1.6 Сравнение методов

При использовании метода видоерегистрации возникаеют некоторые неудобства, например необходимость настраивать камеру (экспозиция в зависимости от освещенности и фокусировка); пациент при ходьбе закрывает маркеры, расположенные в области таза и бедра, из-за движения рук; оцифровка видеоряда - долгая трудоемкая процедура. Однако использование видеорегистрации позволяет избежать некоторых погрешностей, неизбежных при исследовании ходьбы с использованием ПАК «Биомеханика».

Как видно на рисунке 14 имеются некоторые различия в результатах обработки эксперимента. Рассмотрим кадры видеоряда (рисунок 15). Выбранное конструктивное решение крепления бранши приводит к тому, что при движении бранша гониометрических датчиков смещаентся, за счет чего возникает т.н. внутрисегментный излом – угол между браншей гониометра и линией ТБС-КСС на бедре (или КСС-ГСС на голени).

Рисунок 15. Внутрисегментный излом

Для оценки погрешности, вносимой внутрисегментными изломами в измерения в области бедра и голени, был проведен ряд дополнительных размеров (рисунок 16 – f1, f2, k1, k2). Результаты измерений представлены на рисунке 17, а также в приложении 2.

Рисунок 16. Схема измерения межсегментных изломов

Как показали измерения, внутрисегментный излом вносит погрешность до 10% величины межзвенного угла по норме (для ТБС), до 15% величины межзвенного угла по норме (для КСС), до 30% величины межзвенного угла по норме (для ГСС). Такая погрешность может привести к серьезным отклонениям результатов измерений от «нормы» и, как следствие, к неверной постановке диагноза пациенту. Поэтому при проведении исследований можно использовать только метод видеорегистрации.

А

Б

В

Рисунок 14 Графики изменения межзвенных углов при ходьбе в тазобедренном (А), коленном (Б) и голеностопном (В) суставах

Электромиография

Электромиография – метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах животных и человека при возбуждении мышечных волокон. У человека осуществлена впервые в 1907г. немецким ученым Г. Пипером. Амплитуда колебаний потенциала мышцы обычно не превышает нескольких мВ, а их длительность - 20-25 мсек, поэтому электромиографию проводят с помощью усилителя и малоинерционного регистратора, кривая, записанная на фотобумаге, фотопленке и т.п., называется электромиограммой (ЭМГ). В электромиографии могут быть выделены 3 основные направления исследования. Первое из них - электромиография с помощью введенных в мышцу игольчатых электродов, которые вследствие небольшой отводящей поверхности улавливают колебания потенциала, возникающие в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном. Это позволяет исследовать структуру и функцию двигательных единиц. Второе направление - электромиография с помощью накожных электродов, которые отводят так называемую суммарную ЭМГ, образующуюся в результате интерференции колебаний потенциала многих двигательных единиц, находящихся в области отведения. Такая ЭМГ отражает процесс возбуждения мышцы как целого. Так называемая стимуляционная электромиография - регистрация колебаний потенциала, возникающих в мышце при искусственной стимуляции нерва или органа чувств. Таким образом исследуется нервно-мышечная передача, рефлекторная деятельность двигательного аппарата определяется скорость проведения возбуждения по нерву. Электромиографию применяют в физиологии при изучении двигательной функции животных, и особенно человека а также в прикладных науках - физиологии труда и спорта. Электромиография используется также для оценки функционального состояния двигательного аппарата при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

ЭМГ позволяет:

1) исследовать функциональное состояние скелетных мышц при различных физиологических изменениях;

2) получить информацию о состоянии мышцы, ее сократимости и иннервации.

ЭМГ используется:

1) для изучения различных рефлекторных реакций в физиологии двигательных систем;

2) в диагностике болезней нервов и мышц;

3) для исследования нарушений нервно-мышечной передачи возбуждения;

4) при изучении трудовых процессов, механизмов утомления в космической, авиационной и спортивной медицине;

в) в анестезиологии для определения эффективности миореолаксантов и контроля над их действием.

Виды электродов.

В электромиографии используется два вида электродов – поверхностные и игольчатые.

Поверхностные электроды представляют собой металлические пластины или диски площадью 0,2–1 см². Обычно они попарно вмонтированы в фиксирующие колодки, обеспечивающие постоянство расстояний между отводящими электродами (1–2см друг от друга), что важно для оценки амплитуды регистрируемой активности. Такие электроды накладывают на кожу над областью двигательной точки мышцы. Кожу перед наложением электрода протирают спиртом и смачивают изотоническим раствором хлорида натрия. Электрод фиксируют над мышцей с помощью резиновых полос, манжет или лейкопластыря. При необходимости длительного исследования на область кожно-электродного контакта наносят специальную электродную пасту, используемую в электроэнцефалографии. Большой размер и удаленность от мышечной ткани поверхностного электрода позволяют регистрировать с его помощью только суммарную активность мышц, представляющую собой интерференцию потенциалов действия многих сотен и даже тысяч мышечных волокон. При больших усилениях и сильных мышечных сокращениях поверхностный электрод регистрирует также активность соседних мышц. Все это не позволяет исследовать с помощью поверхностных электродов параметры отдельных мышечных потенциалов. В получаемой регистрации только ориентировочно оценивают частоту, периодичность и амплитуду ЭМГ

Игольчатые электроды бывают концентрическими, монополярными и биполярными. Концентрический электрод – это полая игла диаметром около 0,5мм. Внутри иглы проходит отделенный от нее слоем изоляции проволочный стержень из платины или нержавеющей стали. Разность потенциалов измеряют между корпусом иглы и кончиком центрального стержня. Иногда для увеличения локальности отведения иглу изолируют также снаружи, причем неизолированной оставляют только ее эллиптическую поверхность по плоскости среза. Площадь отводящей поверхности осевого стержня стандартного концентрического электрода составляет 0,07 мм². Приводимые в современных публикациях параметры потенциалов ЭМГ относятся к электродам этого типа и размера. При существенном увеличении площади контакта отводящего электрода параметры потенциалов могут существенно меняться. Это же наблюдается и в случае изменений конструкции используемых электродов (монополярный или биполярный).

Для монополярных отведений используют электроды, представляющие собой иглу, изолированную на всем протяжении, кроме заостренного конца, оголенного на протяжении 1-2 мм.

Биполярный электрод содержит внутри иглы два одинаковых изолированных друг от друга стержня, между обнаженными кончиками которых, отстоящими друг от друга на десятые доли миллиметра, измеряют разность потенциалов.

Игольчатые электроды используют для исследования параметров потенциалов действия отдельных моторных единиц и мышечных волокон. Отведение игольчатым электродом является основным в клинической миографии, ориентированной на диагностику первично-мышечных и нервно-мышечных заболеваний. Запись отдельных потенциалов действия моторных единиц и мышечных волокон позволяет точно оценить длительность, амплитуду, форму и фазность потенциала.

Игольчатые электроды необходимо оберегать от механических воздействий, могущих повредить изолирующий слой или вызвать образование зазубрин на прокалывающей части иглы и ее затупление. Изолирующий материал должен выдерживать кипячение и содержание в 90% спирте в течение 1 суток. Состояние игольчатого электрода контролируют визуально с помощью 10-кратной лупы или микроскопа. При обнаружении затупления или зазубрин проводят заточку, полировку и электролитическую обработку электрода по прилагаемой к нему инструкции. Использование затупленных и зазубренных электродов недопустимо, так как увеличивает болезненность исследования, приводит к грубому повреждению большого количества мышечных волокон и нервных веточек, что влечет за собой постановку неправильного диагноза. Перед введением электрода кожу протирают спиртом. Электрод стерилизуют кипячением или содержанием его в 90% спирте или другом дезинфицирующем растворе в течение суток. Состав раствора указывается в инструкциях к электродам.

Кроме электродов, разность потенциалов которых подается на вход усилителя электромиографа, на кожу исследуемого устанавливают поверхностный электрод заземления, который присоединяют к соответствующей клемме на электродной панели электромиографа. Цепь этого электрода закорачивает емкостную разность потенциалов между телом больного и землей и способствует ликвидации емкостных токов, возникающих в результате действия полей переменного промышленного тока.

Характеристика электромиограммы при различных условиях ее регистрации.

ЭМГ регистрируют игольчатыми или пластинчатыми электродами в покое, при произвольном усилии, при стимуляции мышцы и нерва [1, 4, 8, 11].

ЭМГ покоя. При полном расслаблении мышцы в норме биопотенциалов нет. Наличие спонтанной активности свидетельствует о заболеваниях, связанных с поражением мото-нейронов или двигательных нервов, а также при некрозе (отмирании) мышечных тканей.

Электромиография произвольного усилия.

При слабом мышечном сокращении можно зарегистрировать активность отдельных моторных единиц [1, 4, 7]. Для этого используются игольчатые электроды, которые вводят в толщу мышцы. Потенциал действия моторных единиц в мышцах здоровых людей имеет 2–3 фазы. Если электрод располагается вблизи синапсов, то первая фаза потенциала действия отрицательная. При расположении электродов вне синаптической зоны первый компонент ПД положительный.

Основная часть ПД двигательной единицы формируется за счет суммации ПД мышечных волокон, расположенных близко к отводящей поверхности электрода. Длительность ПД колеблется в широких пределах, поэтому для оценки этой величины используют средние показатели, измеряя не менее 20 ПД. Для этого электрод перемещают по вертикали, регистрируя ПД на различной глубине погружения и перемещая электрод в 4 направлениях от места введения. Длительность ПД моторных единиц у лиц определенного возраста стабильна (средняя длительность).

Увеличение длительности ПД свидетельствует о расширении зоны иннервации и включении в моторную единицу новых мышечных волокон. Такое происходит при нарушении иннервации мышцы. Тогда оставшиеся нервы берут на себя функцию иннервации мышечных волокон погибших нервов.

Укорочение длительности ПД моторных единиц характерно для первичных мышечных расстройств.

Амплитуда ПД моторной единицы ≈ 200–300мкВ. С помощью специального электрода исследуется плотность мышечных волокон в двигательной единице. При денервации и последующей реиннервации плотность волокон в моторной единице возрастает.

Разработаны электроды с большой отводящей поверхностью и метод называется макроэлектромиография, а регистрируемые потенциалы – макропотенциалы двигательных единиц.

В случае отведении ЭМГ поверхностными электродами при максимальном напряжении мышцы у здорового человека средняя амплитуда колебаний ЭМГ составляет от 100 до 200с^-1 (Гц). При вторичных или денервационных расстройствах, когда уменьшается количество работающих моторных единиц, частота уменьшается, амплитуда растет.

Рис.. Электромиограммы при различных способах отведения потенциалов: а — игольчатый электрод; потенциалы двигательной единицы при слабом сокращении мышцы; б — накожные электроды

Вызванные электрические ответы мышцы.

Кроме исследования электрической активности мышц в покое, при рефлекторных и произвольных сокращениях, современная комплексная методика клинической электромиографии включает исследование электрических реакций нервов и мышц на электрическую стимуляцию [1, 2, 4, 7, 9]. Аппаратура и способы регистрации вызванной стимуляцией электрической активности те же, что и в обычной электромиографии. Для стимуляции нервов и мышц используют электростимуляторы.

Стимуляцию мышц производят накожными электродами в двигательных точках, стимуляцию нервов согласно зонам их проекции на кожу. Стимулирующие электроды изготавливают в виде металлических дисков диаметром 6-8мм или фетровых фитилей того же диаметра, вмонтированных в металлическую обойму и смачиваемых изотоническим раствором хлорида натрия. В некоторых случаях глубокого залегания ствола нервов используют монополярные игольчатые электроды. При монополярной стимуляции катод располагают вблизи нерва, а анод - в виде большой металлической пластины с противоположной стороны конечности. При стимуляции через кожу принято использование пары электродов, вмонтированных в пластмассовую колодку на стандартном расстоянии 15 мм между ними.

Для отведения вызванной активности мышц и нервов обычно используют металлические диски диаметром 6-8мм, иногда для получения ответов глубоко залегающих мышц и нервов применяют монополярный игольчатый электрод. Для получения электромиографического ответа на стимуляцию нерва активный электрод располагают в зоне иннервации соответствующей мышцы, а индифферентный - на ее сухожилии или над близлежащим костным выступом (лодыжка, пальцы и др.). При регистрации ответа нерва активный электрод располагают на коже над зоной прохождения нерва, индифферентный – с противоположной стороны конечности.

Стимуляционные методы в диагностике нервно-мышечных заболеваний решают следующие основные задачи:

1) исследование прямой возбудимости мышц;

2) исследование нервно-мышечной передачи;

3) исследование состояния мотонейронов и их аксонов;

4) исследование состояния чувствительных волокон периферических нервов.

Стимуляционная ЭМГ.

При непрямой стимуляции мышц регистрируется несколько электрических колебаний и наибольшее значение из них имеет мышечный ответ (М–ответ) [4, 9, 11]. Он отражает возбуждение мышечных волокон вследствие распространения возбуждения к мышце по моторным нервам. Амплитуда мышечного ответа зависит от количества аксонов, возбужденных при стимуляции.

При силе тока, превышающей на 50% силу, необходимую для получения максимального М–ответа, стимулируются все аксоны, идущие к мышце и активны все двигательные единицы мышцы. Амплитуда М–ответа в этом случае свидетельствует о количестве иннервированных мышечных волокон. Снижение или увеличение амплитуды ответа при такой стимуляции свидетельствует (при повторных обследованиях) об изменении количества иннервированных волокон в мышце.

Метод вызванной активности используется для определения скорости проведения возбуждения по нервам. Для этого 2 пары раздражающих электродов устанавливаются на нерв. Между ними замеряют расстояние. Регистрируются ответы при раздражении каждой пары отдельно; измеряется время латентного периода каждого ответа. Латентный период – это скрытый период: время от нанесения раздражения до появления ответной реакции.

Скорость распространения возбуждения (СРВ) зависит от возраста, т. к. связана с наличием миелиновой оболочки у двигательных нервов.

Возбуждение по таким нервам распространяется сальтоторно, или скачкообразно. Скорость проведения может быть в зависимости от толщины нерва, расстояния между перехватами Ранвье – от 18м/с (группа В) до 120 м/с (группа А). Внутри группы А волокна еще подразделяются на подгруппы: А_α, А_β, Аγ, А_∆. Полная миелинизация нерва у ребенка и увеличение скорости проведения возбуждения происходит к 14–15 годам, и на этом уровне удерживается практически до старости. Скорость распространения возбуждения зависит и от температуры окружающих тканей, поэтому температура кожи в области раздражения должна быть 32^оС.

Изменение амплитуды М–ответа при непрямой стимуляции мышцы сверхмаксимальной силой тока широко используется в клинике для исследования нервно-мышечной передачи. У здоровых людей при стимуляции с частотой 3Гц амплитуда М–ответа не меняется, а у больных с поражением синапсов отмечается снижение каждого последующего ответа и максимальное снижение на 5 ответе. Это говорит о том, что к части мышечных волокон сигналы не доходят из–за поражения синаптической передачи. Критерием тяжести синаптических расстройств является отношение амплитуды 5-го ответа к первому в процентах.

При исследовании синаптических процессов используются функциональные пробы:

1) стимуляция нерва с частотой 3 Гц после произвольного напряжении мышцы. При этом в синапсах происходит постактивационное истощение медиаторов.

2) стимуляция мышцы с частотой 3 Гц после предварительной стимуляции с более высокой частотой. В синапсах при этом происходит посттетаническое истощение медиатора.

3) стимуляция на фоне ишемии. Изменение амплитуды М–ответа при стимуляции с частотой 50 Гц используется для изучения выделения и ресинтеза (повторного синтеза) медиатора ацетилхолина.

Анализ собственно ЭМГ составляет предмет электромиографической семиотики, которая устанавливает связь между определенными характеристиками потенциалов и соответствующими им физическими, физиологическими и патологическими феноменами.

Анализ ЭМГ включает оценку формы, амплитуды и длительности потенциалов действия отдельных мышечных волокон и двигательных единиц и характеристику интерференционной активности, возникающей при произвольном мышечном сокращении.

Форма отдельного колебания мышечного потенциала может быть моно-, ди-. три- или полифазной. Как и в электроэнцефалографии, монофазным называется такое колебание, при котором кривая совершает отклонение в одну сторону от изоэлектрической линии и возвращается к исходному уровню. Дифазным называется колебание, при котором кривая по совершении отклонения в одну сторону от изоэлектрической линии пересекает ее и совершает колебание в противоположной фазе; трехфазное колебание совершает соответственно три отклонения в противоположные стороны от изоэлектрической линии. Полифазным называется колебание, содержащее четыре и более фаз.

В электромиографии принято такое подключение пары электродов на входы усилителя, что отрицательное отклонение потенциала под активным электродом вызывает смещение на экране осциллографа, направленное вверх. Соответственно отклонение вниз от изоэлектрической линии означает положительное колебание потенциала. При характеристике фазности потенциала указывают его полярность: "положительное монофазное колебание", "двухфазное негативно-позитивное колебание" и т. д.

Рис.. Измерение параметров потенциала ДЕ. А - амплитуда (285 мкВ); t - длительность (15 мс); К - калибровочный сигнал.

Амплитуда колебаний измеряется в микровольтах (мкВ) или милливольтах (мВ) между наиболее высокой и наиболее низкой точками электрографической кривой (от пика до пика). Длительность потенциала измеряется от начального отклонения до возвращения его к изоэлектрической линии, включая все фазы колебания .

Кроме этих параметров, характеризующих отдельные потенциалы волокон и моторных единиц мышц, оценивается также частота следования потенциалов. Частота оценивается количеством пиков одной полярности за секунду и записывается в форме дроби, в числителе которой стоит число колебаний, а в знаменателе- обозначение секунды (например, 20/с). Помимо этого, дается также оценка характера группирования потенциалов, ритмичности соответствующих групп и частоты их следования.

ЭМГ также применяется для оценки коэффициента трудоспособности. По сигналу лампочки спортсмен быстро сокращает мышцу, а при отключении лампочки быстро расслабляет ее. Регистрируется время от зажигания лампочки до появления первых зубцов ЭМГ – латентный период напряжения (ЛПН) и время от выключения лампочки до резкого снижения амплитуды ЭМГ – латентный период расслабления (ЛПР). Последовательно проводят 3–5 замеров с интервалом в 10 секунд и вычисляют коэффициент работоспособности (КР): КР = ЛПН / ЛПР. При утомлении особенно растет ЛПР.