Клинико-биомеханическое и физиологическое обоснование коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством электростимуляции мышц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Доцент Н. Г. Коновалова

Кафедра лечебной физкультуры, физиотерапии и курортологии Новокузнецкого ГИДУВа, г. Новокузнецк, Россия

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Выработка правильного локомоторного стереотипа и улучшение функционального состояния усеченной нижней конечности у инвалидов с культей голени представляет значительный интерес. Решение этих проблем в комплексе с функциональным протезированием позволяет обеспечить полноценную медицинскую реабилитацию инвалидов.

Это особенно актуально для инвалидов с культей голени, поскольку в подобных случаях протезирование представляет определенные трудности, связанные с такими особенностями культей, как малое количество мягких тканей, низкий уровень кровообращения, невозможность несения нагрузок по оси (С. И. Бабий, 1978). Для частичной разгрузки культи инвалидам назначают протезы с гильзой бедра. Однако, с учетом кинематики коленного сустава (I. Wismans, Т. Vеldpaus, Р. Struben, 1978), соосность движений в суставе и шарнирах протеза достигнута быть не может.

Анализ состояния инвалидов, протезирующихся повторно, показывает значительную атрофию мягких тканей усеченной конечности, наличие болезней и пороков культей (И. Ш. Морейнис с соавт., 1981), заболеваний сохранившейся конечности (А. Ф. Дмитриев, Л. Г. Капичникова, 1983).

В настоящее время созданы протезы голени повышенной функциональности (Н. Г. Никоненко, 1981; С. Э. Зуевский, 1983). Однако, для ходьбы на таких протезах, нужно иметь хорошо васкуляризованную культю мышечного типа. Функциональные возможности протезов полностью реализуют лишь те инвалиды, которые умеют сокращать усеченные мышцы культи в определенные фазы шага (А. С. Витензон, 1982). Переход на такие протезы представляет определенные сложности, особенно для инвалидов, много лет пользующихся протезами с гильзой бедра, имеющих значительную атрофию мышц усеченной конечности и порочный стереотип ходьбы.

Для повышения функциональных качеств усеченной конечности у инвалидов с культей голени широко применяется электростимуляция (ЭС) мышц усеченной конечности (И. И. Никулин, 1975). Однако этот метод непосредственно не влияет на стереотип ходьбы. Обучение ходьбе путем внесения словесных корректив, не адресованных непосредственно к нервно-мышечному аппарату, не может прямо воздействовать на столь автоматизированный акт, как ходьба человека (А. С. Витензон, 1981).

В настоящее время существует метод, позволяющий соединить оба эти воздействия — коррекция ходьбы посредством ЭС мышц (Т. Ваjd et al.,1985). Метод широко применяется при реабилитации ходьбы инвалидов с паралитическими заболеваниями различного генеза (А. С. Витензон с соавт., -1983; G Zivold еt а1., 1984). Он оказался эффективным и применительно к инвалидам на протезе бедра (Н. И. Кондрашин с соавт., 1984).

Цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования состоит в разработке метода коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц. Основные задачи исследования:

1. Клинико-биомеханическое и физиологическое обоснование использования метода коррекции ходьбы посредством ЭС мышц применительно к инвалидам, пользующимся протезом голени, на основе закономерностей данного двигательного акта и осуществления его физического моделирования.

2. Установление принципов коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц: выбор корректируемых движений и стимулируемых мышц на основе комплексной оценки состояния опорно-двигательного аппарата инвалидов, а также данных моделирования.

3. Оценка эффективности одномоментной коррекции ходьбы, как метода, позволяющего установить наличие и степень дефицита мышечной функции (ДМФ) инвалидов с культей голени. Выявление влияния курса коррекции ходьбы на ее биомеханическую и иннервационную структуру, а также на функциональное состояние усеченной конечности.

4. Разработка рекомендаций для практического применения коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц.

Материал и методы исследования. Для решения поставленных задач проведено клиническое обследование состояния опорно-двигательного аппарата и ходьбы 140 инвалидов. 26 инвалидам проведено 32 курса коррекции ходьбы посредством ЭС мышц и комплексное клинико-биомеханическое обследование по 10 методикам, включающее 930 различных ин- различных инструментальных исследований. Достоверность полученных данных подтверждена методами математической статистики.

Научная новизна работы. В ходе выполнения диссертации разработана физическая модель ходьбы на протезе голени, изучена ее биомеханическая и иннервационная структура.

На основании клинико-биомеханических исследований инвалидов и данных физического моделирования проведен качественный и количественный анализ структуры ДМФ при ходьбе на протезе голени. Исходя из концепции ДМФ при ходьбе и с учетом функционального состояния усеченной конечности, осуществлен выбор корректируемых движений и стимулируемых мышц. Разработана методика одно- и многоканальной коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц. Усовершенствован датчик синхронизации подачи стимулирующих сигналов с фазами шага, разработан чехол на культю голени с встроенными электродами.

На клиническом материале, при применении объективных методик обследования, показано, что коррекция ходьбы посредством ЭС мышц является рациональным способом диагностики ДМФ. Курс такой коррекции служит эффективным методом улучшения ходьбы и функционального состояния усеченной конечности инвалидов. .

Практическая ценность работы. Применение разработанного метода способствует улучшению функционального состояния и ходьбы инвалидов на протезе голени. Курс коррекции ходьбы позволяет увеличить силу, электрическую активность мышц, периметр усеченной конечности, улучшить регионарное кровообращение. Такое лечение приводит к выработке у инвалидов более правильного стереотипа ходьбы на протезе голени, сопровождающегося снижением энерготрат, симметризацией кинематической и динамической структуры локомоции.

Навык инвалида сокращать усеченную икроножную мышцу, другие мышцы разгибатели в нужные фазы шага, приобретенный или акцентированный в результате курса коррекции ходьбы, ведет к улучшению динамической адаптации культи к приемной гильзе протеза и повышению подкосоустойчивости протезированной конечности. Последнее облегчает перевод инвалидов на протезы прогрессивных конструкций.

Метод коррекции ходьбы посредством ЭС мышц может быть использован для диагностики ДМФ усеченной конечности, а также для определения прогноза степени его уменьшения.

Реализация результатов исследования. Диссертация выполнялась в ходе двух научно-исследовательских разработок института. Разработанный метод коррекции ходьбы инвалидов широко применяется в ЦНИИПП (г. Москва) и филиале ЦНИИПП (г. Новокузнецк). Положения работы включены в учебный план циклов повышения квалификации, работников протезной промышленности РСФСР при ЦНИИПП. Проведены теоретические и практические занятия с инструкторами ЛФК протезно-ортопедических предприятий РСФСР по обучению их методике коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц. Опубликованы методические рекомендации по применению коррекции ходьбы инвалидов на протезах посредством ЭС мышц.

Публикация и обсуждение результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 16 работ, сделано 7 научных докладов, внесено 5 рационализаторских предложений.

Апробация. Работа апробирована на заседании проблемной комиссии при Специализированном Совете ЦНИИПП 16.04.1987.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 198 стр. машинописи (в том числе 109 стр. собственно текста), иллюстрирована 29 таблицами и 34 рисунками. Список литературы включает 147 названия, из которых 38 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В аналитическом обзоре литературы представлен анализ отечественной и зарубежной литературы о ходьбе и состоянии опорно-двигательного аппарата инвалидов с культей голени применительно к протезированию. Показаны положительные стороны и недостатки существующих способов улучшения функции мышц усеченной конечности и ходьбы инвалидов.

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использованы следующие методики исследования:

1. Клиническое обследование инвалидов по специально составленной схеме. Оно было направлено на выявление факторов, важных для определения показаний и противопоказаний к назначению коррекции ходьбы, а также ее структуры.

2. Для объективной оценки функционального состояния нижних конечностей инвалидов измеряли силу и электрическую активность мышц в изометрическом режиме при максимальном усилии. Каждый замер проводили не менее 3 раз. Учитывали максимальный результат.

Установка для измерения силы состояла из динамометра, тензометрического усилителя и подключенного к его выходу стрелочного прибора типа М 11-08. Измеряли силу мышц, осуществляющих движения в тазобедренном и коленном суставах (ТБС и КС), а также силу усеченной икроножной мышцы при фантомно-импульсивном усилии, Исследование проводили перед 1, 6, 11, 16 сеансами и по окончании курса коррекции ходьбы.

Установка для измерения электрической активности состояла из усилителя биопотенциалов УБП1-01, электронного интегратора, прибора счетного одноканального ПСО2-02, электронно-лучевого осциллографа. Использовали латунные накожные электроды диаметром 10 мм с межэлектродным расстоянием 40 мм. Измеряли электрическую активность следующих 10 мышц: передней большеберцовой, икроножной, наружной широкой, полусухожильной, прямой бедра, двуглавой бедра, большой приводящей, большой и средней ягодичных, напрягающей широкую фасцию бедра. Исследование проводили до и после курса коррекции ходьбы.

О состоянии регионарного кровообращения нижних конечностей судили но объемной сфигмограмме, которую регистрировали до и после курса коррекции ходьбы на электрокардиографе «ЭЛКАР-64» с использованием сфигмоприставки модели «О-62».

3. С целью оценки корректирующих влияний ЭС мышц на ходьбу инвалидов проводили электроподо-, -гонио-, -динамографию и количественную электромиографию при ходьбе. Регистрировали гониограммы плюснефалангового (ПФС), голеностопного (ГСС) суставов, КС, ТБС, вертикальную, продольную и поперечную составляющие опорных реакций обеих нижних конечностей. Исследование проводили до и после курса при обычной ходьбе и с различными вариантами коррекции. Натуральную и интегрированную активность 10 мышц протезированной и сохранившейся конечностей при ходьбе изучали до и после курса.

О влиянии коррекции ходьбы на системную гемодинамику судили по изменению гемодинамических показателей (частоты сердечных сокращений, величины артериального давления) и электрической активности сердца. Исследования проводили сидя до нагрузки и на 1, 3, 5, 10 мин отдыха. В качестве нагрузочной пробы использовали ходьбу по ровной поверхности на расстояние 500 м без коррекции и с коррекцией. Энерготраты оценивали методом непрямой калориметрии. Исследование проводили до и после курса лечения.

4. Для выявления некоторых механизмов возникновения ДМФ при ходьбе инвалидов на протезе голени были поставлены эксперименты с использованием метода физического моделирования. Суть их сводилась к воспроизведению биомеханических условий ходьбы на протезе голени испытуемым с сохранным опорно-двигательным аппаратом и сравнении полученных данных с обычной ходьбой того же испытуемого.

ОСОБЕННОСТИ КЛИНИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ И ХОДЬБЫ ИНВАЛИДОВ НА ПРОТЕЗЕ ГОЛЕНИ

Нами проведено клиническое обследование 140 инвалидов с односторонней культей голени, результаты которого наглядно выявили особенности состояния усеченной и сохранившейся конечностей, ходьбы и качества протезирования инвалидов.

Большинство инвалидов было в возрасте от 20 до 60 лет, с давностью ампутации свыше 20 лет. Все они работали и пользовались протезом по 14—16 часов в сутки. Причиной ампутации у 95% обследованных послужила травма. Большинство инвалидов имели протезы непрогрессивных конструкций: шинно-кожаные и деревянные с гильзой бедра. Протезы часто имели дефекты. У подавляющего большинства инвалидов выявлены болезни культи голени, связанные с нерациональным протезированием. Среди них превалировали: потертости, трофические расстройства дистального отдела культи, проявлявшиеся в виде гиперкератозов, хронического венозного застоя, трофических язв. Выявлены заболевания сохранившейся конечности, такие, как плоскостопие, варикозное расширение вен. Частота заболеваний обеих нижних конечностей, степень атрофии мягких тканей протезированной конечности прогрессировали по мере увеличения давности ампутации. Ходьба инвалидов характеризовалась уменьшением амплитуды движений рук, плечевого и тазового пояса, 36% инвалидов постоянно смещали туловище в сторону сохранившейся конечности. Движения в суставах нижних конечностей у большинства инвалидов были асимметричны.

Для объективизации и количественного выражения полученных клинических данных, а также с целью изучения внутренней структуры локомоции, состояние опорно-двигательного аппарата и ходьба 32 инвалидов были оценены при помощи инструментальных методик. В число испытуемых вошли 18 мужчин и 14 женщин в возрасте от 18 до 69 лет с давностью ампутации от 2 до 49 лет. Все инвалиды протезировались повторно. У всех, хотя и в разной степени, была выражена атрофия мягких тканей усеченной конечности. Коэффициент атрофии мягких тканей культи голени в среднем составил 28%, бедра—13%. Измерения силы и электрической активности мышц позволили установить снижение этих показателей не только на уровне культи и бедра, но и на уровне тазового пояса. Так, электрическая активность усеченной икроножной мышцы составила 42%, прямой бедра—70%, большой ягодичной—80% от активности одноименных мышц сохранившейся конечности. В меньшей степени была выражена асимметрия электрической активности других мышц.

Исследования ходьбы инвалидов на протезе голени выявили временную, кинематическую и динамическую асимметрию локомоции, которая явилась отражением двух процессов: снижения двигательной, активности пораженной конечности и компенсаторного возрастания активности сохранившейся.

Асимметрия временных показателей проявлялась в уменьшении коэффициента ритмичности, увеличении длительности двухопорной фазы. Уменьшение длины шага и увеличение длительности локомоторного цикла обусловили понижение скорости ходьбы инвалидов. Кинематическая асимметрия заключалась в некотором ограничении Движений переднего отдела искусственной стопы и голеностопного шарнира, редукции сгибания в КС и разгибания в ТБС протезированной конечности в опорную фазу. О динамической асимметрии ходьбы судили по снижению опорных толчков протезированной конечностью по сравнению с сохранившейся. Так, по вертикальной составляющей протезированной конечности, величина переднего и заднего толчков снижалась на 20%.

Еще более наглядна асимметрия внутренней структуры локомоции. По нашим данным, средняя электрическая активность за шаг при ходьбе на протезе голени уменьшалась для мышц протезированной конечности на 18% и увеличивалась для мышц сохранившейся на 31% по сравнению с нормой. Эта асимметрия была более выражена для мышц голени, однако, мышцы разгибатели бедра и тазового пояса протезированной конечности тоже функционировали значительно хуже, чем при нормальной ходьбе. В среднем электрическая активность мышц протезированной конечности за шаг была в 1,5 раза меньше, чем сохранившейся. Отметим, что снижение электрической активности интактных мышц шло главным образом путем редукции ее максимумов. Эти изменения структуры ходьбы на протезе голени следует рассматривать как результат влияния ряда неблагоприятных факторов, из которых отметим: ДМФ разгибателей усеченной конечности и отсутствие правильного двигательного стереотипа.

КЛИНИКО-БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОРРЕКЦИИ ХОДЬБЫ ИНВАЛИДОВ НА ПРОТЕЗЕ ГОЛЕНИ

Основным показанием к назначению коррекции ходьбы является ДМФ. Для более точного выяснения его структуры проведено моделирование двигательных нарушений, имеющих место при ходьбе на протезе голени. Исследовали ходьбу испытуемого с сохранным опорно-двигательным аппаратом в норме и на специально разработанной модели протеза голени.

При анализе данных обратило на себя внимание подобие ходьбы испытуемого на такой модели ходьбе инвалидов на протезе голени, которое распространялось на все характеристики локомоторного акта. Так, коэффициент ритмичности при ходьбе на модели протеза снизился с 1,0 до 0,94—0,97 % возросла продолжительность двухопорной фазы. Угловые перемещения соответствовали обычному стандарту ходьбы на протезе голени. Появилась отчетливая асимметрия опорных реакций, характеризующая снижение опорной и толчковой функций «протезированной» конечности. Подобию биомеханической структуры ходьбы на модели и на протезе голени соответствовало сходство их иннервацнонной структуры. Так, при ходьбе на модели протеза голени, уменьшению величины электрической активности мышц «протезированной» конечности на 35% противостояло увеличение активности мышц интактной на 32%. Эта асимметрия затрагивала в основном работу мышц голени и сказывалась на величине максимумов.

Процесс адаптации к новым биомеханическим условиям при ходьбе на модели протеза голени протекал в две стадии. В первой происходило значительное изменение кинематики и динамики «протезированной» конечности, обусловленное ДМФ. Во второй формировался новый двигательный стереотип интактной конечности, имеющий приспособительный характер.

Полученные данные показывают, что при ходьбе инвалидов на протезе голени наряду с абсолютным существует относительный ДМФ. Абсолютный ДМФ проявляется ухудшением функционального состояния усеченной конечности, уменьшением ее размеров, снижением силы и электрической активности мышц при максимальном усилии и за шаг. Он обусловлен уменьшением числа двигательных единиц. Относительный ДМФ выражен при ходьбе инвалидов в преимущественной редукции активности мышц во время максимумов, а в чистом виде он проявляется при ходьбе испытуемых на модели протеза голени. Происхождение этого компонента ДМФ связано с изменением условий локомоции. Существенная роль в его возникновении принадлежит афферентным факторам. Афферентация от мышечно-суставных рецепторов усеченной конечности ослабевает вследствие ряда причин: смещения общего центра масс в сторону сохранившейся конечности, ограничения подвижности в КС и ТБС в фазу опоры, понижения нагрузки на усеченную конечность. Определенную роль играет и утрата значительного рецепторного поля, образованного рецепторами кожи, суставных сумок, связок, сухожилий и коротких мышц стопы. Таким образом, сама структура ходьбы на протезе голени определяет меньшее участие в ней мышц протезированной конечности. Но, мало включаясь в локомоторный акт, мышцы не получают достаточной нагрузки и подвергаются атрофии. Происходит усугубление абсолютного ДМФ. Поэтому уменьшение ДМФ при ходьбе представляет актуальную и сложную задачу, для решения которой может быть успешно применен разработанный нами метод коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством ЭС мышц. Использование этого метода позволяет уменьшить ДМФ при ходьбе путем более активного включения наиболее важных и ослабленных групп мышц усеченной конечности, а также частично устранить дефицит афферентации путем раздражения кожных и мышечных рецепторов непосредственно в ответ на действие электрического тока.

На основании проведенных исследований определены медицинские показания для одно-, двух- и трехканальной коррекции ходьбы. Одноканальная коррекция реализуется путем ЭС усеченной трехглавой мышцы культи голени в среднюю треть опорной базы. Такая коррекция обеспечивает динамическую адаптацию культи к приемной гильзе протеза, повышение подкосоустойчивости, усиление заднего толчка в протезах конструкции ПНЗ-59, облегчение управления протезом. Одноканальная коррекция ходьбы посредством ЭС усеченной трехглавой мышцы культи голени показана всем инвалидам на протезе голени и является основным видом коррекции их ходьбы.

Двухканальная коррекция может быть осуществлена путем ЭС трехглавой мышцы культи голени и четырехглавой мышцы бедра. Такое воздействие позволяет ускорить разгибание в КС и повысить опороспособность протезированной конечности. Этот вид коррекции ходьбы показан инвалидам, пользующимся протезами с гильзой бедра. Особое значение он приобретает при переводе инвалидов с протезов с обычной посадкой и гильзой бедра на протезы с глубокой посадкой.

Трехканальная коррекция предполагает наряду с ЭС усеченной трехглавой и четырехглавой мышц еще ЭС большой ягодичной мышцы. Такая коррекция показана лишь тем инвалидам, у которых наблюдается атрофия ягодичной области и асимметрия положения тазового пояса при ходьбе.

Для синхронизации подачи стимулирующего сигнала с фазами шага использован датчик угловых перемещений в КС протезированной конечности. Разгибание КС в фазу переноса имеет достаточную амплитуду и скорость, поддается простому и точному измерению, т. к. потенциометрический датчик может быть жестко фиксирован к коленному шарниру протеза при помощи переходной втулки. Использование такой синхронизации является общим для всех выбранных нами мышц и позволяет осуществить их ЭС с введением минимальной временной задержки: 0,10—0,15 с для большой ягодичной и четырехглавой мышц и 0,30—0,40 с для трехглавой.

В качестве стимулирующего сигнала в системе коррекции применена последовательность прямоугольных однополярных импульсов напряжением 30 и 60 В, длительностью от 20 до 200 мкс, частотой следования 40—70 Гц. Такой сигнал вызывает безболезненное сокращение мышц нижних конечностей у рассматриваемого контингента инвалидов. Интенсивность сигнала подбирают индивидуально путем дискретного увеличения напряжения и плавного увеличения длительности импульса. Критерием достаточной интенсивности стимулирующего сигнала служит его способность вызывать элементарное движение в покое и коррекционный эффект в ходьбе. Для коррекции ходьбы посредством ЭС мышц используют тканные электроды, которые фиксируют непосредственно над стимулируемыми мышцами: на культе при помощи специальных карманов в защитном чехле, на вышележащих сегментах конечности—при помощи манжет. Активный электрод устанавливают над двигательной областью мышцы, индифферентный — на расстоянии 4—8 см от активного. Средняя продолжительность ЭС икроножной мышцы составляет 0,3—0,4 с, четырехглавой и большой ягодичной мышц—0,4—0,6 с. Длительность отдыха мышц составляет 1,2—0,9 с. Сеанс коррекции заключается в ходьбе на расстояние 2 км. Курс включает 15—20 сеансов.

Уже при первичном применении коррекции ходьбы посредством ЭС мышц инвалиды отмечают повышение устойчивости, меньшую утомляемость. Визуально ходьба становится более ритмичной, плавной, уменьшается раскачивание туловища относительно фронтальной плоскости, ослабевает скованность плечевого и тазового пояса. Инструментальными исследованиями выявлено уменьшение временной, кинематической и динамической асимметрии такой ходьбы. Изменения кинематики и динамики локомоции носят сходный характер при различных корректирующих воздействиях. Это наводит на мысль, что основным эффектом является повышение подкосоустойчивости протезированной конечности, которое достигается при ЭС трехглавой мышцы культи голени вследствие улучшения динамической адаптации культи к приемной гильзе протеза, при ЭС четырехглавой и большой ягодичной мышц — вследствие увеличения разгибательных моментов в КС и ТБС протезированной конечности.

РЕЗУЛЬТАТЫ КУРСА КОРРЕКЦИИ ХОДЬБЫ ИНВАЛИДОВ НА ПРОТЕЗЕ ГОЛЕНИ ПОСРЕДСТВОМ ЭС МЫШЦ

С целью выяснения влияния курса коррекции ходьбы на ее структуру и функциональное состояние усеченной конечности проведено 32 курса коррекции ходьбы инвалидам на протезе голени. Проведено 13 курсов одноканальной коррекции ходьбы, 11 —двухканальной, 8—трехканальной.

Клиническое обследование инвалидов после курса коррекции ходьбы выявило, что трофика усеченной конечности значительно улучшилась. У всех инвалидов отмечен прирост периметра культи голени на 1,9±0,27 см и бедра усеченной конечности на 1,2±0,18 см; более чем на 2/3 сократилась площадь гиперкератозов на культях. Произошли некоторые изменения субъективных показателей: уменьшилась интенсивность местных и фантомных болей, инвалиды стали легче вовлекать в работу мышцы культи при занятиях фантомно-импульсивной гимнастикой и ходьбе.

Значительно возросла сила и электрическая активность мышц усеченной конечности. Так, сила усеченной икроножной мышцы увеличилась в 2,9 раза, электрическая активность— в 2,4 раза; сила разгибателей КС возросла в 1,47 раза, электрическая активность—в 1,25 раза; разгибателей ТБС—сила—в 1,19 раза, а электрическая активность—в 1,16 раза.

Улучшилось кровоснабжение усеченной конечности. До курса лечения форма пульсовых кривых протезированной конечности характеризовалась большой вариактивностью, наличием дополнительных волн. Эти явления более наглядны для культи, однако и на бедре протезированной конечности проявлялись довольно отчетливо. После курса коррекции ходьбы увеличилась амплитуда пульсовой волны на культе и бедре усеченной конечности. Сфигмографический индекс для культи голени составил 160±11% по сравнению с исходным, а для бедра усеченной конечности—149±13%, лучше стала форма пульсовых кривых.

Наряду с улучшением функционального состояния усеченной конечности произошел ряд позитивных сдвигов в структуре ходьбы инвалидов. В частности, изменились основные характеристики локомоции: увеличились темп и длина шага, возросла скорость передвижения, повысилась ритмичность ходьбы, сократилась длительность двухопорной фазы. Появились признаки оптимизации кинематики ходьбы: более симметричными стали движения плечевого и тазового пояса, исчезла скованность верхних конечностей, уменьшилась асимметрия движений в суставах нижних конечностей. Так, под влиянием курса коррекции ходьбы произошло практически полное восстановление симметрии движений в обоих КС как в опорную, так и в переносную фазы шага. Положительные изменения отмечены и в динамических показателях ходьбы. До курса лечения составляющие опорных реакций протезированной и сохранившейся конечностей резко различались между собой. Более слабой опорной и толчковой функции протезированной конечности соответствовало более низкое значение экстремумов опорной реакции в фазах переднего и заднего толчков. После курса коррекции ходьбы произошло достоверное уменьшение величин переднего и заднего толчков по обеим составляющим сохранившейся конечности, увеличение заднего толчка протезированной конечностью по вертикальной и продольной составляющим, и переднего толчка лишь по продольной составляющей.

О том, что изменения, произошедшие в биомеханической структуре ходьбы, полезны инвалиду, говорит снижение ее энергоемкости. Так, одноканальная коррекция ходьбы в самом начале курса обусловливает понижение энерготрат на 25% по сравнению с исходным уровнем. После курса снижение энерготрат на 15% наблюдается при ходьбе без коррекции. На этом основании можно предположить, что курс коррекции ходьбы позволяет уменьшить ДМФ у рассматриваемой категории инвалидов. Отсюда следует диагностическое и прогностическое значение первого сеанса коррекции ходьбы посредством ЭС мышц. Проведение его позволяет установить два факта: насколько ДМФ мешает осуществлению правильного локомоторного акта и в какой степени можно оптимизировать локомоцию, уменьшив ДМФ путем ЭС мышц.

Снижение энергоемкости ходьбы находит отражение и в показателях системной гемодинамики. Как известно, ходьба на протезах и ЭС мышц способствуют повышению артериального давления, увеличению частоты сердечных сокращений. У наблюдаемых нами инвалидов до курса лечения эти показатели, а также электрическая активность сердца соответствовали норме. Под влиянием сеанса и курса коррекции ходьбы они не вышли за пределы физиологического диапазона.

Наиболее отчетливо эффект курса коррекции ходьбы проявился в перестройке мышечной деятельности при ходьбе. В результате лечения произошло перераспределение активности мышц обеих нижних конечностей. Средняя электрическая активность мышц сохранившейся конечности снизилась за цикл ходьбы на 20%, а мышц протезированной конечности—повысилась на 45%. При этом активность стимулированных мышц протезированной конечности возросла на 61% (Р==0,95), а мышц, не подвергавшихся стимуляции — на 34% (Р==0,98). Таким образом, увеличение электрической активности за шаг превалирует над ее увеличением при максимальном усилии.

Под влиянием курса коррекции ходьбы меняется и фазовая характеристика работы мышц. Курс коррекции ходьбы способствует формированию максимумов активности в тех случаях, когда они отсутствуют (икроножная и передняя большеберцовая мышцы) и их акцентированию, когда они слабо выражены (остальные мышцы протезированной конечности). Противоположные изменения отмечаются в активности мышц сохранившейся конечности при ходьбе: на фоне снижения общего уровня активности происходит редукция чрезмерных по величине и продолжительности максимумов. В результате такой перестройки заметно сближаются как уровни, так и форма распределения активности мышц обеих нижних конечностей в течение цикла ходьбы.

Полученные данные делают весьма вероятным предположение, что курс коррекции ходьбы посредством ЭС мышц в определенные фазы шага способствует выработке более правильного навыка ходьбы на протезе голени. В пользу этого предположения свидетельствует нормализация как биомеханической, так и иннервационной структуры локомоции. Механизм образования нового навыка можно схематически представить следующим образом: многократная ЭС разгибателей усеченной конечности, синхронизированная с фазами шага, вызывает улучшение динамической адаптации культи к приемной гильзе протеза, создание дополнительных разгибательных моментов в КС и ТБС и этим способствует повышению опороспособности протезированной конечности. Последнее обусловливает усиление афферентации от рецепторов конечности, что частично компенсирует потерю рецепторного поля, связанного с утратой стопы и ГСС. В этом же направлении действует афферентация от кожных и мышечных рецепторов, непосредственно вызванная ЭС. Совокупность действующих факторов, по-видимому, и является тем комплексным раздражителем, который вследствие длительного подкрепления эффектом коррекции, формирует перераспределение супраспинальных влияний к двигательным, центрам обеих нижних конечностей, определяя повышение нагрузки на мышцы протезированной ноги и уменьшая ее на мышцы сохранившейся. В свою очередь, увеличение нагрузки на мышцы протезированной конечности, неодинаково выраженное в различные фазы цикла, обусловливает усиление или подавление афферентацнонных максимумов и связанную с ними рефлекторную активацию мышц.

С целью изучения степени и длительности сохранения достигнутого эффекта проведено наблюдение над 15 инвалидами в сроки от 1 года до 4 лет после лечения. Все обследованные отмечали, что после курса коррекции они стали вести более активный образ жизни и меньше уставать, уделяли достаточное внимание фантомно-импульсивной гимнастике. Половина обследованных регулярно сокращали усеченную икроножную мышцу голени при ходьбе. Обследование инвалидов показало, что клинический статус, достигнутый в результате курса коррекции, не претерпел существенных изменений. Произошло лишь уменьшение периметра культи голени на 0,5—1,1 см. Периметр бедра усеченной конечности имел тенденцию к некоторому увеличению. Достоверных изменений силы мышц сохранившейся конечности, а также мышц бедра и ягодичной области протезированной конечности не получено. Сила усеченной икроножной мышцы уменьшилась, не достигая, однако, исходного уровня. Клинически сокращение расценивалось как хорошее. В клинической картине ходьбы инвалидов не произошло существенных изменений. Кинематические и временные параметры ее оставались симметричными. Отмечена лишь некоторая редукция заднего толчка протезированной конечностью.

Данные обследования инвалидов свидетельствуют о том, что коррекция ходьбы посредством ЭС мышц позволяет значительно улучшить функциональное состояние протезированной конечности, уменьшить ДМФ, выработать более правильный локомоторный стереотип. Из достигнутых результатов некоторому регрессу подвергается лишь функциональное состояние усеченной икроножной мышцы. Для сохранения его на должном уровне необходимо поддерживающее лечение, которое может осуществляться в двух режимах: проведение сеанса коррекции ходьбы еженедельно или 15-дневного курса ежегодно.

Выводы

1. Для инвалидов с культей голени характерен выраженный ДМФ усеченной конечности, который проявляется понижением силы и электрической активности мышц, приводит к нарушению кровообращения и трофики тканей, и обусловливает возникновение асимметрии временных, кинематических и динамических показателей ходьбы. Сила и электрическая активность мышц понижаются на уровне культи на 60—70%, на уровне бедра—на 30—40%, на уровне тазового пояса— на 15—20%.

2. В формировании ДМФ при ходьбе инвалидов на протезе голени существенную роль играет изменение условий локомоции, что подтверждено исследованиями ходьбы здорового человека на модели протеза голени. Изменение биомеханической структуры локомоции по типу ходьбы инвалидов вызывает перераспределение электрической активности мышц между конечностями в течение цикла: снижение электрической активности мышц «протезированной» конечности на 35% и повышение электрической активности мышц интактной на 32%.

3. Коррекция ходьбы посредством ЭС мышц служит эффективным методом уменьшения ДМФ наиболее важных и ослабленных мышц усеченной конечности инвалидов на протезе голени. Коррекции подлежат: контакт культи с приемной гильзой «протеза, разгибание в КС и ТБС. Это достигается путем ЭС усеченной икроножной, четырехглавой и большой ягодичной мышц протезированной конечности в фазы их естественного сокращения при ходьбе. Синхронизацию подачи стимулирующего сигнала с фазами шага осуществляют от разгибания в КС протезированной конечности в фазе переноса.

4. Курс коррекции ходьбы посредством ЭС мышц существенно улучшает функциональное состояние усеченной конечности: уменьшает или ликвидирует трофические расстройства дистального отдела культи, нормализует кровообращение, обеспечивает прирост силы и электрической активности мышц в 1,5—2,5 раза.

5. Курс коррекции ходьбы способствует выработке у инвалидов более правильного локомоторного стереотипа. При этом достигается симметризация временной, кинематической и динамической структуры ходьбы, происходит нормализация рисунка электрической активности мышц в течение цикла ходьбы: формирование отсутствующих и акцентирование ослабленных максимумов активности мышц усеченной конечности и соответствующее снижение максимумов активности мышц сохранившейся конечности. Повышение активности стимулированных мышц за шаг достигает 68%, понижение активности мышц сохранившейся конечности—20%.

6. Улучшение функционального состояния усеченной конечности и выработка правильного локомоторного стереотипа позволяют осуществить перевод инвалидов на протезы более прогрессивных конструкций.

7. Клинический статус усеченной конечности в сроки до 4 лет после лечения не претерпевает существенных изменений. Наступающее через год некоторое снижение размеров и силы икроножной мышцы культи голени, а также частичная утрата навыка сокращать ее при ходьбе требует проведения повторного курса коррекции 1 раз в год или поддерживающего лечения еженедельно.

Внедрение результатов исследования в практику.

Разработанная методика коррекции ходьбы инвалидов посредством ЭС мышц внедрена в клиниках ЦНИИПП и филиала ЦНИИПП. Проведены теоретическое и практическое занятия с инструкторами ЛФК-слушателями курсов повышения квалификации работников протезной промышленности РСФСР, организуемых при ЦНИИПП. Опубликованы методические рекомендации по применению коррекции ходьбы инвалидов на протезах посредством электростимуляции мышц.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Способы улучшения функции мышц у больных с культей голени при подготовке к протезированию.—«Протезирование и протезостроение», 1983, сб. трудов вып. 65, М., ЦНИИПП, с. 77—83.

2. Влияние электростимуляции мышц при ходьбе на протезе голени на функциональное состояние усеченной конечности.—«Протезирование и протезостроение», 1983, сб. трудов вып. 65, М., ЦНИИПП, с. 84—90.

3. Применение многоканальной электрической стимуляции мышц для коррекции движений при патологической ходьбе.— Тез. докл. III Всесоюзной конференции по биомеханике, Рига. «Зинатне»,—1983, т. 2, с. 31—32 (в соавт. с А. С. Витензоном, В. Г. Зарезанковым, Ю. П. Ильиной, Ю. В. Дубровским, К. А. Петрушанской).

4. Коррекция движений при ходьбе посредством многоканальной электрической стимуляции мышц.—«Ортопед., травматол.», 1983, № 8, с. 46—52, (в соавт. с А. С. Витензоном, В. Г. Зарезанковым, Ю. В. Дубровским, К. А. Петрушанской).

5. Клинико-биомеханическое обоснование применения электрической стимуляции мышц для коррекции ходьбы на протезе голени.—«Протезирование и протезостроение», 1983, сб. трудов вып. 66, М., ЦНИИПП, с. 43—56 (в соавт. с А. С. Витензоном, Б. Г. Спиваком).

6. Коррекция ходьбы инвалидов на протезе голени посредством электростимуляции мышц.—«Протезирование и протезостроение», 1983, сб. трудов вып. 67, М., ЦНИИПП, с. 113— 121 (в соавт. с А. С. Витензоном).

7. Клиническое состояние и характеристика ходьбы инвалидов на протезе голени.—«Протезирование и протезостроение», 1984, сб. трудов вып. 68, М., ЦНИИПП, с. 74—81.

8. Влияние выключения рецепторного поля стопы и голеностопного сустава на биомеханическую и иннервационную структуру ходьбы.—«Протезирование и протезостроение», ]984, сб. трудов вып. 69, М., ЦНИИПП, с. 114—125 (в соавт. с А. С. Витензоном, Б. Г. Спиваком).

9. Влияние коррекции движений посредством электрической стимуляции мышц на структуру ходьбы на протезе голени.—«Протезирование и протезостроение», 1984, сб. трудов вып. 69, М., ЦНИИПП, с. 130—144 (в соавт. с А. С. Витензоном).

10. физическое моделирование ходьбы на протезе голени.— «Протезирование и протезостроение», 1984, сб. трудов вып. 70, М., ЦНИИПП, с. 78—91 (в соавт. с Л. С. Витензоном, Б. Г. Спиваком).

11. Влияние коррекции ходьбы на протезах посредством электрической стимуляции мышц на состояние сердечно-сосудистой системы инвалидов.—«Протезирование и протезостроение», 1984, сб. трудов вып. 70, с. 54—59 (в соавт, с В. И. Виноградовым).

12. Аmрutees prоsthetic gait соггесtion by means оf multichannel е1есtrical muscle stimulation.— Ргосееdings оf the 8th International Symposium on External Control of Human Extremities, Dubrovnik, 1984, р. 365—372 (in соllaboration with N. I. Kondrashin, А. S. Vitenson, В. G. Spivak, Y. V. Dubrovsky).

13. Энерготраты при коррекции ходьбы инвалидов на протезах посредством электростимуляции мышц.—«Протезирование и протезостроение», 1985, сб. трудов вып. 71, М., ЦНИИПП, с, 86—93 (в соавт. с 10. П. Ильиной, А. С. Витензоном, Ю. В. Дубровским).

14. Коррекция ходьбы инвалидов на протезе голени посредством электрической стимуляции мышц. — «Протезирование и протезостроение», 1985, сб. трудов вып. 72, М., ЦНИИПП, с. 75—81.

15. Коррекция ходьбы инвалидов на протезах голени и бедра,—Методические рекомендации, М., ЦНИИПП, 1985 (в соавт. с А. С. Витензоном, Б. Г. Спиваком, Г. Д. Ройфманом, В. Г. Зарезанковым, Ю.В.Дубровским).

16. Коррекция ходьбы больных на протезах голени и бедра в процессе первичного протезирования.— В кн.: Научно-технический прогресс и здравоохранение Кузбасса. Кемерово, 1986, т. II, часть II, с. 141—142 (в соавт. с Н. А. Мархининой).

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ДОЛОЖЕНЫ И ОБСУЖДЕНЫ НА:

1. Медико-технических конференциях ЦППНПП, март 80 г., март 82 г.;

2. Всесоюзной конференции по биомеханике, г. Рига, апрель 83 г.;

3. Конференции молодых ученых ЦНИППП, ЛНИИПП, УкрНИИПП, г. Москва, июнь 84 г.;

4. VIII международном симпозиуме по внешнему управлению конечностями человека, г. Дубровник, сентябрь 84 г.;

5. Общество травматологов и ортопедов Кузбасса, г. Новокузнецк, май 85 г.;

6. XII съезде врачей Кузбасса, г. Кемерово, январь 87 г.

РАЦИОНАЛИЗАТОРСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Чехол на культю голени со встроенными электродами для проведения электростимуляции мышц при ходьбе. № В-188 от 04.03.82, БРИЗ ЦНИИПП.

2. Усовершенствованный датчик регистрации коленного угла для синхронного включения корректора движений. № В-189 от 04.03.82, БРИЗ ЦНИИПП, соавт. Н. Т. Щербицкий.

3. Электрод для проведения электростимуляции мышц при ходьбе. № 6/85 от 23.09.85, БРИЗ филиала ЦНИИПП, соавт. Е. Г. Крестя.

4. Электрод для реовазографии. № 3/85 от 23.09.85, БРИЗ филиала ЦНИИПП, соавт. М. Э. Белоглазов.

5. Способ обучения фантомно-импульсивной гимнастике с обратной связью. № 13/85 от 39.12.85, БРИЗ филиала ЦНИИПП.

Опубликовано: Коновалова Н.Г. Клинико-биомеханическое и физиологическое обоснование коррекции ходьбы инвалидов на протезе голени посредством электростимуляции мышц: Автореферат дис. … канд. мед. наук. - Москва, 1987. – 19 с.