Автореферат и диссертация по медицине (14.00.22) на тему:Клинико-биомеханическое и физиологическое обоснование применения электростимуляции мышц при ходьбе в комплексном лечении больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени

МИНИСТЕРСТВО ТРУДА И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТЕЗИРОВАНИЯ И ПРОТЕЗОСТРОЕНИЯ

РГБ ОД

2 о АВГ |593

На правах рукописи

ГАВРИЛОВ Александр Васильевич

КЛИНИКО-БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ МЫШЦ ПРИ ХОДЬБЕ В КОМПЛЕКСНОМ ЛЕЧЕНИИ БОЛЬНЫХ С НЕСРОСШИМИСЯ ПЕРЕЛОМАМИ И ЛОЖНЫМИ СУСТАВАМИ

КОСТЕЙ ГОЛЕНИ

Специальность: 14. 00. 22 - травматология и ортопедия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва 1999

Работа выполнена в Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте протезирования и протезо-строения Министерства труда и социального развития Российской Федерации.

Научный руководитель: Академик РАМТН, доктор медицинских наук, профессор А. С. Витензон

Научный консультант: Кандидат медицинских наук А. А. Скоблин

Официальные оппоненты: Доктор медицинских наук, профессор В. М. Лирцман Кандидат медицинских наук Б. Г. Спи вак

Ведущее учреждение: Российский Государственный медицинский университет

Защита диссертации состоится ". ор'хуу'1999 г. в ' ' часов на заседании специализированного ученого совета К 123.02.01 при Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте протезирования и протезострое-ния, по адресу: 127486 Москва, ул. И. Сусанина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 1999 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат медицинских наук И. А. Богданович

рУ5Т. Мб". Ч04.0-542., °

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Проблема лечения и восстановления трудоспособности инвалидов с несросшимися переломами и ложными суставами костей нижних конечностей является актуальной как с медицинской, так и с социальной точки зрения.

Инвалиды с последствиями переломов костей голени составляют до 38% от всех инвалидов II группы (Демьянов В. М. , Титова А. Т., 1982). Ложные суставы костей голени занимают первое место среди аналогичных заболеваний других локализаций и составляют до 59% от всех псевдоартрозов (Трубников В. Ф. , 1986).

В настоящее время для лечения несросшихся переломов и ложных суставов длинных трубчатых костей применяют комплексные методы, объединяющие оперативное вмешательство и стимуляцию остео-генеза.

Основанием для применения метода электростимуляции с целью активизации остеорепарации является определение электрических потенциалов в костной ткани. Данный метод электростимуляции сводится к имплантации электродов в костные ткани как вне, так и внутри очага поражения (Ткаченко С. С., Руцкий В. В., 1989).

При этом дефицит мышечной функции остается неизменным, так как электростимуляция направлена только на нормализацию остеорепарации и не затрагивает мышечного каркаса, окружающего костные фрагменты.

Различные методы электростимуляции оторваны от двигательного акта и не влияют на локомоцию. Восстановление функции пораженной конечности не происходит. После консолидации места несращения приходится долгое время заниматься реабилитацией больного.

Метод искусственной коррекции движения (ИКД) посредством электростимуляции мышц (ЭСМ) при ходьбе широко применяется в клинической практике для реабилитации больных с заболеваниями опорно-двигательного аппарата различной этиологии (Витензон А. С. с соавт. 1988; Миронов Е. М., 1988; Скоблин А. А., 1989; Петрушанская К. А., 1993; Паламарчук Е. Э„ 1993; Моржов В. Ф., 1998).

В процессе проведения ИКД наблюдается улучшение функциональных свойств мышц, коррекция неправильно выполняемых движений и выработка навыка ходьбы, приближенного к норме. (Витензон А. С., Зарезанков В. Г., 1983).

Метод искусственной коррекции движения посредством электростимуляции мышц при ходьбе позволяет одновременно нормализовать остеогенез, уменьшить дефицит мышечной функции и восстановить функциональное состояние пораженной конечности, тем самым значи-

тельно сократить сроки полной реабилитации больных с несросшими-ся переломами и ложными суставами костей голени.

Цель и задачи исследования

На основании клинических, биомеханических и физиологических исследований дать научное обоснование применения метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени с целью нормализации репаратив-ного остеогенеза и быстрого восстановления функции мышц и двигательного стереотипа, свойственного норме. Для достижения намеченной цели предлагается поставить следующие задачи:

• Определить структуру клинико-биомеханических нарушений пораженной конечности и особенности локомоторных расстройств у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

• Установить медицинские показания и противопоказания к назначению метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у данной категории больных.

• Дать клинико-биомеханические обоснования применения метода ИКД и разработать методику ЭСМ при ходьбе у больных с псевдоартрозами костей голени.

• Оценить эффективность лечения, проведенного посредством метода ИКД с помощью клинических и инструментальных исследований.

• Разработать рекомендации по практическому применению метода ИКД у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Материал и методы исследования

Для решения поставленных задач осуществлен клинико-статистический анализ состояния пораженной конечности у 28 больных. У 15-ти из них определено функциональное состояние опорно-двигательного аппарата с помощью биомеханических и электромиографических исследований до и после курса лечения. У 6-ти - проанализировано состояние опорно-двигательного аппарата спустя 6 месяцев после лечения. Все больные прошли комплексное лечение с применением метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе в процессе формирования костной мозоли и после консолидации места несращения.

В работе использованы клинико-рентгенологические методы обследования. Для оценки функционального состояния нижних конечностей под воздействием электростимуляции применен биомеханический комплекс, разработанный в ЦНИИПП. В состав комплекса входят следующие технические средства: IBM PC/AT и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подографическая, гониографическая, динамо-графическая и электромиографическая методики, пакет прикладных программ, позволяющих вводить, обрабатывать и анализировать всю

информацию о ходьбе больных в реальном масштабе времени (Гриценко Г. П., с соавт., 1997).

Достоверность полученных данных подтверждена методами математической статистики, принятыми в медицинских исследованиях.

Научная новизна работы

На основании комплекса клинических и инструментальных методов исследований количественно описана и проанализирована биомеханическая и иннервационная структура локомоторного акта при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Определены медицинские показания и противопоказания к назначению метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у больных с данной патологией.

Разработана методика искусственной коррекции движений нижних конечностей посредством многоканальной электростимуляции мышц при ходьбе у данной категории больных.

Исходя из изучения структуры дефицита мышечной функции, осуществлен выбор корректируемых движений и стимулируемых мышц, установлена амплитудная и временная программа ИКД, определен ее оптимальный режим.

Впервые выявлен стереотип ходьбы у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Изучена эффективность применения метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе в сочетании с различными способами фиксации костных отломков как способ воздействия на остеогенез и функциональное состояние мышц пораженной конечности.

Установлено, что ЭСМ при ходьбе способствует более быстрому и эффективному формированию костной мозоли, благодаря активизации репаративных процессов в костной ткани.

Доказано, что под влиянием курса ИКД посредством ЭСМ при ходьбе, улучшается функциональное состояние мышц, нормализуется биомеханическая и иннервационная структура ходьбы.

Практическая ценность работы

Метод ИКД посредством ЭСМ при ходьбе, в сочетании с различными способами фиксации костных отломков, у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени, разработанный в результате выполнения диссертационной работы, позволяет одновременно с активизацией репаративного остеогенеза восстановить функциональное состояние костно-мышечного аппарата нижних конечностей и нормализовать двигательный стереотип ходьбы.

Курс ИКД посредством ЭСМ при ходьбе существенно увеличивает силу и электрическую активность мышц пораженной конечности, позволяет улучшить кровообращение мягких тканей голени. После

проведения курса ЭСМ восстанавливается функциональное состояние как пораженной, так и интактной конечности.

В результате воздействия на мышцы пораженной конечности в физиологически адекватные фазы шага происходит увеличение амплитуды движений в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах пораженной конечности. Нормализуется коэффициент ритмичности. Удлиняется фаза переноса интактной конечности. Выраженные положительные изменения происходят и в динамических показателях ходьбы у больных после проведения курса ЭСМ.

В ходе выполнения работы изучена структура дефицита мышечной функции у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени. Определены её изменения в результате воздействия ИКД посредством ЭСМ при ходьбе. Уменьшение дефицита мышечной функции способствует значительному улучшению структуры ходьбы. Происходит активизация репаративных процессов костной ткани. Восстанавливается опорно-двигательная функция нижних конечностей.

После проведенного лечения больные не нуждаются в дальнейшем реабилитационном лечении, так как одновременно с формированием костной мозоли происходит восстановление функции пораженной конечности и правильного стереотипа ходьбы.

Основные положения диссертации, выдвигаемые на защиту:

1. Анализ клинико-биомеханических и физиологических нарушений двигательного акта больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени выявил существенные нарушения локомоторного акта, обусловленные дефицитом мышечной функции пораженной нижней конечности.

2. Электростимуляцию мышц при ходьбе целесообразно сочетать со стабильной фиксацией костных отломков, при этом объектом стимуляции должны быть преимущественно мышцы разгибатели в фазу их наибольшей активности в течение локомоторного цикла.

3. Электростимуляция мышц при ходьбе, благоприятно воздействуя на репаративные процессы в костной ткани, одновременно способствует восстановлению биомеханической и иннервационной структуры локомоторного акта.

4. Применение электростимуляции мышц при ходьбе в комплексном восстановительном лечении позволяет существенно сократить сроки полной медико-социальной реабилитации больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка используемых публикаций. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста. Собственно текст на 104 страницах. Иллюст-

рирована 13 таблицами, 14 рисунками. Список используемой литературы включает 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования и методы, применяемые при решении поставленных задач.

Аналитический обзор литературы

В аналитическом обзоре литературы представлен анализ отечественных и зарубежных источников об этиологии, патогенезе, методах лечения и реабилитации больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени. Представлены различные способы фиксации костных фрагментов и методы воздействия на репаративный остеогенез. Дана оценка комплексному методу лечения больных с данной патологией. Произведен анализ метода функциональной электрической стимуляции (ФЭС) мышц, ее разновидности - искусственной коррекции движений (ИКД) с обоснованием применения метода у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Методы обследования

При выполнении работы были применены следующие методы обследования:

1. Клинико-рентгенологические методы обследования

2. Биомеханические и физиологические методы обследования.

1. Клшшко-рентгенологические методы обследования

Клиническое обследование больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени начинали с анамнестических данных, общего осмотра поврежденной конечности и рентгенологического исследования.

Из анамнеза определяли давность и характер полученной травмы, проводимое лечение, наличие осложнений.

Рентгенологическое исследование позволяло выявить смещение костных отломков относительно своей оси, наличие замыкательной костной пластинки, заращение костномозгового канала, диастаз между концами отломков, признаки консолидации перелома.

2. Биомеханические и физиологические методы обследования.

Для оценки метода искусственной коррекции движений посредством электрической стимуляции мышц при ходьбе во время лечения больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени, а также для более глубокого изучения нарушения работы мышц и параметров ходьбы больных, применяли комплекс биомеханических и электрофизиологических методик, разработанных в ЦНИИПП. Для

обследования пациентов использовали биомеханический комплекс, в состав которого входили следующие технические средства: IBM PC/AT и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), подографическая, гониометрическая, динамографическая и электромиографическая методики, пакет прикладных программ, позволяющих вводить, обрабатывать и анализировать всю информацию о ходьбе пациентов.

Подографическая методика служила для регистрации временных характеристик шага. При использовании подограммы происходило разделение времени двойного шага на четыре фазы: перекат через пятку, опора на всю стопу, перекат через носок, перенос.

Гониометрическая методика показывала амплитуду движений в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах обеих нижних конечностях больного.

Динамографическая методика служила для регистрации трех составляющих опорных реакций каждой ноги (вертикальной - Rz, продольной - Rx и поперечной - Ry). Сигналы составляющих опорных реакций с измерительных мостов передавались на три канала АЦП.

Для автоматизированного анализа подограммы применялось устройство согласования, которое регистрировало временную характеристику шага в двоичном коде и через порт ввода-вывода передавало ее на системную шину IBM.

Электромиографическое (ЭМГ) исследование мышц при ходьбе проводили синхронно с подограммой в принятых в ЦНИИПП стандартных условиях: с помощью поверхностных электродов. При регистрации ЭМГ испытуемый обычно делал 4 прохода по контактной дорожке, что обычно составляло около 20 шагов. Во время исследования с помощью IBM PC/AT на основе подограммы подсчитывали интеграл электрической активности каждой мышцы (площадь электромио-граммы) суммарно за шаг и за отдельные его фазы.

С помощью программы IBM вычисляли среднюю длительность шага и его отдельных фаз в секундах и процентах к длительности двойного шага и основные статистические данные (среднее квадратичное отклонение, коэффициенты вариации, величину интегрированной активности и среднее значение амплитуды). Вычисляли суммарный интеграл за шаг, среднюю амплитуду, и программа IBM выдавала в виде диаграммы пофазные изменения амплитуды ЭМГ.

Для работы с биомеханическим комплексом был разработан пакет прикладных программ, позволяющих регистрировать, запоминать и обрабатывать полученные данные в реальном масштабе времени.

Клиническая характеристика и особенности биомеханической и иннервационной структуры ходьбы больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

В клинике ЦНИИПП под нашим наблюдением находилось 28 больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени. Клинико-рентгенологическое обследование произведено всем

больным. 15 больным проведено полное обследование с использованием биомеханических и физиологических методов. У 6 больных изучены отдаленные результаты лечения с использованием тех же методик спустя 6 месяцев после консолидации места несращения перелома. Среди данного контингента только 3 человека были учащимися и пенсионерами, остальные 25 человек - трудоспособного возраста. Анализ характера первичной травмы показал, что транспортные повреждения были причиной перелома у данной категории пациентов в 23 случаях, причем у трети из них отмечались открытые переломы. В результате бытовой травмы перелом костей голени отмечался у трех больных. В двух случаях причиной перелома являлось огнестрельное ранение.

Выявлены причины несращения переломов костей голени. Большая часть больных, у которых развился несросшийся перелом или ложный сустав костей голени, не нагружали пораженную ногу в те сроки, когда иммобилизация конечности была достаточно стабильной. В дальнейшем, после истечения времени прочной фиксации, больным накладывали заднюю гипсовую лонгету и они начинали приступать на пораженную конечность. Увеличение осевой нагрузки, но без достаточного укрепления мышечного массива, вызывало нарушение остео-регенерации из-за возможности возникновения подвижности костных отломков.

Клиническое обследование позволило выявить наличие контрактур суставов, атрофию мышц пораженной конечности и резкое ухудшение функционального состояния пораженной конечности.

Подтверждением нарушения структуры ходьбы у данной категории больных явилось биомеханическое и электромиографическое исследование, проведенное 15 пациентам.

Асимметрия временных характеристик ходьбы выражалась в изменении соотношения основных фаз шага для обеих конечностей: коэффициент ритмичности переноса, в норме равный 0,97-1,0, у больных снижался до 0,63. Также существенно увеличивалась длительность цикла (на 77%), достигая 1,86 с (в норме - 1,05 с). Наряду с этим происходила перефазировка самой опорной фазы. На стороне поражения интервалы опоры на пятку, всю стопу и носок были меньше по сравнению с аналогичными показателями интактной ноги. В то же время фаза переноса пораженной нижней конечности превышала на 59% фазу переноса сохранившейся ноги. Двуопорная фаза была значительно увеличена по сравнению с нормой (12% цикла). При наступании пораженной конечности на опору она составляла 19,4% цикла, а при отталкивании от опоры 18,2% цикла. Длина шага была уменьшена до 0,5 м.

Анализ кинематических параметров локомоции показал, что у данной категории больных происходило изменение формы кривых угловых перемещений, снижение амплитуды движений во всех суставах нижних конечностей, но преимущественно на пораженной стороне, при этом возникала отчетливая пространственная асимметрия.

Рассмотрение динамических параметров ходьбы также обнаруживало их резкую асимметрию, затрагивающую все составляющие опорной реакции (ОР). Временные значения всех экстремальных точек Яг кривой пораженной конечности сближены между собой (30%, 35%, 40% цикла), что свидетельствовало о резком удлинении переднего и заднего фронтов этой составляющей; для интактной конечности временные значения этих точек были равны 20%, 25%, 50%. Амплитудные значения Яг кривой составляли для пораженной конечности 47%, 47% и 50% от веса тела, для сохранившейся конечности соответственно -95%, 95% и 99%. Аналогичная асимметрия наряду с уменьшением амплитудных параметров зарегистрирована для Ях и 11у составляющих.

Таким образом, биомеханическая картина ходьбы больных с патологией костей голени как бы складывалась из двух основных элементов: резко нарушенной кинематики и динамики пораженной конечности и адаптивного приспособления (своеобразного закрепощения) сохранившейся ноги.

Биомеханическая картина ходьбы таких больных может быть дополнена анализом электромиографических данных. Последние указывали на значительное снижение средней электрической активности всех мышц пораженной конечности за цикл ходьбы относительно величин, полученных при ходьбе здоровых людей.

Так, средняя активность большой ягодичной мышцы за шаг составляла 76% по сравнению с нормой, полусухожильной - 60%, икроножной - 37%, передней большеберцовой - 69%.

Данные электромиографии интактной нижней конечности выявляли незначительное снижение электрической активности мышц: большой ягодичной до 87% от нормы, полусухожильной - до 95%, икроножной - до 96%.

Итак, стереотип ходьбы больных с несросшимися переломами или ложными суставами костей голени имел все особенности локомоторных нарушений, свойственных односторонним поражениям нижних конечностей.

Схематически развитие этого патологического стереотипа ходьбы для данной категории больных можно представить следующим образом:

Пораженная нижняя конечность

Сохранившаяся нижняя конечность

Клинико-биомеханическое и физиологическое обоснование применения ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Оптимизация сроков и исходов лечения всех видов переломов, в том числе несросшихся, а также ложных суставов, основываются на создании комплекса благоприятных условий, к которым относятся:

• полное сопоставление отломков,

• высокая прочность их фиксации,

• сохранение кровоснабжения кости,

сохранение опорной и двигательной функции поврежденной конечности (Илизаров Г. А., 1976).

Применение метода ИКД посредством ЭСМ при ходьбе в сочетании с традиционными методами лечения позволяет обеспечить сохранение опорной и двигательной функции поврежденной конечности. Это обусловлено тем, что метод ИКД воссоздает целостность локомоторного стереотипа. В то же время ЭСМ в покое направлена лишь на восстановление функции отдельных мышц, проводится в условиях далеких от нормальной деятельности организма, не связана непосредственно с координацией двигательного акта и не предполагает активного участия больного в выработке навыка, необходимого для восстановления опорности пораженной нижней конечности (Витензон А. С., 1988). Поэтому используемую ЭСМ при ходьбе следует считать наиболее целесообразным в комплексном лечении больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени.

Показанием к применению ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у данной категории больных являлся относительный ДМФ пораженной конечности, обусловленный снижением ее опороспособности из-за длительного несращения перелома, ослаблением функции мышц и использованием при ходьбе дополнительной опоры на трость или костыли.

Восстановление опороспособности пораженной конечности на первом этапе лечения осуществляли либо путем применения аппаратов внеочагового компрессионно-дистракционного остеосинтеза (ВКДО) различной конструкции а также гипсовыми повязками, либо путем назначения пациентам разгружающих ортезов с последующим проведением курса ИКД при ходьбе. У больных с замедленной консолидацией зоны перелома, отсутствием патологической подвижности для фиксации может быть применен разгружающий ортопедический аппарат. У больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени в ее нижней трети при удовлетворительном стоянии отломков, иммобилизация конечности оказалась возможной и посредством циркулярной гипсовой повязки с разгрузкой на собственную связку надколенника. В большинстве случаев фиксация костных фрагментов была осуществлена аппаратами ВКДО.

Весьма существенным представлялось улучшение циркуляторно-метаболических процессов и создание микроподвижности между кон-

цами отломков за счет восстановления функционального состояния мышц поврежденной конечности, что способствовало усилению ос-теорепарации в зоне несросшегося перелома или ложного сустава.

Следующей не менее важной задачей являлось максимально возможное восстановление объема движений в суставах пораженной конечности, поскольку ограничения движения в суставах из-за длительной иммобилизации нижней конечности вели к снижению опоро-способности ноги и, следовательно, к нарушению стереотипа локомо-ции.

Противопоказания к назначению ИКД при ходьбе у данной категории больных и инвалидов разделяли на абсолютные и относительные.

К абсолютным относились: а) злокачественные и доброкачественные новообразования; б) заболевания сердечно-сосудистой системы в стадии субкомпенсации и декомпенсации, делающие невозможной длительную ходьбу; в) все формы эпилепсии; г) выраженные острые заболевания внутренних органов; д) беременность; е) непереносимость минимальных электрических раздражений; ж) тромбофлебиты нижних конечностей.

Относительными противопоказаниям являлись: а) плохая переносимость электрических раздражений, предполагающая длительную адаптацию больного к электростимуляции мышц; б) фиксированные деформации суставов, подлежащие консервативному или оперативному устранению; в) трофические и иные изменения кожных покровов в области расположения электродов.

Реализация ИКД посредством ЭС мышц предполагает решение следующих задач: выбора корректируемых движений и стимулируемых мышц; определения амплитудной программы ЭС мышц, т. е. вида и параметров стимулирующих сигналов; установления временной программы ЭС, т. е. фаз стимуляции в течение цикла и способа ее задания; выбора типа электродов, формы, размеров и их локализации на теле человека; поиска адекватного режима ЭС мышц при ходьбе.

Предлагаются следующие принципы выбора корректируемых движений и стимулируемых мышц (Витензон А. С., 1980-1982): 1) получение наибольшего биомеханического эффекта при патологической ходьбе путем коррекции наименьшего числа движений; 2) использование однозначных приемов коррекции при сходном характере двигательных нарушений; 3) первоначальное восстановление силовых, а затем коррекционных компонентов ходьбы.

Первый принцип может быть обозначен как энергетический, так как коррекция наиболее существенных двигательных нарушений, нормализуя биомеханическую структуру ходьбы, вызывает снижение ее энергетической стоимости, если только число стимулируемых мышц не очень велико.

Второй принцип характеризует синдромологический подход к выбору корректируемых элементов ходьбы, он подчеркивает универсальность метода ИКД.

Третий принцип определяет преимущественный объект коррекции в локомоторном акте, а именно разгибательные движения конечностей и туловища посредством электростимуляции мышц-разгибателей. Этот принцип опирается на представление, что деятельность мышц-разгибателей направлена, главным образом, на перемещение тела в пространстве и создание его устойчивости при ходьбе, тогда как работа мышц-сгибателей играет вспомогательную роль, обеспечивая коррекцию движений и положения различных частей тела.

В соответствии с этими положениями, у данной категории больных основными видами коррекции считали разгибание в тазобедренном суставе, разгибание в коленном суставе, подошвенное сгибание в голеностопном суставе, что достигалось соответственно стимуляцией ягодичной, четырехглавой и икроножной мышц. Благодаря этому при коррекции минимального числа движений повышалась опороспособ-ность пораженной конечности и происходила нормализация циркуля-торно-метаболических процессов. В ряде случаев, при разгибательной контрактуре КС и эквинусе стопы вследствие неврита малоберцового нерва, применяли вспомогательные коррекции, направленные на увеличение сгибания в КС посредством стимуляции двуглавой и полусухожильной мышц и восстановление тыльного сгибания путем стимуляции передней большеберцовой мышцы. Следовательно, ИКД при ходьбе у таких больных была реализована посредством 3-5 канальной электростимуляции мышц.

Проведенные в ЦНИИПП сравнительные исследования прямоугольного и синусоидального амплитудно- и частотномодулирован-ных сигналов выявили некоторые преимущества сигнала прямоугольной формы. Этот сигнал в пределах комфортной зоны раздражений позволяет получить большей силы сокращение мышцы в статическом режиме и меньшее ее утомление при динамической работе.

Амплитудная программа ЭС устанавливалась с помощью трех параметров сигнала: напряжения, длительности и частоты следования стимулирующих импульсов. Обычно подбирали такую интенсивность воздействия на мышцы, которая при коротком воздействии (не выше 0,5 с) обеспечивает отчетливую коррекцию движений при ходьбе.

Таким образом, в качестве стимулирующего сигнала при реализации метода ИКД у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени применяли последовательность электрических импульсов напряжением от 30 до 60 В, длительностью импульса от 100 до 200 мкс, частотой следования импульсов 60 Гц. Во всех случаях для ЭС мышц использовали последовательность однополярных электрических импульсов, когда наибольший эффект сокращения возникает под активным электродом.

Временная программа ЭС мышц в течение цикла задавалась с помощью кинематических параметров, фиксирующих ходьбу человека. Задачам синхронизации программы ЭС мышц с фазами шага наиболее полно отвечали угловые перемещения в коленном суставе в переносную фазу цикла ходьбы, измеряемые с помощью датчиков межзвенных углов.

Временная программа ИКД определяет фазы стимуляции в течение двигательного акта и основывается на принципе избирательного усиления естественной программы возбуждения и сокращения мышц пораженной конечности в течение цикла ходьбы, поскольку только такая стимуляция способна уменьшить дефицит мышечной функции фашс и., еСа!., 1978).

Для синхронизации программы электростимуляции с фазами шага нами были использованы угловые перемещения в коленном суставе. Эти перемещения измерялись с помощью датчиков межзвенных углов, устанавливаемых на одну или обе нижние конечности в области КС. При использовании датчика коленного угла момент его срабатывания в фазу разгибания в суставе являлся общим для возбуждения мышц, функционирующих в конце переносной и в первой половину опорной фаз. Этими мышцами служили: большая и средняя ягодичная, четырехглавая бедра. Момент срабатывания в фазу сгибания является общим для возбуждения мышц, работающих в конце опорной и первой половине переносной фаз. Это мышцы-сгибатели голени и бедра, передняя большеберцовая мышца. С помощью датчика угла, изменения фазы движения и уровня синхронизации появлялась возможность организация временной программы электростимуляции с минимальными задержками от момента срабатывания датчика до начала стимуляции, которые составляют 0,1 - 0,2с.

В случае применения аппарата ВКДО или ортопедического аппарата на всю ногу с замком в коленном шарнире, синхронизацию осуществляли от датчика, расположенного в области КС здоровой конечности. Здесь момент срабатывания датчика коленного угла в фазу разгибания в суставе являлся общим для возбуждения мышц, функционирующих в конце переносной и первой половине опорной фаз (сгибатели голени и бедра, передняя большеберцовая мышца). Момент срабатывания в фазу сгибания - общим для возбуждения мышц, работающих в конце опорной и первой половине переносной фаз (большая и средняя ягодичные мышцы, четырехглавая мышца бедра). Временная задержка увеличивалась до 0,5с.

Для электростимуляции ягодичной мышцы применяли длинные электрода размером 15-20x4. Активный электрод размещали на уровне верхней трети ягодичной области, индифирентный - на уровне ягодичной складки.

Для электростимуляции четырехглавой, двуглавой и полусухожильной мышц бедра использовали электроды размером 8-10x4. Для четырехглавой мышцы бедра активный электрод располагали в ниж-

ней трети бедра по передней поверхности, индифферентный - на 4-6 см проксимальнее активного. Для электростимуляции двуглавой и полусухожильной мышц бедра электроды помещали на задней поверхности бедра: активный на дистальной границе нижней трети бедра, индифферентный - на 4-6 см. выше активного.

Для электростимуляции икроножной мышцы накладывали электроды, размер которых составляет 6-8x4. Активный электрод прикрепляли в верхней трети брюшка икроножной мышцы, индифферентный - на 3-5 см дистальнее.

Для электростимуляции передней большеберцовой мышцы использовали электроды размером 2-4x4. Активный электрод располагали на 1-2 см. ниже головки малоберцовой кости, индифферентный - на 3-5 см. дистальнее.

Электроды подбирали индивидуально с учетом поперечных размеров стимулируемых мышц. Смоченные водой электроды закрепляли на поверхности тела с помощью фиксирующих манжет.

Во время проведения искусственной коррекции движения больные в первые дни тренировки должны были проходить не более 0,5 км в медленном или произвольном темпе. В последующем корректированная ходьба могла быть увеличена до 2 км. При средней длительности электростимуляции мышц 0,5с и средней длине шага 0,5 м больные получали на каждую мышцу 1000 стимулирующих импульсов общей продолжительностью 500с. Тем не менее, столь длительная стимуляция не сопровождалась утомлением больного, поскольку продолжительность фазы стимуляции не превышала половину времени цикла, а интенсивность сокращения, вызванного электростимуляцией обычно не выходила за пределы среднефизиологического.

Общий курс лечения состоял из 25-30 ежедневных сеансов ЭСМ при ходьбе в зависимости от характера перелома и степени атрофии мышц пораженной конечности. В большинстве случаев проводилось два курса ИКД посредством ЭСМ при ходьбе. Первый курс был направлен на нормализацию циркуляторно-метаболических процессов в пораженной конечности, активизацию репаративного остеогенеза и улучшение опорной и двигательной функции пораженной конечности. После проведения первого курса ЭСМ все больные передвигались с дополнительной опорой на трость. Повторный курс проводили после консолидации костных отломков, направленный на восстановление опорной и двигательной функции нижней конечности. В некоторых случаях, когда требовалось проводить дистракцию или когда по данным рентгенологических исследований костная мозоль была слабо выражена, ИКД посредством ЭСМ при ходьбе повторялась с интервалом 1,5-2,5 мес. с обязательным заключительным курсом после полной консолидации несращения.

Результаты применения искусственной коррекции движений посредством электростимуляции мышц при ходьбе у больных с несросши-мися переломами и ложными суставами костей голени.

С целью выяснения влияния ИКД у данной категории больных на процесс остеорепарации, функциональное состояние мышц нижних конечностей и структуру ходьбы нами было обследовано 28 больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени. На предварительном этапе был проведен комплекс лечебных и ортопедических мероприятий, направленный на стабильную фиксацию костных отломков. Фиксация костных отломков осуществлялась аппаратами ВКДО, гипсовыми повязками и ортопедическими аппаратами.

В результате применения ИКД при ходьбе происходило улучшение функционального состояния пораженной конечности. Например, сила мышц голени возросла в среднем до 4,0 балла (до курса лечения эта величина составляла 3,0 балла), мышц бедра и тазового пояса в среднем - 4,5 балла (до курса лечения - 3,5 балла). Кожные покровы пораженной конечности становились более эластичными, возрастал тургор мягких тканей, в ряде случаев существенно увеличивалась подвижность послеоперационных рубцов в области зоны несращения костных отломков. Улучшение функционального состояния мягких тканей пораженной конечности было подтверждено путем измерения периметра двух сегментов конечности бедра и голени на трех уровнях. В результате лечения средний прирост периметра голени составил 1,3 см, бедра - 1,7 см.

Исследование биомеханических и электрофизиологических параметров ходьбы больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени после курса ЭСМ позволило выявить целый ряд положительных изменений в биомеханической и иннервационной структуре локомоции.

В результате курса коррекции ходьбы у данной категории больных улучшались основные и временные характеристики ходьбы. Общая длительность цикла уменьшилась на 29%. Временные характеристики ходьбы изменялись следующим образом: переносная фаза пораженной конечности сокращалась на 4%, сохранившейся конечности увеличивалась на 42 %, коэффициент ритмичности переноса в среднем возрастал на 46% и составил 0,92 (в норме - 0,97).

Под влиянием курса ЭСМ у больных с несросшимися переломами и ложными суставами происходило восстановление симметрии движений в суставах нижних конечностей. Увеличение амплитуды движений в суставах пораженной конечности составляло: в голеностопном суставе - более 2 раз, коленном суставе - 2-2,5 раза, тазобедренном суставе - в 2 раза и более, а на интактной конечности соответственно в 1,5, 1,3-1,9, до 5 раз.

Выраженные положительные изменения происходили и в динамических показателях ходьбы больных после курса ИКД. До начала курса лечения форма кривой вертикальной составляющей опорной ре-

акции (Яг) резко изменена на стороне пораженной конечности: затянуты передний и задний фронты кривой, максимальные значения реакции не достигали и половины уровня веса тела, а минимум реакции отсутствовал; на стороне интактной конечности кривая Яг представляла собой плато без выраженных вершин, не превышающих уровня веса тела, минимум реакции также отсутствовал. Уровень экстремумов продольной (Ях) и поперечной (Яу) составляющих опорной реакции обеих нижних конечностей также был резко снижен. После курса ИКД происходило существенное улучшение формы кривой Яг обеих нижних конечностей. Амплитудные значения вертикальной составляющей в фазах переднего и заднего толчка возрастали на пораженной конечности соответственно в 2,2 и 2 раза, на интактной конечности - на 16 и 14%. Одновременно минимум вертикальной составляющей опорной реакции на стороне пораженной конечности увеличивался на 83%, а на интактной конечности снижался на 10%. Значительная положительная динамика отмечалась и для продольной и поперечной составляющей опорных реакций.

Изменения биомеханической структуры ходьбы больных с не-сросшимися переломами и ложными суставами костей голени самым тесным образом были связаны с изменениями иннервационной структуры локомоции. Электрическая активность за цикл ходьбы увеличивалась для пораженной конечности на 86% по сравнению с исходными данными, а на интактной конечности - на 29%. Причем отмечалось преимущественное возрастание максимумов активности мышц при незначительном росте уровня минимальной активности последних. Динамика электромиографических показателей свидетельствовала о том, что проведение многоканальной электрической стимуляции мышц при ходьбе ведет к быстрому восстановлению приближенного к норме локомоторного стереотипа обеих нижних конечностей. Это происходило благодаря значительному улучшению мышечной функции в физиологически необходимые фазы шага, и раскрепощению деятельности мышц на интактной конечности.

Увеличение сократительной способности мышц нижних конечностей имело своим следствием улучшение кровообращения, что в свою очередь вызывало активацию репаративного остеогенеза.

Предложенный комплексный метод лечения позволил успешно сочетать стабильную фиксацию костных отломков аппаратами ВКДО с активизацией работы мышц пораженной конечности. На основании полученных инструментальных данных и их анализа было установлено, что применение многоканальной электрической стимуляции мышц при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени за короткие сроки (3-6 мес.) вызывало сращение костных отломков после длительного и безуспешного лечения. Кроме того, использование ИКД позволило объединить процесс сращения костной ткани с восстановлением функции мышц нижних конечностей

и выработкой правильного двигательного навыка, в результате чего значительно сократились сроки реабилитации таких больных.

ВЫВОДЫ:

1. На основании клинико-рентгенологических данных все больные были разделены на три группы: с замедленной консолидацией перелома; с несросшимися переломами; с ложными суставами костей голени, сочетающимися с контрактурами коленного и голеностопного суставов и выраженной атрофией мышц пораженной конечности.

2. Биомеханические и электрофизиологические исследования больных выявили следующие нарушения структуры ходьбы: крайнее замедление темпа (до 64 шаг/мин), снижение коэффициента ритмичности переноса до 0,63%, уменьшение амплитуды движений во всех суставах пораженной конечности более чем на 50%, выраженную асимметрию всех составляющих опорной реакции, редукцию средней и максимальной электрической активности мышц в течение локомоторного цикла на 63%. Весь этот патологический симптомокомплекс является отражением резкого снижения опорной и толчковой функций пораженной конечности.

3. У всех больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени коррекции при ходьбе подлежат разгибательные движения в тазобедренном суставе, сгибательные и разгибательные движения в коленном и голеностопном суставах. Это достигается путем электрической стимуляции большой ягодичной, четырехглавой и икроножной мышц, а также двуглавой бедра и передней большеберцо-вой мышц в фазы их естественного возбуждения и сокращения в течение цикла ходьбы.

4. Под влиянием ИКД посредством ЭСМ при ходьбе в сочетании с традиционными методами фиксации костных отломков происходит активизация репаративных процессов в костной ткани, приводящая к сращению перелома. Одновременно наблюдается существенная перестройка биомеханической и иннервационной структуры ходьбы: повышается темп ходьбы до 91 шаг/мин, нормализуются и становятся более симметричными движения в суставах нижних конечностей (коэффициент ритмичности переноса увеличивается до 0,92), возрастают амплитудные значения всех составляющих опорных реакций, восстанавливается симметричный характер активности мышц, формируются ее максимумы и приближаются к норме временные фазы работы мышц. Все это свидетельствует о существенном улучшении опорной и двигательной функции пораженной конечности.

5. В результате применения искусственной коррекции движений посредством электрической стимуляции мышц при ходьбе происходит не только формирование костного регенерата, но и полное восстановление функции пораженной конечности. Все это позволяет осуществить в течение 3-8 месяцев медико-социальную реабилитацию больных с не-

сросшимися переломами и ложными суставами костей голени и вернуть эту категорию пациентов к трудовой деятельности.

Реализация результатов исследования

Разработанный метод ИКД посредством ЭСМ при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени широко используется в клинике ЦНИИПП (г. Москва). Проведены теоретические и практические занятия с врачами по обучению методики ИКД посредством ЭСМ при ходьбе.

Материалы работы доложены на второй научно-практической конференции, посвященной 5-летию Московского центра реабилитации больных и инвалидов (1994), на III- Всероссийской конференции по биомеханике (Н-Новгород 1996), на международном конгрессе "Человек и его здоровье. Травматология, ортопедия, протезирование, биомеханика, реабилитация инвалидов (Санкт-Петербург 1997).

По теме работы опубликовано 8 материалов, в том числе методические рекомендации по применению искусственной коррекции движений посредством многоканальной электростимуляции мышц при ходьбе для лечения больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени (1996).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Витензон А. С., Миронов Е. М., Скоблин А. А., Гаврилов

A.B. "Электростимуляция мышц при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами" Протезирование и протезострое-ние (Обзорная информация). 1994, Вып. 1., 20 с.

2. Витензон А. С., Миронов Е. М., Скоблин А. А., Гаврилов А.

B. ''Электростимуляция мышц при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени" Протезирование и протезостроение (Методические рекомендации) с. 1996, Вып. 5., 20 с.

3. Витензон А. С., Миронов Е. М., Скоблин А. А., Гаврилов А. В. "Многоканальная электрическая стимуляция мышц при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени" Вторая научно-практическая конференция, посвященная 5-летию московского центра реабилитации больных и инвалидов 6-7 октября 1994., Москва 1994, с.75.

4. Витензон А. С., Миронов Е. М., Скоблин А. А., Гаврилов А. В. "Многоканальная электрическая стимуляция мышц при ходьбе у больных с несросшимися переломами и ложными суставами костей голени" Тезисы докладов юбилейной научно-практической конференции ЦНИИПП-50 СПбНИИП-75 Москва май 1994.