Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭХОГРАФИИ И ЭЛЕКТРОМИОГРАФИИ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УДЛИНЕНИИ КОНЕЧНОСТЕЙ

Гребенюк Л.А. 1 Сайфутдинов М.С. 1 Гребенюк Е.Б. 1
1 ФГБУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова» Минздрава России
Проанализированы результаты комплексного эхографического и электромиографического (тест на максимальное произвольное напряжение мышц) обследования семидесяти семи ортопедических больных 5–23 лет (49 мужского и 28 женского пола) с врождёнными укорочениями и деформациями конечностей в процессе их удлинения методом дистракционного остеосинтеза по Г. А. Илизарову. Обосновывается целесообразность применения эхографии в двух ортогональных плоскостях для оценки структурной анизотропии мышц и проведения параллелей с данными электромиографии о состоянии нервно-мышечного аппарата врождённо укороченной конечности в условиях дистракционного остеосинтеза по Г. А. Илизарову. Для своевременной диагностики гипертракционных эффектов при дистракции и отслеживания восстановления изучаемых параметров мышц предлагается новый подход в процессе проведения ультразвукового тестирования и интеграция его результатов с ЭМГ характеристиками.
структурная анизотропия мышцы
скелетная мышца
двигательные единицы
электромиография
эхография
дистракционный остеосинтез
аппарат Илизарова
врождённое укорочение конечности.
1. Команцев В. Н., Заболотных В. А. Методические основы клинической электронейромиографии. – СПб.: Лань, 2001. – 350 с.
2. Патент № 2354298, МПК8 А61 В 8/00 «Способ оценки структурных особенностей скелетных мышц» ФГУН «РНЦ«ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Росздрава» (РФ). – Заявка №2007133052 Заявл. 03.09.2007 Опубл. 10.12.2008; Бюл. № 34. Л.А. Гребенюк (RU), С.О. Мурадисинов (RU), Е.Б. Гребенюк (RU).
3. Шеин А. П., Криворучко Г. А. Структурно-функциональные сдвиги в нервных стволах и мышцах при удлинении конечностей // Ахондроплазия: Руководство для врачей / под ред. А. В. Попкова, В. И. Шевцова. – М.: Медицина, 2001. – С. 271-281.
4. Шеин А. П., Криворучко Г. А. Асимметрия некоторых биомеханических и биоэлектрических характеристик произвольной и вызванной активности мышц верхних и нижних конечностей у здоровых субъектов // Вестник Южно-Уральского государственного университета / Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура» – 2005. – Вып. 5. – № 4(44). – С.270-276.
5. Botter A. A novel system of electrodes transparent to ultrasound for simultaneous detection of myoelectric activity and B-mode ultrasound images of skeletal muscles / A. Botter [et al.] // J. Appl Physiol. – 2013. – Vol. 115, no. 8. – P.1203-1214.
6. Kubota S. Functional and morphological effects of indirect gradual elongation of peripheral nerve: electrophysiological and morphological changes at different elongation rates / S. Kubota [et al.] // Hand Surg. – 2011. – Vol. 16, no. 2. – P. 105-111.
7. Lopata R. G. Dynamic imaging of skeletal muscle contraction in three orthogonal directions / R. G. Lopata [et al.] // Appl. Physiol. – 2010. – Vol.109, no. 3. – P. 906-915.
8. Makarov M. R. Peripheral nerve monitoring during surgery for upper extremity lengthening / M. R. Makarov [et al.] // Tech Hand Up Extrem Surg. – 1998. – Vol. 2, no. 1. – Р. 56-63.
9. Simpson A. H. Limb lengthening and peripheral nerve function-factors associated with deterioration of conduction / A. H. Simpson [et al.] // Acta. Orthop. – 2013. – Vol. 84, no. 6. – P.579-584.

Уязвимость нервов удлиняемого сегмента конечности по отношению к воздействию длительного дозированного растяжения её тканей [3, 8, 9], подтверждённая и данными гистологических исследований из экспериментальных работ, выполненных на животных [6], требует использования дополнительных средств контроля их функционального состояния в процессе лечения [3]. Наличие выраженных патологических изменений анатомических структур пораж ё нной конечности у ортопедических больных нередко вызывает затруднения при проведении инструментальных обследований, в которых размещение диагностических датчиков связано с анатомическими ориентирами. В частности , клиническая электромиография (ЭМГ) требует строго заданной локализации отводящих электродов относительно двигательной точки мышцы [ 1 ]. Данная проблема эффективно разрешается на основе её сочетанного использования с методами неинвазивной визуализации структур опорно-двигательной системы, одним из которых является эхография (ЭГ). В свою очередь ЭМГ обследование позволяет существенно расширить представление о структурных особенностях мышцы, полученное посредством ЭГ, данными о состоянии функции скелетной мышцы. Это имеет особое значение в условиях дистракционного остеосинтеза, когда длительное дозированно е растяжение тканей конечности при удлинении сегмента в системе «аппарат Илизарова – конечность» [3] инициирует в них разнообразные структурные перестройки, требующие контроля со стороны лечащего врача [9].

Критические сроки лечения, в которые нервные стволы удлиняемой конечности подвергаются наибольшему риску гипертракционных повреждений, связаны с исчерпанием физиологического резерва длины нервных стволов (20 % относительного удлинения при дистракции), а также регенераторного потенциала тканей (40–60 % исходной длины сегмента конечности – конец дистракции). В качестве контроля обычно используются различные варианты ЭМГ. Наиболее простым и требующим минимальных затрат времени и ресурсов является получение биоэлектрической активности мышц при их максимальном произвольном напряжении. Однако данный тест признан клинически малоинформативным при необходимости отследить угрозу повреждения структуры двигательных единиц. В указанные критические сроки изменения произвольной ЭМГ, непосредственно связанные с гипертракцией, маскируются защитной рефлекторной реакцией мышц на оперативное вмешательство. Анализ литературы [7] и результаты предлагаемого способа оценки состояния мышц [2] показывают, что ЭГ позволяет прижизненно оценить анизотропные структурные свойства скелетной мышцы в двух ортогональных плоскостях. Данная информация может существенно дополнить сведения, полученные с помощью ЭМГ обследования. Предпринимались попытки с помощью применения специального материала одновременно осуществлять регистрацию ЭМГ активности и ультразвуковых изображений мышц скелетной мускулатуры [5]. Однако такой подход крайне затруднительно использовать у пациентов с ортопедической патологией , ввиду существенного уменьшения доступной для размещения электродов области сегмента конечности, особенно в условиях дистракционного остеосинтеза с наложенным аппаратом внешней фиксации.

В связи с вышесказанным, целью настоящей работы является анализ возможностей применения эхографии в двух ортогональных плоскостях для прижизненной оценки анизотропных структурных свойств мышц в комплексе с электромиографической оценкой функционального состояния нервно-мышечного аппарата при удлинении врождённо-укороченной конечности.

Методы исследования

Комплексная оценка структурно-функционального состояния мышц удлиняемой конечности заключается в их последовательном эхографическом (ЭГ) и электромиографическом (ЭМГ) тестировании (рис.1). При этом ЭГ проводится в состоянии покоя (расслабления) мышц, ЭМГ – при их максимальном произвольном напряжении. Тестировались следующие мышцы: m .extensor digitorum brevis ; m .flexor digitorum brevis ; m .tibialis anterior ; m .gastrocnemius lateralis ; m .rectus femoris ; m .biceps femoris ; m .deltoideus acromialis ; m .biceps brah .; m .triceps brah .; m .brachioradialis ; m .flexor car .rad .; m.flexor car.ul.; m.m. thenar; mm. h ypotenar.

А

_MG_7242

Б

В1 В2

9fiks_long

Д1

Г1 Г2

10fiks_tran

Д2

Процедуры проведения эхографии (А) и электромиографии (Б). В1, Г1 – сонограммы мышц удлиняемого предплечья пациента 14 лет с врождённым укорочением предплечья при продольном и поперечном сканировании при завершении дистракции, соответственно. В2, Г2 – сонограммы мышц интактного (контралатерального) сегмента того же пациента, соответственно. Д1, Д2 – верхние ЭМГ-кривые m . brachioradialis пораженного предплечья до (Д1) и в процессе дистракции (Д2), нижние – ЭМГ-кривые той же мышцы интактного сегмента, соответственно

В данной работе использовались ЭГ системы экспертного класса Logiq S 6 (General Electric , USA ), Hi Vision Avius (Japan ) с линейными датчиками 7,5-12 МГц. Эхография мышц удлиняемого и контралатерального сегментов включает поперечное ультразвуковое сканирование мышц, определение зоны интереса и выполнение расчётов с использованием математических выражений. Зону интереса определяют по длиннику мышцы, осуществляют её продольное сканирование на уровне брюшка мышцы и исследуют мышцу до удлинения конечности, в процессе удлинения, в периоде фиксации аппаратом и после снятия аппарата внешней фиксации.

После укладки пациента в горизонтальное положение (лежа на спине) устанавливают ультразвуковой датчик с несущей частотой 7,5 МГц в средней трети сегмента конечности параллельно её продольной оси. Осуществляют продольное ультразвуковое сканирование мышцы. Затем устанавливают датчик перпендикулярно продольной оси сегмента на срединном уровне брюшка мышцы и получают поперечные ЭГ-срезы мышц. В режиме on line на сонограммах проводят статистическую компьютерную обработку полученных срезов, для чего с помощью курсора очерчивают участок лоцируемой мышцы и выполняют гистографический анализ с определением модальных значений распределений эхо-плотности мышечной ткани. Зафиксировав результаты гистографического анализа на экране монитора, и используя полученные моды гистограмм эхогенности при продольном и поперечном ультразвуковом сканировании, рассчитывают относительную структурно-эхографическую неоднородность мышц (ОСЭНМ) при помощи математического выражения:

ОСЭНМ = [N(long) – N(transv)] / N(long) (1);

где N (long) – модальное значение гистограммы распределения эхоплотности исследуемой мышцы при продольном ультразвуковом сканировании в ус. ед. серой шкалы; N (trans) – модальное значение гистографического распределения эхоплотности мышцы при поперечном ультразвуковом сканировании в ус. ед. серой шкалы. При значениях ОСЭНМ ≥ 0,3 структурные особенности соответствуют физиологически структурной неоднородности мышц, при 0,3> ОСЭНМ ≥0,1 – умеренно пониженной, а при величине ОСЭНМ <0,1 или отрицательных значениях – низкой или инвертированной.

Вычисленные показатели до начала деформации сравнивают с полученным значением ОСЭНМ при дистракции, в процессе релаксации (фиксации) и в восстановительном периоде. Предлагаемый способ позволяет отслеживать на основе количественной оценки динамику эхографической структурной неоднородности скелетной мышцы в режиме on line в процессе её удлинения (деформирования), при фиксации и в восстановительном периоде.

Электромиография проводилась по общепринятой методике [1] до операции, при 20 %, 30 % удлинении – критических сроках для функционального состояния соответствующих периферических нервов и при завершении периода дистракции. В дальнейшем ЭМГ проводится через каждый месяц фиксации конечности аппаратом и после его демонтажа. Используется тест «максимальное произвольное напряжение». После предварительной инструкции тестовое движение выполняется испытуемым плавно и с максимальным усилием. Длительность максимального напряжения мышцы не превышает 3 секунды. Для тестируемых мышц определяется средняя амплитуда (A, мкВ) суммарной ЭМГ и её частота (f, колебаний/сек). Отведение ЭМГ осуществляется с помощью биполярного накожного электрода с площадью поверхностей 8 мм2 и межэлектродным расстоянием 10 мм. При тестировании верхних конечностей больные сидят на кушетке, а при тестировании нижних конечностей – в положении лёжа на спине. В качестве контрольных значений использовались ЭМГ-характеристики мышц конечностей, полученные у клинически здоровых людей в ранее проведённых исследованиях [4].

Интегральная оценка структуры и активационных свойств мышц на основании данных ЭГ и ЭМГ проведена у 77 пациентов с врождёнными укорочениями и деформациями конечностей в указанные периоды лечения (табл.1). Результаты ЭМГ и ЭГ тестирования проанализированы с помощью пакета прикладных программ РС Attestat, встроенного в Microsoft Excel (Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2002611109, М., 28 июня 2002 г., автор-разработчик И.П. Гайдышев). Оценивали соответствие характера статистического распределения анализируемых параметров нормальному закону. Рассчитывали для них среднее арифметическое (M ) и стандартную ошибку среднего (m ). Для выяснения статистической значимости результатов использовали параметрический t-критерий Стьюдента. Критерием исключения пациентов из анализируемой выборки служило наличие у них выраженных клинических и ЭМГ-признаков нарушения функции основных нервных стволов.

Таблица 1

Характеристика анализируемой выборки групп пациентов с ортопедической патологией

Вид патологии

N

Возраст (M±m)

Пол

Врождённая лучевая косорукость

11

11,4+1,8

(от 5 до 21 года)

Мужской (n=5 )

Женский (n= 6)

Врождённая локтевая косорукость

6

12,6+1,9

(от 6 до 17 лет)

Мужской (n= 4)

Женский (n=2 )

Врождённое укорочение предплечья

6

15,2+3,6

(от 6 до 32 лет)

Мужской (n= 2)

Женский (n=4 )

Врождённое укорочение нижней конечности

54

10 ,1+0,9

(от 5 до 26 лет)

Мужской (n=38 )

Женский (n=16 )

Всего

77

От 5 до 32 лет

Мужской (n= 49)

Женский (n=28)

Результаты исследования

В предоперационном периоде посредством ЭГ определяли локализацию брюшка мышц удлиняемого сегмента, маркированных для дальнейшего ЭМГ-контроля и с указанием локализации области предполагаемого оптимального размещения ЭМГ-электродов (рисунок).

В предоперационном обследовании эхографический показатель ОСЭНМ мышц анатомически интактной конечности находится в физиологически допустимых пределах, соответствующих норме (табл. 2). На стороне укорочения данный параметр находится в диапазоне, соответствующем умеренному снижению, т.е. акустическая анизотропия мышц укороченной конечности отличается от состояния здоровых людей.

В процессе дистракции отмечалось статистически значимое (p <0,05) относительно исходного уровня снижение показателя ОСЭНМ для мышц оперированной (на 81,5 %) и контралатеральной (на 44,8 %) конечностей, соответственно. Изменения более выражены в зоне непосредственного воздействия длительного дозированного растяжения тканей, создаваемого дистракционным аппаратом, что отражает структурные перестройки соответствующих мышц. Следует отметить, что изменения не выходят за рамки диапазона, соответствующего умеренной трансформации. Восстановление анизотропных свойств мышц начинаются в период фиксации и после снятия аппарата достигают уровня, близкого к дооперационному.

Таблица 2

Динамика средних значений (M ±m ) показателя ОСЭНМ (усл. ед.) в процессе удлинения конечностей по методу Илизарова (на примере m. brachioradialis пациентов с врождённой аномалией развития верхней конечности)

Возраст

7–16лет (n =17)

Пораженное предплечье

Анатомически интактное предплечье

До лечения

0,222±0,08

Снижена

0,368±0,09

Нормальная

Дистракция

0,041±0,007*

Низкая

0,203±0,05*

Снижена

Фиксация

0,159±0,06*

Снижена

0,245±0,06*

Снижена

П. леч.(12 мес.)

0,298±0,09

Снижена

0,322±0,04

Нормальная

Примечание: звёздочкой (*) отмечены статистически значимые относительно исходного уровня различия при p <0,05.

В предоперационном обследовании отличия от нормы средневыборочных значений ЭМГ-параметров тестированных мышц анатомически интактных конечностей статистически не значимы (p >0,05), при существенной их межиндивидуальной вариативности. Поскольку физиологическая асимметрия биоэлектрической активности у здоровых людей не превышает 15–20 % [4] – пациенты, у которых амплитуда ЭМГ при максимальном произвольном напряжении мышц конечностей в предоперационном обследовании была ниже уровня нормы на 20 % и более, требовали к себе повышенного внимания в период пребывания в дистракционном аппарате. Очевидно, такого рода снижение уровня произвольной активации предполагает существенный дефицит моторной функции и соответственно недостаточность адаптивных резервов. В анализируемой выборке такие наблюдения составляли 22 % её объёма. При этом снижение ЭМГ составляло 30–45 %.

Наложение дистракционного аппарата и последующее удлинение конечности сопровождается резким и значительным снижением амплитуды произвольной ЭМГ на 60–90 % (p <0,05), которое сохраняется до конца лечения. При этом возрастает разнообразие регистрируемых низкоамплитудных ЭМГ-паттернов, в том числе содержащих «периоды молчания» и активность отдельных двигательных единиц. Данная реакция обусловлена включением механизмов тонического защитного рефлекса и сопровождает синхронны й фазны й переход функционального состояния двигательных единиц мышц удлиняемого сегмента в пластическое состояние [ 3 ], что соответствует описанным выше изменениям акустической анизотропии мышечной ткани. Это сопровождается повышенным напряжением механизмов , обеспечивающих структурно-функциональны е перестро йки мыш ечной ткани , и , следовательно, увеличением риска срыва соответствующих адаптивных процессов. При выявлении произвольной ЭМГ ниже критического уровня 20 мкВ (7 % наблюдений) пациентам показано проведение дополнительного ЭМГ обследовани я в соответствии с ранее разработанными методическими схемами [ 3 ]. Оно включает оценку уровня спонтанной биоэлектрической активности мышц методом игольчатой электромиографии и степени сохранности проводниковой функции нервных стволов методом стимуляционной электромиографии.

На основании сопоставления данных ЭГ и ЭМГ обследований в условиях оперативного удлинения конечностей по Илизарову, свидетельствующих о критических изменениях структуры и функции тестируемых мышц и связанных с ними нервных стволов, корректировалась тактика ведения больных в период дистракции и назначались дополнительные средства реабилитационного воздействия (электромиостимуляция и медикаментозная терапия). Это позволило своевременно купировать выявленное ухудшение функционального состояния нервно-мышечного аппарата удлиняемой конечности и избежать значительного снижения её моторной функции после демонтажа аппарата внешней фиксации.

После снятия дистракционного аппарата отмечается постепенное восстановление параметров произвольной ЭМГ до уровня, близкого к дооперационному.

Таким образом, совместное использование ЭГ и ЭМГ оценки функционального состояния мышц удлиняемой конечности позволяет эффективно контролировать их структурно-функциональные перестройки под воздействием длительного дозированного растяжения тканей. Исследование структурной анизотропии скелетных мышц врождённо-укороченной конечности на основе применения эхографии в двух ортогональных плоскостях повышает информационную ценность использования данного метода. Это позволяет снизить количество осложнений, вызванных тракционным воздействием, и не допустить необратимого развития дезадаптивных сдвигов в скелетных мышцах и нервных стволах. Тем самым создаются предпосылки для более рационального планирования реконструктивно-восстановительного лечения ортопедических заболеваний конечностей, важным показателем которого является достижение оптимального прироста длины сегмента.


Библиографическая ссылка

Гребенюк Л.А., Сайфутдинов М.С., Гребенюк Е.Б. ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭХОГРАФИИ И ЭЛЕКТРОМИОГРАФИИ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УДЛИНЕНИИ КОНЕЧНОСТЕЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=24139 (дата обращения: 01.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074