восстановительных процессов.

Материал и методы

Методом стимуляционной электромиографии [1] обследовано 70 больных (23 мужчины и 47 женщин) в возрасте 22-70 лет с I (13 человек), II (37) и III (20) стадиями гонартроза [6]. Амплитуда активных движений в пораженном суставе не превышала у них 40°. Давность заболевания (с момента травмы) составляла в среднем 6,1±0,7 года. Исследование проводилось перед началом лечения и в сроки до полутора лет после его окончания.

В условиях супрамаксимальной стимуляции соответствующих нервов регистрировали униполярно (отведения типа «belly-tendon») М-ответы m. rectus femoris, m. vastus lateralis, m. vastus medialis, m. tibialis anterior, m. gastrocnemius (caput laterale, caput mediale). Использовали цифровую ЭМГ-систему «1500» («Dantec», Дания). Вычисляли среднюю арифметическую (М), ошибку средней (m) и коэффициенты вариации (КѴ) амплитуды М-ответа в разные сроки наблюдения. Из-за малого объема анализируемых выборок статистическую значимость выявляемых изменений амплитуды М-ответа и степень их различия между сериями оценивали с использованием непараметрического критерия Манна—Уитни [7, 9].

У 13 больных с I стадией и у 19 со II стадией гонартроза выполнены туннелизация и остеоперфорация костей, образующих коленный сустав. При нарушении биомеханической оси конечности оперативное вмешательство у 18 больных со II и у 20 больных с III стадией гонартроза дополнялось корригирующей остеотомией берцовых костей в верхней трети с последующим остеосинтезом голени аппаратом Илизарова.

В экспериментальной части исследования у 16 взрослых беспородных собак фиксировали коленный сустав аппаратом Илизарова^[1] под углом, близким к физиологическому (110-120°), что контролировалось рентгенологически по наличию равномерной суставной щели. Животных выводили из эксперимента через 2-4 нед после фиксации сустава и через 2-4 нед после снятия аппарата. Содержание животных, оперативные вмешательства и эвтаназию осуществляли в соответствии с приказом М3 СССР № 755 от 1977 г.

Морфологические исследования проведены на материале, взятом из верхней трети передней большеберцовой и икроножной мышц оперированной и контралатеральной конечностей экспериментальных животных. Парафин-целлоидиновые срезы толщиной 5-10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином и по методу Ван-Гизона. Ультра- тонкие срезы толщиной 400-500 ангстрем (40- 50 нм) получали с помощью ультратома «LKB Bromma Ultrotome NOVA» и изучали под электронным микроскопом JEM-100В фирмы «JEOL» (Япония). Для изготовления микрофотограмм использовали фотомикроскоп фирмы «Opton».

Результаты

Результаты электромиографических исследований представлены в таблице. В предоперационном периоде различия средних значений амплитуды вызванной биоэлектрической активности мышц

бедра и голени пораженной и контралатеральной конечностей у больных гонартрозом I и II стадии были статистически незначимы (р>0,05). Вместе с тем снижение М-ответов на больной стороне (на 19-26%) для m. rectus femoris оказалось более выраженным, чем для т. vastus lateralis и т. vastus medialis. В группе пациентов с гонартрозом III стадии М-ответы мышц на больной конечности были ниже, чем на здоровой, на 17—30%, причем для передних групп мышц бедра и голени — статистически значимо (р<0,05). Отмеченное снижение мы связываем с атрофией части двигательных единиц вследствие локальной гиподинамии, обусловленной разгрузкой конечности по анталгическому типу в условиях присутствия очага хронической ноцицептивной афферентации (область коленного сустава). Вероятнее всего, атрофии в первую очередь подвергаются мышечные волокна, входящие в состав быстрых двигательных единиц — филогенетически более молодых структурных образований, чувствительных к действию неблагоприятных факторов.

 

Значения амплитуды вызванной биоэлектрической активности мышц нижних конечностей (в мВ) у больных гонартрозом до и после лечения (М±т)

Мышца	Пораженная конечность			Контралатеральная конечность			Оперированная конечность			Контралатеральная конечность
	n	М±т	КѴ	n	М±т	КV	n	М±m	КѴ	n	М±т	КV
I стадия гонартроза	До лечения						После лечения (туннелизация)
М. rectus fem.	13	15,0±1,6	38,0	13	17,1±1,7	36,1	10	12,1+1,7	44,8	10	14,4+1,4	30,3
М. vastus lat.	13	9,4±1,1	41,3	13	10,5±1,5	53,1	10	8,4±1,5	55,9	10	9,7±1,6	50,8
М. vastus med.	13	8,3±1,1	49,3	13	8,0±1,4	62,3	10	6,9±1,6	75,3	10	8,2±2,0	78,2
M. tibialis ant.	13	7,5±0,6	27,1	13	6,8±0,6	30,4	10	5,8±0,9	47,6	10	7,1±0,7	29,6
M. gastr. (c. lat.)	13	19,4±1,9	35,6	13	23,0±2,7	42,5	10	21,6±3,1	45,0	10	17,7+3,1	56,0
M. gastr. (c. med.)	13	18,6±2,38	45,0	13	27,4+2,8	36,8	10	19,2+3,1	50,7	10	20,8+3,2	49,5
II стадия гонартроза	До лечения						После лечения (туннелизация)
M. rectus fem.	34	11,0+0,9	49,0	32	12,2+1,0	48,0	20	8,1+1,3[†]	71,1	20	10,9+1,3	53,0
M. vastus lat.	34	6,3±0,6	56,3	32	7,7±0,7	48,8	19	5,4±1,0	78,3	18	8,5±1,2	59,4
M. vastus med.	34	5,0±0,5	55,6	31	5,8±0,5	51,5	19	4,5±0,6	61,4	19	6,0±1,0	70,7
M. tibialis ant.	36	6,8±0,6	51,9	32	7,5±0,8	59,5	22	6,6±0,7	48,1	19	8,2±0,8	39,8
M. gastr. (c. lat.)	36	17,4±1,2	42,3	31	17,4+1,3	43,2	22	13,5±1,4*	49,5	18	18,8+0,9	20,7
M. gastr. (c. med.)	36	16,8±1,2	41,8	31	18,1+1,5	45,0	22	12,3+0,9*	33,2	18	18,3+1,4	33,5
II стадия гонартроза	До лечения						После лечения (остеотомия)
M. rectus fem.	34	11,0±0,9	49,0	32	12,2+1,0	48,0	29	7,6±1,0*	70,7	27	10,9+1,0	49,5
M. vastus lat.	34	6,3±0,6	56,3	32	7,7±0,7	48,8	29	5,4±0,7	68,9	26	6,5±0,5	40,7
M. vastus med.	34	5,0±0,5	55,6	31	5,8±0,5	51,5	29	4,5±0,6	71,6	25	6,2±0,6	47,1
M. tibialis ant.	36	6,8±0,6	51,9	32	7,5±0,8	59,5	29	5,0±0,6*	68,3	26	7,0±0,6	44,8
M. gastr. (c. lat.)	36	17,4±1,2	42,3	31	17,4±1,3	43,2	29	10,6+1,2*	59,2	26	14,5±1,2	44,0
M. gastr. (c. med.)	36	16,8±1,2	41,8	31	18,1±1,5	45,0	29	10,0+1,2*	64,4	26	15,0+1,4	48,4
IIIстадия гонартроза	До лечения						После лечения (остеотомия)
M. rectus fem.	22	8,6±1,2[‡]	65,2	14	12,5±1,8	54,6	20	8,1±1,3	71,1	20	10,9±1,3	53,0
M. vastus lat.	22	5,9±0,8	63,0	14	7,8±1,1	52,6	19	5,4±1,0	78,3	18	8,5±1,2	59,4
M. vastus med.	20	5,0±0,6	56,6	13	6,7±1,0	56,5	19	4,5±0,6	61,4	19	6,0±1,0	70,7
M. tibialis ant.	23	5,3±0,4**	36,7	15	6,9±0,5	29,2	22	6,6±0,7	48,1	19	8,2±0,8	39,8
M. gastr. (c. lat.)	22	12,5±1,4	50,9	14	15,3±1,5	37,9	22	13,5±1,4	49,5	18	18,8±0,9	20,7
M. gastr. (c. med.)	22	12,9±1,2	44,1	14	15,6±1,8	42,8	22	12,3±0,9	33,2	18	18,3±1,4	33,5

 

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что в предоперационном периоде существует прямая зависимость степени снижения амплитуды вызванной биоэлектрической активности мышц бедра и голени от стадии гонартроза.

После туннелизации, характеризующейся относительно малой травматичностью воздействия на ткани оперируемой конечности, у больных гонартрозом I стадии снижение М-ответов на оперированной конечности было незначительным или практически отсутствовало. У больных гонартрозом II стадии при использовании обоих видов оперативного вмешательства вызванная биоэлектрическая активность прямой мышцы бедра и обеих головок икроножной мышцы снижалась статистически значимо (р<0,05) на 22-54%.

На контралатеральной конечности изменения оказались несущественными. У больных гонартрозом III стадии М-ответы после лечения практически не изменились по сравнению с предоперационным периодом (р>0,05). Есть основания полагать, что сохранившийся на фоне развития патологического процесса пакет двигательных единиц оказался более устойчив к действию компримирующих факторов, связанных с оперативным вмешательством.

Сравнивая результаты исследования, полученные при применении метода туннелизации у больных гонартрозом I и II стадии, двух вариантов лечения у больных со II стадией и, наконец, корригирующей остеотомии берцовых костей у пациентов с III стадией заболевания, можно сделать вывод, что степень изменения вызванной биоэлектрической активности мышц нижних конечностей у рассматриваемой категории больных в большей степени зависит от их исходного состояния, чем от вида оперативного лечения. Это позволяет рекомендовать проведение в предоперационном периоде комплекса консервативных мероприятий (таких как электростимуляция, фармакотерапия и т.д.), направленных на улучшение исходного функционального состояния заинтересованных мышц, а также дает основание ставить вопрос о неспецифичности реакции нервно-мышечного аппарата на иммобилизацию.

По данным гистологических исследований, морфологические изменения в мышцах экспериментальных животных появлялись на 28-й день иммобилизации коленного сустава аппаратом Илизарова. Они носили очаговый характер и заключались в наличии отдельных немногочисленных мышечных пучков с частично атрофированными мышечными волокнами, очаговой жировой дистрофии мышечных волокон, снижении общего числа мышечных ядер, очаговом утолщении перимизия в передненаружных слоях мышцы (рис. 1). На ультраструктурном уровне отмечались редукция миофибрилл по периферии отдельных мышечных волокон, усиление рисунка триад саркоплазматической сети и скопления гранул гликогена в межфибриллярных пространствах, в основном в области І-дисков. Большинство межфибриллярных митохондрий имели плотный матрикс с единичными электронно-прозначными лакунами (рис. 2).

 

Рис. 1. Участок из верхней трети передней большеберцовой мышцы собаки через 28 дней иммобилизации коленного сустава аппаратом Илизарова: очаговый лизис миофибрилл, очаговая атрофия части мышечных волокон. Поперечный срез. Окраска гематоксилином и эозином. Ок. 10, об. 16.

 

Рис. 2. Ультраструктура мышечного волокна передней большеберцовой мышцы собаки через 28 дней иммобилизации коленного сустава аппаратом Илизарова: обилие гранул межфибриллярного гликогена. Электронограмма. Инструментальное ув. 16000

 

Обсуждение

Ограничение двигательной активности больных гонартрозом ведет к снижению интенсивности проприоцептивной афферентации. При этом вследствие воспалительного процесса повышена ноцицептивная активность и тесно связанная с ней импульсация в сенсорной фракции симпатических и парасимпатических нервных проводников. Это нарушает существующий в норме баланс в соматосенсорной системе и служит одной из причин острой сосудистой реакции, выявляемой в мышцах при применении гипсовой повязки [8].

Другим фактором, определяющим состояние мышц в условиях гонартроза, становятся гиподинамические изменения их структуры. В экспериментах с фиксацией коленного сустава аппаратом Илизарова у собак было показано, что в условиях ограничения подвижности нарастает степень неоднородности внутренней структуры мышц, вплоть до появления к 28-му дню иммобилизации морфологических изменений на световом и электронномикроскопическом уровне, носящих очаговый характер и случайным образом распределенных в мышечной ткани. Изменения затрагивают в основном систему микроциркуляции, митохондрии, мио- фибриллярные структуры мышечных волокон и рассматриваются нами как признаки энергетического голода сократительного аппарата. Функционально микроструктурные перестройки такого типа могут приводить к неоднородности расслабления мышцы, сохранению в ней зон остаточного напряжения, что является, по современным представлениям, начальной стадией развития мышечной контрактуры.

В ранее проведенных исследованиях [14] сопоставление данных электромиографии, динамометрии и ультразвуковой диагностики выявило четкую взаимосвязь структурных и функциональных изменений в мышцах, в частности зависимость амплитудно-частотных характеристик ЭМГ и момента силы мышцы от УЗИ-показателей ее внутренней организации.

При гонартрозе пусковым механизмом развития патологического процесса, носящего характер циклопатии, являются изменения гомеостаза внутритканевой среды, обусловленные воспалением. Вторично возникающие ограничение подвижности в суставе и нарушение качественного и количественного состава соматосенсорной афферентации создают условия для дальнейшего склерозирования мышечной ткани и, как следствие, для прогрессирования суставной недостаточности.

Таким образом, перечисленные выше факторы, являющиеся в зависимости от стадии патологического процесса первичными или вторичными, в комплексе оказывают на мышечную ткань однонаправленное воздействие, приводящее к развитию и прогрессированию контрактуры.

Итак, степень снижения средних значений амплитуды М-ответов мышц нижних конечностей соответствует стадии гонартроза. Разработанные в РНЦ «ВТО» методы лечения гонартроза характеризуются щадящим воздействием на нервно- мышечные структуры, обслуживающие пораженный сустав.

^[1] Животных оперировал С.Я. Зевенко

[†] Статистически значимое (р<0,05) различие с исходным уровнем.

[‡]Статистически значимое (р<0,05) различие с показателем контралатеральной конечности.

About the authors

A. P. Shein

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics named after A.I. G.A. Ilizarov

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kurgan

T. V. Sizova

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics named after A.I. G.A. Ilizarov

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kurgan

N. K. Chikorina

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics named after A.I. G.A. Ilizarov

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kurgan

V. D. Makushin

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics named after A.I. G.A. Ilizarov

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kurgan

O. K. Chegurov

Russian Research Center "Restorative Traumatology and Orthopedics named after A.I. G.A. Ilizarov

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Kurgan

References

Supplementary files