Исследование биомеханических и нейрофизиологических нарушений у пациентов с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника

[Введите текст].

Аннотация.

Дипломная работа была выполнена в лаборатории нейрофизиологии и биомеханики Центральной Клинической Больнице Российской Академии Наук (ЦКБ РАН).

Данная работа посвящена исследованию биомеханических и нейрофизиологических нарушений у пациентов с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника при помощи аппаратно-программного комплекса «ДиаСлед», и электромиографа Keypoint фирма Dantic.

При статистической обработке результатов использовался статистический пакет SPSS Statistics 17.0.

Список сокращений.

ГИН — графики интегральной нагрузки.

КП — концевые пластинки.

ОДА — опорно-двигательный аппарат.

ПДЕ — потенциал двигательных единиц.

ПДС — позвоночно-двигательный сегмент.

СРВ — скорость распространения возбуждения.

ТЦД — траектория центра давления.

ЭНМГ — электронейромиография.

Остеохондроз позвоночника — одна из важнейших проблем современной медицины, что обусловлено распространённостью данного заболевания. По данным Всемирной организации здравоохранения остеохондрозом позвоночника страдает от 60% до 80% наиболее трудоспособного населения в возрасте от 20 лет.

У 30% взрослого населения страдают от болей в спине, длительностью более трех дней. Среди них у 80% боли проходят под влиянием консервативного лечения, у остальных приобретают хроническое рецидивирующее течение. В возрасте до 45 лет боли в спине являются одной из наиболее частых причин потери трудоспособности.

В России показатель заболеваемости остеохондрозом позвоночника имеет тенденцию к увеличению, при этом у подавляющего большинства пациентов заболевание поражает поясничный отдел. 20].

При остеохондрозе позвоночника активность различных групп мышц значительно меняется, чтобы обеспечить фиксированную позу поясничного отдела позвоночника. В норме отношение парциального центра тяжести к общему центру тяжести расположено по одной вертикальной оси, а при остеохондрозе парциальный центр тяжести смещается по разным плоскостям, что ведет к биомеханическим нарушениям. 9].

Для того чтобы оценить состояние стопы, надо иметь информацию о распределении давления под стопой в процессе переката. Именно поэтому особое внимание уделяется новейшим методам исследования, таким как биомеханический диагностический комплекс «ДиаСлед», который представляет собой компьютерную систему точной экспресс диагностики состояния опорно-двигательной системы в статике и динамике. Параметры ходьбы, а именно параметры взаимодействия стоп с опорой, которые позволяют анализировать подобные системы (распределение давления под стопами, траектории центра давления под стопами и графики интегральной нагрузки на стопы), являются информативными для определения биомеханических нарушений.

Таким образом, предоставляется необходимым проведения исследования динамики стоп у всех больных с остеохондрозом позвоночника (ранние или поздние стадии заболевания) для определения биомеханических нарушений, их коррекции и назначения лечения с учетом полученных данных.

Для оценки нейрофизиологических нарушений нервно-мышечного аппарата у пациентов с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника необходимо использование стимуляционной электронейромиографии. Данные ЭНМГ исследования позволяет определить уровень поражения, состояние чувствительных и двигательных волокон.

Достоинствами метода электронейромиографии является, его неинвазивность, доступность технических средств, небольшая утомительность для пациента, простота выполнения всех методических приемов по подготовке объекта исследования и технического средства к эксперименту.

На основании вышеизложенного, определение диагностических, лечебных возможностей методов биомеханики в процессе восстановительного лечения больных с биомеханическими нарушениями представляет особую актуальность.

Цель и задачи дипломной работы.

Цель данной работы:

Дать сравнительную оценку биомеханических и нейрофизиологических нарушений у больных с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника и охарактеризовать ее клиническую значимость.

Задачи работы:

Проанализировать динамику стоп и биомеханические нарушения у больных остеохондрозом поясничного отдела позвоночника с помощью аппаратно-программного комплекса «ДиаСлед».

Дать сравнительную оценку полученных данных у пациентов с болью в пояснице (люмбалгия) и с болью иррадиирущий в ногу (люмбоишиалгия).

Провести анализ нейрофизиологических нарушений по полученным данным у больных с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника.

Обзор литературы.

Анатомо-биомеханические особенности поясничного отдела позвоночника.

С биомеханической точки зрения позвоночник подобен кинематической цепи, состоящей из отдельных звеньев. Позвоночник представляет собой сложную механическую структуру и выполняет, как минимум, четыре биомеханические функции — обеспечивает опору, переносит двигательные моменты с головы и туловища к тазу, защищает уязвимый спинной мозг от повреждающих воздействий и одновременно с этим обеспечивает значительную амплитуду движений между тремя важнейшими частями тела. Структурной биомеханической единицей позвоночника, проявляющей основные его двигательные свойства, является позвоночный двигательный сегмент (ПДС), который включает в себя два смежных позвонка, связанных друг с другом при помощи межпозвонкового диска и суставов. Располагаясь один над другим, позвонки образуют два столба — передний, построенный за счет тел позвонков, и задний, образующийся из дужек и межпозвонковых суставов [13, 4].

Подвижность позвоночника, его эластичность и упругость, способность выдерживать значительные нагрузки в определенной степени обеспечиваются межпозвонковыми дисками. Всякий патологический процесс, ослабляющий функцию диска, нарушает биомеханику позвоночника. Нарушаются также функциональные возможности позвоночника.

Межпозвоночный диск состоит из двух гиалиновых пластинок, плотно прилегающих к замыкательным пластинкам тел смежных позвонков, пульпозного ядра (nucleus pulposus) и фиброзного кольца (annulus fibrosus).

Межпозвоночный диск рассматривают как полусустав, при этом пульпозное ядро, содержащее жидкость типа синовиальной, сравнивают с полостью сустава, а фиброзное кольцо рассматривают как капсулу сустава. Как известно из нормальной анатомии и физиологии, связки являются теми зонами, в которых сосредоточены болевые рецепторы. Поэтому вполне допустимо, что связки рассматриваемой локализации могут повреждаться при динамических нагрузках и служить источником болевого синдрома.

Соединение дужек и отростков смежных позвонков осуществляется системой связок: желтой, межостистой, надостистой и межпоперечной [17, 14].

При изучении данных литературы знания общих принципов строения связок отмечается недостаток и противоречивость сведений о их ширине, толщине, местах прикрепления и ориентации [10, 42].

1. Анатомо-биомеханические особенности поясничного отдела позвоночника.

1.1 Пояснично-крестцовое сплетение.

Пояснично-крестцовое сплетение формируется корешками L1 — L4, и S1- S5 (крестцовая часть сплетения). Основными нервами, включающими большую часть двигательных волокон поясничной части сплетения, является бедренный нерв.

Ветви крестцовой части сплетения входят в состав седалищного нерва и иннервируют мышцы задней поверхности бедра, все мышцы голени и стопы.

При электромиографической диагностике поражения сплетения основное место принадлежит выявлению денервационных изменений (спонтанная активность мышечных волокон) и изменений потенциала двигательных единиц (ПДЕ) в соответствующих ключевых мышцах. Как и при поражении корешков, характер изменений зависит от сроков, прошедших со времени травмы, и числа сохранившихся источников иннервации. [15].

Седалищный нерв (корешки L4 -L5, S1 -S3). Ветви седалищного нерва иннервирует основную массу мышц ноги. Однако в области бедра от него отходят только 4 нервных ствола к короткой и длинной двуглавой, полумембранозной и полусухожильной мышцам, а иннервация мышц голени осуществляется разветвлениями в виде малоберцового и большеберцового нервов.

Малоберцовый нерв — одна из двух конечных ветвей седалищного нерва. Его аксоны входят в состав корешков L4 -L5, S1 -S2. После отхождения от седалищного нерва на уровне подколенной ямки, малоберцовый нерв направляется к головке одноименной кости, огибает ее по наружной поверхности и заходит в толщу мышц передней поверхности голени, образуя 2 ветви: поверхностный и глубокий малоберцовый нервы.

Большеберцовый нерв — вторая из двух конечных ветвей седалищного нерва, сформирован волокнами L4-S3 корешков, является медиальной ветвью седалищного нерва после разделения его на две части в подколенной ямке. Он иннервирует все мышцы задней поверхности голени: икроножную, камбаловидную, заднюю большеберцовую, сгибатель пальцев и длинную мышцу большого пальца стопы. [8].

У больных с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника, осложненным грыжей диска L5-S1 образуется отвисающая стопа, гипестезия тыла стопы и наружной поверхности голени.

1.2 Остеохондроз позвоночника.

В России боль в пояснице является частой причиной обращения больных к врачам различных специальностей, таким как невролог, к ревматологам, ортопедам.

Остеохондроз позвоночника (по МКБ 10 — М 42)? дегенеративно? дистрофическое заболевание позвоночника, в основе которого лежит поражение межпозвонковых дисков, расположенных между телами позвонков.

Этиология и патогенез.

В настоящее время существует ряд теорий, объясняющих причину возникновения дистрофических изменений в межпозвонковом диске: инволюционная, гормональная, сосудистая, инфекционно — аллергическая, микротравматической, функциональная, наследственная.

Наибольшее распространение получили инволюционная и микротравматическая гипотезы происхождения остеохондроза позвоночника. В рамках данных гипотез остеохондроз позвоночника рассматривается как результат «изнашивания» дисков под влиянием нагрузок и травмирующих воздействий, которым он подвергается в течение жизни. При этом сторонники микротравматической гипотезы признают, что микротравма выступает в качестве провоцирующего или проявляющего фактора, а травматизация, связанная с различного рода производственными и бытовыми движениями, воздействует на позвоночный двигательный сегмент, в котором по мере старения развиваются инволюционные процессы.

Для обоснования инволюционной гипотезы выдвигается тот аргумент, что частота остеохондроза позвоночника с возрастом прогрессивно нарастает и достигает к 80−90 годам 88−99% [33], а также то, что дистрофические изменения, которые обнаруживаются в отдельных позвоночно-двигательных сегментах (ПДС) при остеохондрозе позвоночника практически не отличаются от возрастных. Сторонники инволюционной гипотезы относят остеохондроз позвоночника к категории болезней старения и старости. Противники этой теории утверждают, что старение не может быть причиной болезни, так как это естественный процесс, ибо старость — одни из этапов онтогенеза человека.

Межпозвоночные диски, составляющие в сумме около ¼ длины всего позвоночника, играют большую роль в биомеханике позвоночника: они выполняют роль связок и своеобразных суставов, также являются буферами, смягчающими сотрясения, приходящиеся на позвоночник. При этом определенное значение придается пульпозному ядру; обладающему высокой степенью гидрофильности, водное содержание которого достигает 83%. Необычайная гидрофильность ядра значительно превышает гидрофильность других тканей человеческого тела.

Рис. 1 — Остеохондроз поясничного отдела позвоночника При остеохондрозе вначале происходит дегенерация пульпозного ядра, оно обезвоживается, тургор его постепенно уменьшается и наконец, исчезает. Фиброзное кольцо становится хрупким, в нем возникают радиальные разрывы и отслоения на различном протяжении. Если тургор ядра в какой-то степени сохранился, то ослабленное фиброзное кольцо не в состоянии противодействовать тенденции ядра к расширению.

Установлено, что наибольшая нагрузка приходится на задние отделы фиброзного кольца (60−80 кг/см). Это является серьезной причиной более частого возникновения разрывов в задних отделах кольца. Установлено, что при остеохондрозе позвоночника давление в измененном диске при вертикальной нагрузке ниже, чем в нормальном (уменьшение тургора ядра). Между тем фиброзное кольцо такого диска испытывает нагрузку в 4 раза большую, чем кольцо нормального диска.

В результате фиброзное кольцо выдавливается и выпячивается за пределы границ тела позвонка. Тела смежных позвонков постепенно сближаются, высота диска уменьшается. Из — за выпадения амортизационной функции диска гиалиновые пластинки подвергаются постоянной травматизации, в конце концов замещаются волокнистым хрящом и нередко даже отторгаются.

Из-за дефектности пульпозного ядра на него теперь приходятся не только тангенциальные, но и вертикальные нагрузки. Все это, во-первых, обусловливает пролабирование фиброзного кольца за пределы диска, а во-вторых, способствует его нестабильности. Кроме того, в связи с утратой эластических свойств фиброзное кольцо не может удерживать пульпозное ядро или его фрагменты, что создает условия для грыжеобразования.

В определенной стадии развития дегенеративных изменений может образоваться выбухание диска без прорыва фиброзного кольца, что обозначается термином «протрузия» диска. Выбухающий участок диска васкуляризируется в нем разрастается фиброзная ткань, а в более поздних стадиях наблюдается кальцинация. В тех случаях, когда происходит прорыв фиброзного кольца с выходом его за пределы части или всего пульпозного ядра, что чаще наблюдается у молодых людей после острой травмы, судят уже о пролапсе или «грыже диска».

Нестабильность в ПДС — один из наиболее частых патоморфологических субстратов неврологических синдромов. Сегментарная нестабильность возникает как одно из ранних проявлений дистрофического процесса в любом из составляющих элементов ПДС, ведущего к нарушению гармоничной его функции, и проявляется избыточной подвижностью между элементами ПДС [34,25,40]. В результате возможна чрезмерная степень сгибания и разгибания в ПДС, а также соскальзывание кпереди или кзади.

В патогенезе развития нестабильности основное значение имеет дистрофия фиброзного кольца, которое теряет свою эластичность и собственно фиксационную способность. Соскальзыванию вышележащего тела позвонка по отношению к нижележащему способствуют разрывы фиброзного кольца, утрата тургора пульпозным ядром, а также вовлечение в дистрофический процесс задних отделов ПДС, в частности межпозвонковых суставов, что сопровождается нестабильностью и развитием разгибательного подвывиха в них. К подвывиху предрасполагает, кроме того, конституциональная слабость связочного аппарата. (Kovacs Л., Sache J., Caizns D. et al.; Kondas О.; и др.).

Клиническая картина.

Выявляется три вида нарушений: неврологические, вегетативные и статические. Среди неврологических расстройств первое место занимает болевой синдром в пояснично-крестцовой области (люмбалгия) с распространением ее на конечность (люмбоишиалгия) или локализацией только в ноге (ишиалгия). Боль преимущественно тупая и ноющая, усиливается при резких движениях, перемене положения туловища при длительной вынужденной позе. Как правило, помимо боли больные жалуются на ощущение онемения. Как боль, так и онемение в основном ощущаются в зонах иннервации сдавленного корешка. [49].

Наиболее часто сдавливаются корешки L5, S1. Это объясняется более ранним изнашиванием дисков L4-L5 и L5-S1 и слабостью задней продольной связки, которая должна предохранять диски от выпадения. Так, на нижнепоясничном уровне задняя продольная связка занимает только ¾ диаметра в поперечнике передней стенки спиномозгового канала, а ее ширина не превышает 1−4 мм. Значительно реже страдает от микротравматизации корешок L4. Еще более редко и в основном при тяжелой травме поражаются верхнепоясничные корешки. Наиболее часто поражаются корешки.

Поражение корешка L5 (диск L4-L5). Локализация болей и парестезий от поясницы в ягодицу по наружному краю бедра, латеральной поверхности голени в тыл стопы и большой палец. Гипестезии располагаются по переднелатеральной поверхности голени, тылу стопы, первому, второму и третьему пальцам. Гипотония и гипотрофия передней большеберцовой мышцы. Нарушено тыльное сгибание (разгибание) большого пальца. Больному сложно стоять на пятке. Выпадения рефлексов не наблюдается. Чаще формируется гомолатеральный сколиоз — наклон туловища в здоровую сторону, при котором увеличивается межпозвонковое отверстие и тем самым уменьшается компрессия корешка.

Поражение корешка S1 (диск L5-S1). Зона болей расположена в ягодице, задней поверхности бедра и голени, латеральной лодыжке и латеральном крае стопы. Гипестезии определяются в области наружной поверхности голени, латеральной лодыжки, четвертом и пятом пальцах стопы. Нарушается подошвенное сгибание стопы и пальцев, пронация стопы. Больной испытывает затруднение при стоянии на носках. Выпадает или снижается ахиллов рефлекс. Чаще формируется гетеролатеральный сколиоз — наклон туловища в больную сторону, при котором снижается натяжение корешка. Следует подчеркнуть, что клиническая картина радикулопатии всегда сочетается с мышечно-тоническими рефлекторными синдромами, наличие которых может видоизменять и усиливать картину болевых ощущений.

Вегетативные нарушения, возникающие в результате дегенеративно-дистрофических изменений в дисках, проявляются в виде сухости и шелушения кожи, нарушения потоотделения и цианоза кожи.

Постоянно выявляются статические нарушения. Они проявляются уплощением поясничного лордоза как приспособительной реакцией для уменьшения объема движений позвоночника. Длительная болевая реакция может вызвать ишиалгический сколиоз. Однако преимущественно (в 93% случаев) у таких больных выявляется ограничение подвижности позвоночника в виде анталгической позы — вынужденное положение туловища с переносом тяжести на здоровую ногу с наклоном вперед. Допускалось, что имеется параллелизм между выраженностью статических деформаций стопы и изменений в позвоночнике [55,24].

В результате мышечно-тонических, нейродистрофических и других изменений тканей самого позвоночника меняются его конфигурация и поза туловища. В литературе прошлых лет по вертеброгенным корешковым компрессиям, из стопных симптомов отмечались, главным образом, слабость разгибателя большого пальца, гипоальгезии в зоне иннервации корешков L5, изменения ахилловых рефлексов. Некоторые авторы в отдельных наблюдениях в корешковой компрессии при поясничном остеохондрозе были склонны видеть прямую причину статических деформаций стопы [17, 49].

Совершенно очевидно, что при поясничном остеохондрозе наблюдаются различные биомеханические нарушения, которые носят локальный и генерализованный характер. Другими словами, меняется постуральное равновесие тела человека, т. е. расположение его в пространстве. Одной из первых попыток системного подхода в понимании патогенеза неврологических синдромов поясничного остеохондроз; можно считать исследование Д. Е. Мохова (2002). Автор рассматривал люмбоишиалгию в связи с нарушением проприоцепции стоп и, как следствием этого, постуральным дисбалансом.

Влияние нижних звеньев кинематической цепи (стоп) на более высокие (поясницу) сказывается и изменениями конфигурации поясничного отдела у больных с плоскостопием. Еще в большей степени сказываются на механических отношениях в поясничной области грубые виды расстройства функции нижних конечностей. 25, 38].

При диагностике и выборе тактики лечения врач в первую очередь ориентируется на жалобы пациента, историю заболевания и результаты клинического обследования. При несомненной важности клинического обследования, этот метод не позволяет получить полную и достоверную картину о состоянии двигательной функции позвоночника. При обследовании пациентов с патологией позвоночника широко используются традиционные средства визуализации — обзорная и функциональная рентгенография, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография. Другие методы обследования — миелография или дискография применяются очень ограниченно, как правило, при проведении предоперационного обследования. Традиционно врачи стараются определить морфологические изменения в позвоночнике, которые ответственны за проявление заболевания, основываясь на субъективной оценке рентгенографической картины. Но если травмы, неопластические процессы, дисплазии и аномалии развития могут быть визуализированы достаточно хорошо, то в остальных случаях обнаружить морфологические изменения оказывается невозможным, поскольку используемые методы визуализации недостаточно информативны. Метод рентгенографии дегенеративного поражения позвоночника в большинстве случаев не позволяет выявить источник болевого синдрома. Кроме того, в соответствии с современными рекомендациями показания к рентгенографии должны быть строго обоснованы в связи с наличием лучевой нагрузки.

Рентгенологическое исследование позвоночника позволяет диагностировать остеохондроз позвоночника. Неинвазивным и наиболее информативным методом исследования является магнитно-резонансная томография, позволяющая оценить состояние межпозвонкого диска, уровень и размеры грыж диска. Компьютерная томография позволяет оценить состояние костных структур позвоночного сегмента, сужение позвоночного канала. Основные лабораторные исследования должны обязательно проведены. Они могут оказать помощь в дифференциальной диагностике с воспалительными и опухолевыми заболеваниями.

Из нейрофизиологических методов исследования является электронейромиография, этот метод характеризует состояние нервно мышечного аппарата. Позволяет определить уровень и характер поражения корешка спинного мозга, скорость распространения возбуждения по нервам, состояние биоэлектрической активности мышцы в зависимости от уровня повреждения. 28].

остеохондроз позвоночник поясничный отдел.

1.3 Биомеханика стопы.

Период 1970;1980;х г. в отличие от настоящего времени, характеризовался значительным интересом к проблемам ортопедической биомеханики. Так еще в 1975 г. X.А. Янсоном опубликован фундаментальный труд «Биомеханика нижней конечности человека», который и по сей день не утратил своей актуальности. Большое внимание уделялось раньше изучению биомеханики движения. Исследования, как правило, проводились для обоснования остеотомии, остеосинтеза и изучения некоторых проблем эндопротезирования, в том числе до и после эндопротезнрования тазобедренного сустава.

Биомеханика — одна из самых старых ветвей биологии. У ее истоков стояли такие величайшие мыслители прошлого, как Леонардо да Винчи, Аристотель, Гален. В своих естественно — научных трудах «Части движения и перемещение животных» Аристотель заложил основу того, что в дальнейшем, спустя много лет, назовут биомеханикой.

Клиническая биомеханика является составной частью медицинских наук: ортопедии, травматологии, протезирования, реабилитологии, лечебной физкультуры, педиатрии, физиологии и многих других. Клиническая биомеханика — научное направление, в котором с позиций механики и общей теории управления с помощью специализированных методов исследования изучается двигательная активность человека в норме и патологии.

Клиническая биомеханика является одним из разделов медицинской биомеханики. Еще в 1929 г. Н. А Бернштейн в статье «Клинические пути современной биомеханики — наметили основные задачи и перспективы биомеханических исследований, в клиники показав их значимость для понимания вопросов патогенеза различных нарушений опорно-двигательного аппарата. В этом случае биомеханика остается в рамках научных исследований, которые без сомнения, вносят значительный вклад в развитие ортопедических знаний.

В нашем понимании, клиническая биомеханика должна включаться в сам процесс диагностики, выбора метода лечения и оценки полученных результатов, являясь обязательным методом обследования в повседневной клинической практике ортопедических отделений, воплощая в жизнь крылатое высказывание М. И. Опенка «Биомеханика — философия ортопедического мышления».

С целью анализа динамики стоп произведем анализ анатомических частей стопы с биомеханической точки зрения.

Стопа состоит из трех частей: предплюсна, плюсна и пальцев (рис. 2).

Предплюсна, состоящая из семи костей, представляет заднюю часть стопы. В состав входят: таранная кость, пяточная кость, ладьевидная кость, три клиновидные кости, кубовидная кость.

Плюсна состоит из пяти изогнутых трубчатых костей — предплюсневых костей.

Пальцевая часть состоит их фаланг по 2 на большой палец и 3 на остальные.

Рис. 2 — Отделы стопы Выделяют следующие функции стопы:

1. Опорная;

2. Аккомадационная (приспособление к неровной поверхности);

3. Рессорная (компенсация механической нагрузки);

4. Толчковая.

Биомеханика стопы всегда рассматривается с точки зрения ее опорной и рессорной функции. Стопа состоит из большого количества костей, которые образуют два свода: продольный и поперечный. Продольный свод стопы стягивается сухожилиями и мышцами, которые приподнимают внутреннюю сторону стопы. Продольная дуга имеет наружный и внутренний своды, а также срединную «грузовую» пластину. Срединная «грузовая» пластина включает пяточную, кубовидную. II и III клиновидные кости с соответствующими плюсневыми костями, которые обеспечивают основную рессорную функцию стопы и уменьшают сотрясение тела во время движения. Это придает походке уверенность и мягкость.

Поперечный свод стопы выполняет преимущественно опорную функцию, что в сочетании с функцией продольного свода стопы обусловливает полноценность работы всей стопы. Поперечная дуга проходит через клиновидные, кубовидную кости и головки плюсневых костей с вершиной на II и III плюсневых костях. Поперечное плоскостопие возникает тогда, когда стопа опирается на головки всех плюсневых костей, а не на первую и пятую, как в норме. При этом нарушается нормальное распределение давления массы человеческого тела на стопу, в результате возникают ее различные деформации. Стопа функционирует нормально как единый анатомо-физиологический комплекс тогда, когда нагрузка, действующая на нее, полностью уравновешивается крепкими связками и мышцами. Деформации чаще всего появляются вследствие ослабления, переутомления или перегрузки мышц и связок стопы и голени, которые обусловливают нормальный свод стопы. При деформации свода стопы постепенно утрачивается рессорная функция и амортизационная роль свода, и внутренние органы подвергаются резким толчкам при различных движениях. Снижению продольного или поперечного сводов стопы предшествуют изменения со стороны связочно — мышечного аппарата стопы, обусловленных функциональной недостаточностью. В организме происходят изменения, в результате которых рессорную функцию стопы начинает выполнять позвоночник, что приводит к изменению его формы [36].

В центре биомеханической концепции стоит положение о сводчатой структуре стопы. По Kiene R.H., Johnson K.A. нагрузка на стопу распределяется следующим образом: через тело таранной кости на пяточный бугор, ладьевидную и клиновидные кости на головки I-III плюсневых костей, образуя внутреннюю продольную дугу, через пяточную и кубовидную кости на головки IV-V плюсневых костей, образуя наружную продольную дугу. Таким образом, стопа не имеет в норме поперечного свода на уровне головок плюсневых костей. Это было подтверждено анатомическими исследованиями. [47].

Morton D.J. различает две продольные оси стопы. Ось проходящая через середину пятки и промежуток между I и II плюсневыми костями — это ось силы, т. е. ось, по которой передаются основные нагрузки при ходьбе. Ось, проходящая через середину пятки и промежуток между II и III плюсневыми костями — ось равновесия или баланса, в которой происходят движения стопы при стоянии.

С точки зрения биомеханики особое положение в строении и функционировании человеческого организма занимает опорно — двигательный аппарат (ОДА). Особые биомеханические функции в ОДА выполняют стопы. Наиболее характерно это проявляется при движении. Наиболее нагружены стопы в фазах контакта (100% нагрузки воспринимается пяткой) и отталкивания (100% нагрузки несет передний свод стопы) (Pedotti). Многие авторы (Перепёлкин А.И., 2009; Root, M.L., 1977; Helal В., 1990) придерживаются мнения о том, что хроническая перегрузка стоп является одним из ведущих факторов развития недостаточности сводов. Структуры, поддерживающие свод стопы делятся на костные, связочные и мышечные. Hicks J.H. [46,52], делает вывод о наибольшей роли связок и подошвенной фасции. Подошвенная фасция является ведущим механизмом поддержания свода, она прогрессивно увеличивает модуль эластичности при увеличении нагрузки. Среди различных деформаций нижних конечностей наиболее часто встречается сочетанное плоскостопие, характеризующееся уплощением продольного и поперечного сводов стопы с поворотом вокруг продольной оси и ее отведением [1, 48, 54].

Анализ динамики давления под стопами с помощью биомеханического комплекса «ДиаСлед».

У больных с остеохондрозом поясничного отдела позвоночника при незначительном болевом синдроме проявляются стойкие биомеханические нарушения, как при ходьбе, так и при статике [19, 23]. У таких больных снижается скорость шага, увеличивается частота шага, возрастает время периода опоры, и продолжительность периода двойной опоры. В связи с этим для объективной качественной и количественной оценки влияния особенностей лечебной тактики на степень восстановления статической позы и на походку использованы современные биомеханические методы исследования. Для выполнения стабилометрии, динамометрии и подографии использован биомеханический диагностический компьютерный комплекс «ДиаСлед».

С помощью комплекса «ДиаСлед» можно провести полную диагностику опорно-двигательного аппарата, дает возможность контроля эффективности операции, объективной оценки состояния опорно-двигательного аппарата пациента и её динамики во времени. Применение данного диагностического комплекса в научной практике началось совсем недавно. Некоторые исследователи в своих работах с помощью «ДиаСлед» тестирования обнаружили снижение нагрузки на больную ногу и увеличение нагрузки на здоровую конечность, после эндопротезирования тазобедренного сустава, объективно оценили результаты комплексного восстановительного лечения детей с функциональными нарушениями позвоночника, таза [2, 6]. Данный комплекс представляет собой компьютерную систему точной экспресс диагностики состояния опорно — дигательной системы в статике и динамике. У больных с отставанием в росте одной из конечностей, после оперативного уравнивания длины конечностей, объективно выявлен достоверный рост на нагрузки как на удлиненную, так и на интактную конечность с помощью комплекса «ДиаСлед».

Комплекс предназначен для регистрации, отображения и обработки информации о динамике распределения давления между стопой и опорной поверхностью.

Первичная информация в комплекс «ДиаСлед» поступает с высокочастотных измерительных стелек, содержащих датчики давления. При обследовании функциональные стельки вкладывали в обувь. Частота опроса каждого датчика — не менее 100 отсчетов в секунду. Массив измеренных данных поступает в компьютер и обрабатывается программой.

В результате обработки данных получаем следующие параметры:

Распределение давления по подошвенной поверхности стоп.

Траектория изменения центра давления во времени под каждой из стоп и совместно для обеих стоп.

График интегральной нагрузки на каждую стопу.

Анализ распределения давления под стопами.

При ходьбе в норме наибольшее давление наблюдается в области пятки, головок плюсневых костей и 1-го пальца; меньшее — приходится на наружный свод стопы и 2−5 пальцы; минимально — область, соответствующая внутреннему своду стопы. Обычно в норме наблюдается почти равномерное давление на левую и правую стопу (рис. 3). При анализе распределения давления выявляют локализацию перегрузок и наоборот, зон сниженного давления, симметричность давления под пятками.

Рис. 3 — Топология распределения давления под стопами Анализ траектория центра давления под стопами.

Траектория центра давления (ТЦД) является характеристикой, производной от изменения распределения давления под стопой во времени. При ходьбе в норме каждая стопа выглядит в виде плавной латерально выгнутой дуги, протяженной почти от центра пятки до центра носка стопы (зеленый цвет — для левой стопы, красный — для правой). При этом ТЦД левой и правой стопы «зеркально отображены», общая ТЦД для обеих стоп (голубая линия), выглядит в виде бабочки с одинаковой формой и размерами «крыльев» расположенной на продольной оси между изображениями стелек (рис. 4).

В норме расположение ТЦД одинаково для различных шагов. При анализе обращают внимание на плавность, длину шага, расположение относительно продольной оси стопы.

Рис. 4 — Траектория центра давления.

График интегральной нагрузки: (ГИН) отображается в осях координат, как зависимость от времени суммарного давления на каждую стопу. «Суммарное» означает, что складывается величина давления на каждом датчике стельки или обеих стелек.

Для нормальной ходьбы эти графики выглядят в виде плавных линий с периодами одинаковой продолжительности для обеих стоп.

В структуре этих графиков при ходьбе в норме можно выделить (см. рис. 5):

Первый максимум нагрузки — соответствует переднему толчку (в норме — пяткой);

Главный минимум нагрузки — соответствует одноопорному периоду шага (опора обследуемого на одну конечность, в то время как другую он переносит над опорой);

Второй максимум нагрузки — соответствует заднему толчку (в норме — носком).

Рис. 5 — График суммарного давления на стопу Момент максимума вертикального давления Н. А. Бернштейн назвал передним толчком. Момент заднего толчка всегда совпадает с максимумом продольных усилий, продвигающих тело вперед. Между моментами переднего и заднего толчка ноги возникает демпферный провал, соответствующий минимуму вертикального давления. В этот момент общий центр тяжести поднимается выше всего и давление на опору, направление вперед, сменяется давлением, направленным назад, то есть торможение сменяется отталкиванием.

Структура графика интегральной нагрузки зависит от скорости ходьбы, в норме структура ГИН одинакова для обеих стоп. При анализе ГИН оценивают плавность, величину переднего и заднего толчка, а также главные минимумы нагрузки для левой и правой стопы.

1.4 Метод электронейромиографии.

Ведущее место среди электрофизиологических методов исследования занимает стимуляционная электронейромиография (ЭНМГ), основанная на регистрации биоэлектрических изменений нервно — мышечных структур в ответ на их электрическое раздражение.

С функциональной точки зрения скелетная мышца подразделяется на отдельные структурно — функциональные элементы, называемые двигательными единицами. ДЕ состоит из альфа — мотонейрона, его аксона с множеством терминальных ветвлений, нервно — мышечного синапса (аппарата, осуществляющего передачу возбуждения с нервного волокна на мышечное) и совокупности мышечных волокон, иннервируемых данным мотонейроном. Мотонейрон является «конечным путем», реализующим практически все церебральные и спинальные влияния на мышцу.

Концевые пластинки (КП) сконцентрированы в средней части мышцы примерно на равном расстоянии от сухожилий.

Стимуляционная ЭНМГ включает в себя определение параметров М-ответа, скорость распространения возбуждения (СРВ) по двигательным и чувствительным нервам, регистрацию F-волны, Н-рефлекса.

Моторный ответ (М-ответ) — суммарный электрический потенциал мышцы в ответ на одиночное электрическое раздражение двигательного или смешанного нерва. Супрамаксимальная стимуляция нерва, позволяющая регистрировать электрический ответ всех двигательных единиц мышцы, является стандартизованной в регистрации и оценке М-ответа, а также в методике оценки скорости проведения по двигательным волокнам. Анализируемыми параметрами М-ответа являются: амплитуда, латентность, длительность, форма. Амплитуда М-ответа отражает количество и синхронность активации двигательных единиц мышцы. Гибель части мотонейронов (двигательных единиц) приводит к снижению амплитуды М-ответа. Временная дисперсия активации двигательных единиц при патологии за счет замедления проводимости по нервным волокнам так же приводит к снижению амплитуды М-ответа, однако в этом случае площадь ответа не изменяется и не отличается от нормы. Латентность М-ответа — временной интервал между началом стимула и началом М-ответа. Латентность М-ответа характеризует максимальную проводимость по нервным волокнам. Началом отсчета от стимула является передний фронт прямоугольного стимула, так как начало активации нервных волокон совпадает с началом импульса, но не с его окончанием. Форма М-волны является высокоинформативным параметром, так как отражает вклад в ответ не только высокопроводящих, но и медленнопроводящих волокон. В отличие от асинхронного режима активации мышцы при произвольном движении, электростимуляция вызывает относительно одновременную синхронную активацию двигательных единиц. Однако имеющаяся незначительная дисперсия активации двигательных единиц во времени определяет форму М-ответа.

Рис. 6 — Динамика М-ответа и Н-рефлекса при нарастании силы стимула.

У взрослых Н-рефлекс определяется в норме только в мышцах голени при стимуляции n. tibialis в подколенной ямке и является аналогом ахиллова рефлекса. У детей раннего возраста Н-рефлекс отмечается при стимуляции n. medianus, n. ulnaris, n. peroneus, n. tibialis соответственно в мышцах кистей и стоп. Н — рефлекс — это рефлекторный спинальный ответ, получаемый при стимуляции чувствительных волокон смешанного нерва с моносинаптической активацией мотонейронов спинного мозга. Рефлекс впервые был описан Гоффманном в 1918 году и назван его именем (Hoffmann) исследователями Magladery и McDougal (1950).

Главными признаками Н-рефлекса являются:

1. Возникновение при раздражении подпороговыми, пороговыми и субмаксимальными стимулами;

2. стабильность при постоянной силе стимула;

3. Уменьшение и исчезновение по мере нарастания М-ответа.

F-ответ — поздний ответ, периодически регистрируемый с мышцы при антидромной активации мотонейронов. Впервые F-ответ описан Magladery and McDougal (1950). F-ответ вызывается при супрамаксимальной электрической стимуляции периферического нерва. (J. Kimura, 1974, C.P. Panayiotopoulos et al., 1977). Параметры стимуляции аналогичны таковым, как при получении М-ответа: длительность стимула 0.2 мс, частота 0.5−1 Гц, амплитуда — супрамаксимальная.

Основные признаки F-волны следующие:

1. Вызывается при супрамаксимальной стимуляции;

2. Перед F-волной регистрируется стабильный М-ответ;

3. Вариабельна по форме, амплитуде и латентности.

2. Материалы и методы исследования.

2.1 Характеристика групп пациентов.

Было проведено обследование пациентов с диагнозом остеохондроз поясничного отдела позвоночника, находящихся на стационарном и амбулаторном лечении в ЦКБ РАН и направленных в отделение восстановительного лечения для проведения анализа динамики стоп.

В исследовании участвовали 24 пациента [15 женщин и 9 мужчин, средний возраст — 50,30 ±11,60 лет]. Пациентов беспокоили боли в поясничной области (люмбалгия), иррадиирущие в ногу (люмбоишиалгия).

Пациентов разделили на две группы по степени локализации болевого синдрома:

1 группа состояла из 12 пациентов (возраст 36 — 66 лет) с синдромом люмбалгии.

2 группа составила 12 человек (возраст 31 — 61 год) с синдромом люмбоишиалгии.

Из рассмотрения были исключены пациенты, имеющие деструктивные процессы в позвоночнике, деформирующий артроз тазобедренного сустава, травмы позвоночника в анамнезе. Критериями включения в группу являлись: возраст не менее 30 и не более 60 лет, синдром люмбалгии и люмбоишиалгии, МР — признаки дегенеративно — дистрофических изменений в пояснично крестцовом отделе позвоночника.

Всем больным было проведено электромиографическое исследование.

Для подбора нейрофизиологических нормативов малоберцового и большеберцового нервов мы обследовали группу здоровых людей в возрасте от 20 до 55 лет (контрольная группа) — 24 человека: 14 мужчин и 10 женщин, средний возраст — 46,3 ± 5,9 лет.

По данным магнитно — резонансной томографии поясничного отдела позвоночника было выявлено экструзии и протрузии межпозвоночных дисков на уровне L4 -L5, L5 — S1 сегментов. Было обнаружено грыжеобразование на уровне L4 — L5 сегментов.

2.2 Используемые методы.

Для объективной оценки о динамике распределения давления между стопой и опорной поверхностью использовался аппаратно — программный комплекс «ДиаСлед», предназначен для регистрации, отображения и обработки информации. Разработчиками и изготовителями комплекса являются Санкт-Петербургский Научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г. А. Альбрехта ООО «ДиаСервис» и ООО «ВИТ». Информация поступает в комплекс «ДиаСлед» с помощью функциональных стелек с датчиками давления (рис.8).

Рис. 8 — Измерительные стельки Измеренные данные поступают в компьютер и обрабатываются программой «ДиаСлед», полученные значения заносились в программу «Microsoft Excel». Для статистической обработки полученных данных использовалась программа «SPSS for Windows».

2.3 Проведение исследования.

Для оценки функционального состояния стопы измерения проводят в стандартной обуви без ортопедических стелек. Конструкция такой обуви не должна влиять на функцию стопы и должна быть одинаковой для обследования любого пациента: кеды с каблучком до 1 см, с гибкой подошвой, мягким верхом. Обувь должна соответствовать размеру стопы пациента, вложенные в нее измерительные стельки такого же размера. Модуль преобразования крепят на талии пациента с помощью входящих в поставку принадлежностей ремня/пояса. В карманах одежды пациента и в руках не должно быть тяжелых предметов. При обследовании в статике пациент находился в положении стоя, расстояние между пятками 3−6 см, носки на одной линии, голова прямо. Продолжительность измерения составляла 3 секунды. При анализе ходьбы пациента, просим пациента пройтись привычной походкой, глядя перед собой, пациент должен адаптироваться к новым условиям ходьбы. Устанавливаем продолжительность записи данных 8 секунд. Выполняем измерение давления под стопами при ходьбе. На экране монитора при этом появлялось: распределение давления под стопами, траектория центра давления (ТЦД) и графики интегральной нагрузки (рис.9). ГИН представляют, каким образом изменяется во времени суммарное давление под стопами (зеленый цвет — для левой, красный — для правой, голубой — среднее значение для левой и правой стопы).

Рис. 9 — Результаты измерения «Ходьба» в варианте 2-х мерного отображения.

Для обработки результатов на графиках надо указать «нулевой уровень нагрузки» на стопы, который соответствует поджатию измерительных стелек обувью, когда конечность находится в ненагруженном состоянии — в фазе переноса над опорой. Пунктирную горизонтальную линию (для левой стопы — зеленого цвета, для правой — красного) устанавливали чуть выше нижних горизонтальных участков графика. После обработки графика вычислялись параметры парциальной нагрузки на пятку, область пучков, на носок, которые мы анализировали. Для анализа нейрофизиологических нарушений всем больным было проведено исследование функциональной активности моторных и сенсорных волокон на аппарате keypoint фирмы Dantic (рис.10). Нейрофизиологическое исследование включало: проведение электронейромиографии поверхностными электродами с определением СРВ по двигительным и чувствительным волокнам, параметров М — ответа проксимальных и дистальных отделов пояснично-крестцового сплетения. Параметры электрической стимуляции: длительность импульса 0,1 -0,2 мс для моторных волокон, до 21 мА для сенсорных волокон, частота следования импульсов 1 Гц для моторных, 3 Гц для сенсорных волокон.

В данной работе проводилась электростимуляция поверхностного малоберцового нерва и икроножного нерва в подколенной ямке, поскольку они образованы нервными волокнами L4 и S1 корешков спинного мозга.

Рис. 10 — Электромиограф Keypoint.

Для хорошего контакта поверхностного электрода и кожи нужно, перед наложением электродов кожу обезжиривать спиртом. Затем активный электрод накладывают на моторную точку мышцы, референтный — на область сухожилия этой мышцы или на костный выступ, расположенный дистальнее активного электрода. Заземляющий электрод размещается между отводящим и стимулирующим электродами. Стимулирующий биполярный электрод накладывают в проекции нерва, иннервирующего данную мышцу, в месте наиболее поверхностного его расположения. При этом катод (-) располагают дистальнее, а анод (+) проксимальнее, так как протекающий под анодом процесс деполяризации может вызывать «анодический блок», препятствующий распространению возбуждения к мышце.

Стимуляцию проводят прямоугольными импульсами обычно длительностью 0.2 мс, частотой 1 Гц, постепенно увеличивая силу тока, пока амплитуда получаемого М-ответа не перестанет нарастать. Определенная таким образом сила тока является максимальной. Для правильной оценки амплитудных и скоростных показателей используется супрамаксимальное (на 25−30% больше максимального) значение стимула. Необходимо получить стойкий по амплитуде и латентности вызванный ответ мышцы. Амплитуда М-ответа измерялась от нулевой линии до вершины негативного пика.

Рис. 11 — Представлен М-ответ в норме при стимуляции малоберцового нерва М-ответ — суммарный потенциал мышечных волокон, регистрируемый с мышцы при стимуляции иннервирующего ее нерва одиночным стимулом. В норме он представляет собой двухфазную кривую: первая фаза отрицательная (направлена вверх), вторая положительная (направлена вниз). При супрамаксимальной стимуляции в мышце отвечает максимальное количество ДЕ. Считается, что негативная фаза М-ответа возникает в момент сокращения мышцы и обусловлена процессами деполяризации, позитивная фаза определяется преимущественно процессами реполяризации. Которые менее синхронизированы.

Терминальная латентность М-ответа, как и длительность М-ответа, измеряется на высокой чувствительности (200−500 мкВ/дел.) и на высокой скорости развертки 1−2 мс/дел.

Терминальная латентность сенсорного нерва состоит только из времени прохождения импульса по нервным волокнам. Амплитуда сенсорного потенциала на 3 порядка меньше, чем амплитуда М-ответа, и составляет 1−60 мкВ.

Рис. 12 — Исследование сенсорной проводимости малоберцового нерва Регистрация М-ответа проводилась не только для последующего анализа параметров М-ответа, но и для определения скорости распространения возбуждения по нерву на основе оценки разности латентных периодов М-ответа с разных точек стимуляции. В связи с этим выбираются наиболее дистально расположенные мышцы, иннервируемые исследуемым нервом. Как правило, М-ответ регистрируют с поверхностно расположенных мышц. М-ответ — это суммарный потенциал мышечных волокон, регистрируемый с мышцы при стимуляции двигательных волокон иннервирующего её нерва одиночным стимулом.

Сенсорные волокна являются высоко миелинизированными, поэтому СРВ по ним выше, чем по моторным волокнам. Поражение миелиновой оболочки нервов приводит к снижению СРВ.

3. Методы статистического анализа.

Для статистической обработки результатов использовалась программа Excel и статистические пакеты SPSS Statistics 17.0. Ниже представлены методы анализа полученных данных.

Проверка закона распределения.

Для получения надежной оценки соответствия изучаемого распределения признака закону нормального распределения использовалась проверка статистических гипотез о виде распределения, т. е. о том, извлечена ли выборка из генеральной совокупности, в которой изучаемый признак имеет нормальное (гауссово) распределение. По результатам анализа принималась одна из гипотез:

нулевая гипотеза (о том, что распределение исследуемого признака в генеральной совокупности соответствует закону нормального распределения);

альтернативная гипотеза (о том, что распределение исследуемого признака в генеральной совокупности не соответствует закону нормального распределения).

Для принятия решения о виде распределения применялся критерий Колмогорова — Смирнова.

Если полученное значение p для данного статистического критерия было больше критического уровня статистической значимости (например 0,05), то нулевая гипотеза не отклонялась, т. е. распределение исследуемого признака считалось нормальным.

Если при использовании критерия нормальности p < 0,05, то нулевая гипотеза отклонялась и принималась альтернативная, т. е. распределение признака считалось отличающимся от нормального.

Сравнение нескольких зависимых групп по числовым данным: критерий Уилкоксона.

Непараметрический статистический критерий, используемый для проверки различий между двумя выборками парных измерений. Впервые предложен Франком Уилкоксоном. Критерий Уилкоксона для связных выборок. Критерий предназначен для сопоставления показателей, измеренных в двух разных условиях на одной и той же выборке испытуемых. Он позволяет установить не только направленность изменений, но и их выраженность, то есть, способен определить, является ли сдвиг показателей в одном направлении более интенсивным, чем в другом. Суть метода состоит в том, что мы сопоставляем абсолютные величины выраженности сдвигов в том или ином направлении. Для этого сначала все абсолютные величины сдвигов ранжируются, а потом суммируются ранги. Если сдвиги в ту или иную сторону происходят случайно, то и суммы их рангов окажутся примерно равны. Если же интенсивность сдвигов в одну сторону больше, то сумма рангов абсолютных значений сдвигов в противоположную сторону будет значительно ниже, чем это могло бы быть при случайных изменениях.

4. Результаты и обсуждения.

Для определения различий по показателям «ДиаСлед» в группах пациентов с люмбалгией и иррадиацией боли в ногу люмбаишиалгией было решено посмотреть, есть ли статистически значимые различия распределении нагрузки на конечности. Все параметры были проверены на нормальность распределения. Оказалось, что практически все исследуемые параметры с вероятностью (p < 0,05) не подчиняются нормальному закону распределения в каждой из групп. Для выявления статистически значимых различий между параметрами использовался непараметрический критерий Уилкоксона.

Учитывая, что распределение не является нормальным, в оценке показателей использовались медианы (интерквартильные размахи).