Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1 Тонус, его природа и роль в построении движений 10
1.2 Жесткость мышц, ее составляющие и методы измерения 15
1.3 Влияние гипогравитации на жесткостные свойства мышц 22
1.3.1 Изменения мышечной жесткости в космических полетах 22
1.3.2 Изменения мышечной жесткости в наземных экспериментах 26
1.4 Опорная рецепция и ее роль в контроле тонической активности 32
Глава 2. Материалы и методы исследований 39
2.1 Модели и экспериментальные условия 39
2.1.1 Иммерсия 39
2.1.2 Клинические исследования 41
2.2 Используемая аппаратура 43
2.3 Процедура исследований 51
2.4 Регистрируемые и анализируемые параметры 52
2.5 Статистическая обработка данных 54
Глава 3. Влияние 3-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени 55
Глава 4. Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени в 3-суточной иммерсии 63
Глава 5. Влияние 7-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени 70
Глава 6. Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени в 7-суточной иммерсии 79
Глава 7. Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени у больных после ишемического инсульта 88
Глава 8. Обсуждение результатов 95
Выводы 107
Список источников литературы 108
Приложение 1. Квазистатическая модель определения вязкоупругих модулей биотканей 128
Приложение 2. Индивидуальные и средние значения поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени в «чистой» иммерсии 130
Приложение 3. Индивидуальные и средние значения поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени в иммерсии с механостимуляцией 133
Приложение 4. Клинические неврологические шкалы, неврологический статус, индивидуальные и средние значения поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени у больных после ишемического инсульта 136
- Изменения мышечной жесткости в наземных экспериментах
- Влияние 3-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени
- Влияние 7-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени
- Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени у больных после ишемического инсульта
Введение к работе
Актуальность работы. Проведенные в предшествующие годы исследования двигательной сферы в невесомости и условиях, моделирующих ее эффекты, показали, что обусловленный невесомостью двигательный синдром характеризуется наличием изменений во всех звеньях двигательной системы [Козловская И.Б. и др., 1984; Григорьев А.И. и др., 2004; Kozlovskaya I. et. al., 1988; Reschke M.F. et. al., 1988; Edgerton V.R., Roy R.R., 1996; Kornilova L.N., 2003]. Важную часть этих изменений занимает снижение мышечного тонуса, которому ряд исследователей отводит существенную роль в развитии гипогравитационных нарушений [Брянов И.И., 1976; Козловская И.Б. и др., 1976, 1984; Гевлич Г.И., 1984; Шенкман Б.С. и др., 1996, 2004; Kozlovskaya I.B. et. al., 1983, 1988, 1990, 2007; Vinogradova O.L. et. al., 2002].
С начала 70-х годов российские исследователи изучали изменения мышечного тонуса после коротких (2-18 суток) и длительных (63-175 суток) космических полетов, используя различные методы измерения поперечной жесткости мышц (ПЖ) [Уфлянд Я.С., 1963; Гевлич Г.И., 1983; Szirmai E., 1952]. При этом было показано, что снижение тонуса, будучи наиболее выраженным в мышцах-разгибателях бедра и голени, развивается в первые же часы воздействия невесомости [Какурин Л.И. и др., 1971; Брянов И.И., 1976; Гевлич Г.И., 1984; Козловская И.Б. и др., 1984; Григорьева Л.С., Козловская И.Б., 1987; Kozlovskaya I. et. al., 1988]. Выраженность изменений и длительность восстановления тонуса после полетов существенно варьировала у различных индивидов, вместе с тем выявлялась некоторая связь с продолжительностью воздействия.
Результаты физиологических и морфофизиологических исследований в модельных условиях и в невесомости легли в основу представления о тесной связи большинства обусловливаемых гипогравитацией двигательных нарушений с устранением опорных нагрузок, играющих важную роль в системе контроля тонической мышечной активности [Григорьев А.И. и др., 2004; Kozlovskaya I. et. al., 1988; 2007]. Исследуя изменения тонуса мышц голени в экспериментальных ситуациях, различающихся степенью опорной разгрузки, Гевлич Г.И. (1984), Козловская И.Б. и др. (1984), Григорьева Л.С., Козловская И.Б. (1987) показали, что скорость развития тонических сдвигов в мышцах-разгибателях прямо зависела от степени безопорности.
Гипотеза о ведущей роли опорной афферентации в регуляции тонической мышечной активности и о ее тригерной роли в развитии других двигательных нарушений получила подтверждение в ряде наземных экспериментов с моделированием эффектов гипогравитации [Григорьев А.И. и др., 2004; Vinogradova O.L. et. al., 2002; Litvinova K.S. et. al., 2003; Melnik K.A. et. al., 2003; Popov D.V. et. al., 2003; Sayenko I.V. et. al., 2003; Khusnutdinova D.R. et. al., 2004; Sayenko D. et. al., 2004; Kozlovskaya I.B. et. al., 2007]. Вместе с тем, прямых доказательств участия опорной афферентации в развитии гипогравитационной атонии не существовало.
Цель работы. Изучение роли опорной афферентации в регуляции жесткостных свойств мышц голени и в развитии гипогравитационной атонии в условиях наземного моделирования физиологических эффектов гипогравитации и в клинических моделях.
Задачи исследований.
1. Изучение временных и амплитудных характеристик поперечной жесткости (ПЖ) и электромиограммы (ЭМГ) покоя мышц голени при наземном моделировании эффектов гипогравитации в эксперименте с «сухой» иммерсией.
2. Исследование влияния механической стимуляции опорных зон стоп в условиях «сухой» иммерсии на временные и амплитудные характеристики ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени.
3. Сравнительный анализ временных и амплитудных характеристик ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени с целью определения роли мышечной активности в регуляции тонических изменений.
4. Исследование эффектов механической стимуляции опорных зон стоп при спастических нарушениях тонуса, обусловливаемых ишемическим инсультом.
Научная новизна. В работе впервые показано, что ежедневная механическая стимуляция опорных зон стоп в режиме локомоций предотвращает развитие обусловливаемых моделируемой гипогравитацией изменений тонуса мышц голени – снижение тонуса разгибателей и повышение тонуса сгибателей. Изменения ПЖ сгибателей и разгибателей голени, регистрируемые в условиях иммерсионного воздействия, существенно ослаблялись в группе, применявшей механическую стимуляцию опорных зон стоп.
В работе впервые прямо подтверждена рефлекторная природа изменений тонуса в условиях гипогравитации: сравнительный анализ изменений ПЖ с изменениями мышечной активности показал их высокую корреляцию (коэффициенты корреляции во всех экспериментальных сериях были больше 0,9).
В работе впервые выявлена эффективность опорной стимуляции для коррекции спастических постинсультных нарушений.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований впервые представили прямые доказательства о ведущей роли опорной афферентации в развитии гипогравитационной атонии, а также о ее рефлекторной природе. Полученные результаты открыли возможность для разработки нового подхода к профилактике двигательных нарушений в космических полетах и в условиях гипокинезии и легли в основу создания нового средства профилактики – компенсатора опорной разгрузки (КОР). КОР в настоящее время готовится к поставке на борт, а также проходит клинические испытания в качестве средства реабилитации в неврологических клиниках г. Москвы.
Данные проведенных исследований используются в ходе разработки эффективных реабилитационных режимов стимуляции опорных зон стоп у больных со спастическими постинсультными нарушениями.
Положения, выносимые на защиту.
1. Опорная разгрузка является ведущим фактором в развитии гипогравитационной атонии. В условиях наземного моделирования эффектов гипогравитации механическая стимуляция опорных зон стоп полностью устраняет или существенно ослабляет выраженность тонических нарушений.
2. Гипогравитационная атония первично является рефлекторной и обусловливается резким снижением мышечной активности в покое.
3. Применение механической стимуляции опорных зон стоп устраняет спастические нарушения у больных ишемическим инсультом на ранней стадии реабилитации.
Апробация работы.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на Конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной дню космонавтики (Россия, Москва, 2003); 8 Международной Конференции «Системный анализ и управление», (Крым, Евпатория, 2003); 9 Международной Конференции «Системный анализ и управление», (Крым, Евпатория, 2004), 25 Международном гравитационном симпозиуме (25-th Annual International Gravitational Physiology Meeting) (Россия, Москва, 2004); Научной конференции «Фундаментальные науки-медицине» (Россия, Москва, 2004); Объединенной конференции Европейского космического агентства и Международного общества гравитационной физиологии (European Space Agency and International Society of Gravitational Physiology Joint Life Science Conference "Life in Space for Life on Earth") (Германия, Кёльн, 2005); 10 Международной Конференции «Системный анализ, управление и навигация», (Крым, Евпатория, 2005), IV Международной конференции по моторному контролю (Motor Control Conference IV MCC 2005) (Болгария, София, 2005); IX Всероссийском съезде неврологов (Россия, Ярославль, 2006); Научной конференции «Современные аспекты нейрореабилитации» (Россия, Москва, 2007).
Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета «Космическая биология и физиология» ГНЦ РФ ИМБП РАН, протокол № 6 от 29 июня 2010 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе одна статья в журнале перечня ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания методов исследования, пяти глав результатов собственных исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, списка источников литературы, включающего 216 источников (84 - в отечественных изданиях, 132 – в иностранных), 4-х приложений, содержащих: описание квазистатической модели определения ПЖ; индивидуальные и средние значения ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени в 3- и 7-суточной иммерсии; клинические неврологические шкалы; индивидуальные и средние значения ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени у больных со спастическими постинсультными нарушениями тонуса. Диссертация иллюстрирована 37 рисунками и 22 таблицами.
Изменения мышечной жесткости в наземных экспериментах
Большой вклад в понимание природы и механизмов двигательных эффектов невесомости внесли результаты наземных модельных исследований, начатых в России одновременно с началом космических полетов [17, 22-23, 43, 48, 83]. Необходимость и важность этих исследований очевидны. Отсутствие возможностей стандартизации экспериментальных условий в космических полетах, широкая вариативность их длительности, применявшихся в ходе полета рабочих нагрузок и режимов вкупе с широкой индивидуализацией использующихся членами экипажей методов и режимов профилактики, существенно сужают возможности выполнения на борту последовательных экспериментальных программ [147-148].
Систематические широкомасштабные наземные исследования, позволяющие моделировать отдельные факторы космического полета (гипокинезию, снятие аксиальных и опорных нагрузок, нарушение межсенсорного взаимодействия и др.) и проверить отдельные конкретные гипотезы, представления, методы и подходы, явились неотъемлемой частью космической науки, обеспечившей возможности ее перехода от стадии описания феноменов, случаев, догадок к стадии анализа закономерностей и формирования представлений [22-23].
В экспериментах с моделированием эффектов невесомости с середины 60-х годов прошлого века лидирующее место составляли 3 модели, представленные в таблице 1, демонстрирующей воспроизводимые каждой из них эффекты и позволяющей выделить их сходные и различные свойства.
В модели «антиортостатической гипокинезии» (АНОГ) испытуемые в течение эксперимента находятся на постельном режиме в положении с углом наклона головного конца кровати - 6-8 град. [43-44]. Модель воспроизводит снижение статических и динамических мышечных нагрузок, перераспределение жидких сред в краниальном направлении, а также снижение аксиальных нагрузок и нагрузок на опорные зоны стоп в связи с перераспределением их на поверхность тела. Как показали первые же выполненные в АНОГ исследования, при длительном воздействии модель достаточно аккуратно воспроизводит эффекты длительных космических полетов во всех физиологических системах, включая, сердечно-сосудистую и кардио-респираторную, скелетно-мышечный аппарат и системы двигательного регулирования. В дальнейшем именно на этой модели отрабатывались подходы к профилактике неблагоприятных влияний длительного воздействия невесомости на организм человека и осуществлялась экспериментальная проверка эффективности, безопасности и информативности всех рекомендуемых на борт методов и средств профилактики и мониторинга здоровья космонавтов.
Во второй модели - иммерсии человек погружается в жидкую среду, равную по плотности тканям человека [17]. Безопорность, снятие локальных весовых нагрузок, обеспечивающие близость биомеханических условий организации двигательной деятельности в невесомости с самого начала определили выбор иммерсии в качестве практически единственной модели для отработки и обучения выполнению в невесомости рабочих операций. Однако уже в начале 60-х годов прошлого века исследователи приступили к изучению физиологических эффектов иммерсии и выявили возможности использования ее для наземной имитации эффектов невесомости [91, 120]. Так же как и АНОГ, иммерсия воспроизводит свойственные невесомости гиподинамию, снижение аксиальных нагрузок и перераспределение крови и жидких сред, однако в отличие от АНОГ иммерсия воспроизводит также характерные для невесомости полное устранение опорных нагрузок. Как показали результаты многочисленных исследований, иммерсия воспроизводит двигательные [83] и другие обусловливаемые невесомостью изменения физиологических функций [17]. Возможности использования иммерсии в качестве полноценной модели ограничивались лишь некоторой некомфортностью и потенциально неблагоприятным воздействием на кожные покровы. В связи с этим Шульженко Е.Б. и Виль-Вильямс И.Ф. была разработана модель так называемой «сухой» иммерсии (в дальнейшем -иммерсии), в которой тело испытуемого отделялось от воды высокоэластичной, свободно плавающей и обволакивающей тело испытуемого гидроизолирующей тканью [82]. Именно эта модель и показала себя наиболее перспективной в исследованиях влияния невесомости на двигательную систему.
Еще одна модель - вывешивание была предложена в России [10] и в США [162] в период подготовки полетов на Луну, когда важным являлось изучение особенностей локомоций в условиях сниженной гравитации. Вывешивание, при котором имело место снятие (уравновешивание) весовой нагрузки со всех движущихся звеньев тела, позволило исследовать особенности ходьбы при весовой и опорной разгрузке. В дальнейшем вывешивание задней части тела и конечностей у крыс широко использовалось в экспериментах, направленных на изучение гравитационных механизмов контроля структуры и функции мышц [122, 131,173].
В 80-е годы в Институте медико-биологических проблем была выполнена широкая программа исследований мышечного тонуса в экспериментах с 7-суточной иммерсией, АНОГ различной длительности, а также 7-суточным комбинированным воздействием иммерсии и АНОГ (по 12 часов в сутки). Результаты этих исследований показали, что в модельных условиях во всех головках ТМГ - латеральной и медиальной икроножной и камбаловидной мышечный тонус, измеряемый по показателям поперечной жесткости, закономерно снижался. Динамика и глубина изменений при различных воздействиях существенно разнились [20-21, 26, 48].
В иммерсии падение поперечной жесткости (ПЖ) мышц-разгибателей голени выявлялось в первые же часы иммерсии и было стремительным: к 3-6 часу ПЖ во всех трех головках ТМГ падала в среднем на 40-45 %. В последующем изменения ее были не столь значительными и ко 2-3 суткам значения ПЖ стабилизировались, составляя около 50 % от исходных значений. При сходной направленности изменений ПЖ их глубина и динамика в головках ТМГ была различной: наиболее выраженными были изменения в камбаловидной мышце (КМ), в которой уже ко 2 часу воздействия снижение ПЖ составляло в среднем 43 % от фона (р 0,05). В латеральной и медиальной головках ТМГ глубина изменений ПЖ была несколько меньшей [21, 48].
ПЖ сгибателя голени - ПБМ в иммерсии изменялась незначительно: в первые часы иммерсии она несколько увеличивалась (в среднем на 8-10 %), а затем со 2 по 6 сутки несколько снижалась, стабилизируясь к 4 суткам в среднем по группе на 11 % [21, 48].
В условиях АНОГ направленность изменений ПЖ носила тот же характер, однако скорость и глубина изменений были существенно меньшими, чем в иммерсии. На 2 сутки АНОГ в мышцах-разгибателях голени обнаруживалась лишь тенденция к снижению ПЖ, достоверных значений снижение показателя ПЖ во всех трех головках ТМГ достигало лишь к 6 суткам, а максимальных значений (30-40 % от исходной) снижение жесткости КМ достигало к 30 суткам АНОГ. Динамика изменений ПЖ в различных головках ТМГ была сходной [21, 48].
Жесткость ПБМ при этом на 2 сутки АНОГ была даже несколько выше, чем в фоне. На 6 сутки эти сдвиги сменялись тенденцией к снижению в среднем 14 % от фона [21, 48].
В условиях 7-суточного комбинированного воздействия иммерсии и АНОГ (по 12 часов в сутки) изменения ПЖ мышц голени в целом были близки к таковым в иммерсии, однако, выраженность их была меньшей, а градиент развития более пологий.
Влияние 3-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени
Данная экспериментальная серия проведена с участием 9 испытателей, Поперечную жесткость (ПЖ) и электромиограмму покоя (ЭМГ) мышц голени регистрировали до, на 1 сутки иммерсии, сразу после ее окончания. Методики регистрации подробно описаны в главе 2.1
Фоновые характеристики т. soleus и т. tibialis anterior в эксперименте с 3-суточной иммерсией.
До иммерсии (в дальнейшем — в фоне), средняя величина ПЖ m. soleus составляла 5,2±0,6 кПа, а ПЖ m. tibialis anterior была несколько выше, составляя 6,7±2,0 кПа. Фоновые значения ПЖ m. soleus у всех испытуемых различались незначительно и варьировали в пределах от 4,5 до 6,0 кПа. В отличие от m. soleus, ПЖ т. tibialis anterior в фоне изменялась в более широком диапазоне (у некоторых более чем в два раза) (рис. 10, А).
Среднее значение площади ЭМГ в m. soleus в отличие от ПЖ было выше и составляло 25,2±7,3 мкВ/с, a m. tibialis anterior - 17,7±3,0 мкВ/с. В отличие от ПЖ индивидуальная вариативность площади ЭМГ была также более значительной в m. soleus, варьируя от 14,2 до 33,3 мкВ/с. Площадь ЭМГ т. tibialis anterior в фоне изменялась в более узком диапазоне (рис. 10, Б).
Изменения характеристик ПЖ и ЭМГ т. soleus в ходе 3-суточной иммерсии.
ПЖ т. soleus к первым суткам иммерсии достоверно снизилась, составив в среднем по группе 4,5±1,3 кПа (рис. 11, А). Снижение наблюдалось у всех испытуемых группы за исключением одного, у которого в ходе иммерсии ПЖ возросла. Выраженность снижения ПЖ m. soleus в иммерсии у различных испытуемых существенно варьировала, у одного из них величина снижения достигала более 60 % от исходной величины (рис. 12, А1).
К 3 суткам иммерсии ПЖ m. soleus выявляла тенденцию к восстановлению: к концу 3 суток она составляла в среднем по группе 5,0±1,9 кПа (рис. 11, А). Несмотря на увеличение, значения ПЖ к концу 3 суток иммерсии были ниже фоновых у всех испытуемых группы, кроме двух. При этом у двух других испытуемых (№ 2 и № 4) снижение ПЖ к концу 3 суток иммерсии было даже большим, чем после 1 суток. Еще более сниженным оставалось значение ПЖ у испытуемого № 3 (на 43 % по сравнению с фоновыми данными), у которого величина ПЖ после 1 суток иммерсии была
Площадь ЭМГ m. soleus к концу первых суток иммерсии также достоверно снижалась и составила в среднем по группе 22,4±5,8 мкВ/с (рис. 11, Б). Следует отметить, что заметное снижение в этом случае было результатом значительного - более чем на 30 % по сравнению с фоновыми данными снижения площади ЭМГ у двух испытуемых (№ 1 и № 2). У испытуемого № 3, напротив, в это время было отмечено значительное увеличение - на 42 % по сравнению с исходной величиной (рис. 12, Б1). В дальнейшем площадь ЭМГ m. soleus, так же как и ПЖ, выявляла тенденцию к восстановлению: к 3 суткам иммерсии она приблизилась к исходным значениям, составив в среднем по группе 24,6±5,1 мкВ/с (рис. 11, Б). При этом значения площади ЭМГ у всех испытуемых, кроме одного, оставались ниже фоновых значений, однако величины изменений от 1 к 3 суткам у различных испытуемых существенно разнились. У испытуемого № 3 площадь ЭМГ к концу 3 суток оставалась повышенной (рис. 12, Б2).
Изменения характеристик ПЖ и ЭМГ т. tibialis anterior в ходе 3 суточной иммерсии.
В отличие от ПЖ m. soleus ПЖ т. tibialis anterior к концу первых суток иммерсии достоверно увеличилась, составив в среднем по группе 7,3±1,7 кПа (рис. 13, А). Это увеличение выявлялось у большинства испытуемых, у одного из них (№ 4) увеличение достигало 50 %, у двух других (№ 5 и № 6) -30 % и более. При этом у 3 испытателей группы (№ 2, № 3 и № 8) ПЖ т. tibialis anterior к концу первых суток отчетливо снизилась (рис. 14, А1).
В дальнейшем ПЖ m. tibialis anterior снижалась, и к концу 3 суток иммерсии она составила в среднем по группе 7,0±2,0 кПа (рис. 13, А). При этом у большинства испытуемых значения ПЖ по-прежнему превышали фоновые, у одного из них (№ 4) это увеличение достигало 44 % от фона. Однако у трех испытуемых (№ 1, № 2 и № 8) значения ПЖ к концу 3 суток иммерсии были ниже фоновых, а у одного из них (№ 8) это снижение составило более 30 % по сравнению с фоном (рис. 14, А2).
Площадь ЭМГ m. tibialis anterior к концу первых суток иммерсии также достоверно увеличилась, составив в среднем по группе 19,4±1,0 мкВ/с (рис. 13, Б). Как и в m. soleus эта достоверность была результатом существенного увеличения площади ЭМГ лишь у двух испытуемых (№ 4 и № 5), у которых оно достигало более 30 % по сравнению с фоном. У одного испытуемого (№ 3) площадь ЭМГ m. tibialis anterior к концу 1 суток иммерсии незначительно снизилась (рис. 14, Б1). В дальнейшем площадь ЭМГ m. tibialis anterior снижалась, и к концу 3 суток иммерсии она составила в среднем по группе 18,1±2,2 мкВ/с (рис. 13, Б). При этом у большинства испытуемых к концу 3 суток иммерсии она практически не изменилась. Лишь у одного испытуемого (№ 3), у которого к концу 1 суток иммерсии отмечалось незначительное снижение площади ЭМГ, к концу 3 суток она увеличилась, достигнув более 40 % от исходной величины (рис. 14, Б2).
Таким образом, после пребывания в иммерсии жесткостные и электромиографические показатели изменялись. Выраженность изменений у испытуемых значительно варьировала, однако характер изменений и динамика восстановления были однонаправлены.
Корреляционный анализ изменений ПЖ и ЭМГ т. soleus и т. tibialis anterior в ходе 3-суточной иммерсии.
Данные корреляционного анализа показали, что изменения средних значений ПЖ и площади ЭМГ в обеих мышцах были однонаправлены (рис. 15). Коэффициенты корреляции этих показателей были высокими, составляя 0,998 для m. soleus и 0,971 для т. tibialis anterior (табл. 3) При этом направленность изменений в m. soleus и т. tibialis anterior была прямо противоположной: в m. soleus ПЖ и площадь ЭМГ будучи максимальными в фоне, резко снижались к концу 1 суток и выявляли тенденцию к восстановлению, приближаясь к фоновым значениям к концу 3 суток (рис. 15, А). В m. tibialis anterior, напротив, фоновые значения ПЖ и площади ЭМГ были минимальными, резко возрастая к концу первых суток, и снижались, приближаясь к фоновым значениям к концу 3 суток (рис. 15, Б).
Как указывалось ранее в работе, изменения ПЖ и площади ЭМГ обеих мышц в 1 и в 3 сутки иммерсии у различных испытуемых существенно разнились. В связи с этим представлял интерес индивидуальный анализ соотношений этих изменений. Результаты анализа, представленные в таблице 3, свидетельствуют о том, что величины изменений мышечной активности и жесткости в обеих мышцах не были связаны.
Влияние 7-суточной иммерсии на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени
Данная экспериментальная серия проведена с участием 10 испытателей. Поперечную жесткость (ГОК) и электромиограмму покоя (ЭМГ) мышц голени регистрировали до, на 1 и 3 сутки иммерсии и сразу после иммерсии. Методика регистрации подробно описана в главе 2.3
Фоновые характеристики т. soleus и т. tibialis anterior в эксперименте с 7-суточной иммерсией.
До иммерсии средние значения ПЖ т. soleus и т. tibialis anterior незначительно отличались друг от друга, составляя 10,7±3,5 кПа и 10,0±5,3 кПа соответственно (рис. 22, А). При этом в m. soleus у различных испытуемых значения ПЖ варьировали в широких пределах - от 6,1 до 15,7 кПа, авт. tibialis anterior от 4,4 до 20,2 кПа (рис. 22, А).
Средние значения площади ЭМГ мышц голени также незначительно отличались друг от друга, составляя в m. soleus 9,2±2,5 мкВ/с, авт. tibialis anterior 10,9±4,2 мкВ/с (рис. 22, Б). Индивидуальная вариативность площади ЭМГ у всех испытуемых как в m. soleus, так и в m. tibialis anterior изменялась в широком диапазоне (рис. 22, Б).
Изменения характеристик ПЖ и ЭМГ т. soleus в ходе 7-суточной иммерсии.
ПЖ т. soleus на протяжении всего иммерсионного воздействия достоверно снижалась, составив к концу первых суток иммерсии в среднем по группе 8,6±2,6 кПа (рис. 23, А). Следует отметить, что ПЖ m. soleus снижалась у всех испытуемых группы, кроме одного снижение было значительным и у большинства испытуемых составляло более 30 % от исходных значений (рис. 24, А1).
В дальнейшем, продолжая снижаться, ПЖ m. soleus к концу 3 суток иммерсии составила в среднем по группе 7,6±1,6 кПа (рис. 23, А). Как и после 1 суток, снижение ПЖ отмечалось у всех испытуемых группы, кроме одного: выше фона ПЖ оказалась у испытуемого № 6, у которого после 1 суток ПЖ m. soleus была снижена. У испытуемого № 3, у которого после первых суток снижение ПЖ было наибольшим в группе, к концу 3 суток ПЖ снизилась еще более значительно, составив 50 % от исходной величины (рис. 24, А2).
Как показывает рис. 23, А, ПЖ m. soleus оставалась сниженной до конца иммерсионного воздействия, составив к концу 7 суток в среднем по группе 7,3±2,4 кПа. При этом ПЖ m. soleus была ниже исходных данных у всех испытуемых группы. В ходе иммерсии направленность изменений ПЖ т. soleus у различных испытуемых существенно разнилась. У испытуемого № 3, как и после 1 и 3 суток, на 7 сутки снижение ПЖ m. soleus было максимальным - более чем на 50 % по сравнению с фоном. У испытуемого № 4 при значительном снижении на 1 и 3 суток иммерсии, к концу 7 суток ПЖ приблизилась к исходной (рис. 24, A3).
Площадь ЭМГ m. soleus также достоверно снижалась на протяжении всей иммерсии, составив к концу первых суток в среднем по группе 8,1±1,9 мкВ/с (рис. 23, Б). Снижение площади ЭМГ также отмечалось у всех испытуемых группы, кроме одного. Однако в отличие от ПЖ это снижение в 1 сутки у всех испытуемых было не столь значительным, лишь у испытуемого № 2 к концу 1 суток площадь ЭМГ снизилась более чем на 50 % от исходной величины. Увеличение площади ЭМГ у испытуемого № 5 также было значительным, составив 60 % от фона (рис. 24, Б1).
К концу 3 суток иммерсии площадь ЭМГ m. soleus, оставаясь сниженной, составила в среднем по группе 8,0±3,3 мкВ/с (рис. 23, Б). Однако в сравнении с данными 1 суток снижение площади ЭМГ отмечалось у большинства испытуемых группы. При этом у испытуемого № 5, у которого после 1 суток иммерсии площадь ЭМГ была увеличенной, к концу 3 суток она снизилась до фоновых значений (рис. 24, Б2).
В дальнейшем площадь ЭМГ m. soleus продолжала снижаться, достигнув к концу 7 суток иммерсии значений б,3±3,3 мкВ/с (рис. 23, Б). При этом ее значения у большинства испытуемых группы по-прежнему были ниже фоновых. У испытуемого № 2, отличавшегося на протяжении всей иммерсии максимальным снижением площади ЭМГ, к концу 7 суток данное снижение достигло 72 % от исходной величины. Существенно снизилась площадь ЭМГ также у других испытуемых (№ 3, № 4, № 6). Лишь у испытуемых № 5 и № 7 площадь ЭМГ к концу 7 суток оставалась несколько увеличенной (рис. 24, БЗ).
Изменения характеристик ПЖ и ЭМГ т. tibialis anterior в ходе 7-суточной иммерсии.
ПЖ m. tibialis anterior к концу первых суток иммерсии, напротив, достоверно увеличилась, составив в среднем по группе 11,1 ±4,9 кПа (рис. 25, А). Как показано на рис. 26, А1, эта достоверность стала результатом значительного увеличения ПЖ у трех испытуемых группы. У остальных испытуемых к концу 1 суток ПЖ изменилась незначительно.
К концу 3 суток иммерсии ПЖ m. tibialis anterior достоверно снизилась, составив в среднем по группе 10,4±3,8 кПа (рис. 25, А). Однако, несмотря на это снижение, ее значения в среднем достоверно превышали фоновые. Рассмотрение индивидуальных данных показывает, что к 3 суткам иммерсии у большинства испытуемых ПЖ m. tibialis anterior была либо значительно увеличенной (№ 1, № 3, № 6, № 8), либо неизменной (№ 4 и № 7) и лишь у 3 испытуемых существенно уменьшилась (№ 2, № 5, № 9), что и отразилось в величинах средних значений (рис. 26, А2).
В дальнейшем ПЖ m. tibialis anterior снизилась более значительно и к концу 7 суток иммерсии достигла значений ниже фоновых - 8,6±1,9 кПа (рис. 25, А). У большинства испытуемых группы при этом значения ПЖ т. tibialis anterior достигли исходных либо отличались от них незначительно. Вместе с тем у трех испытуемых (№ 1, № 5 и № 9) снижение ПЖ к концу 7 суток было значительным (рис. 26, A3).
Площадь ЭМГ m. tibialis anterior, как и ПЖ, к концу первых суток иммерсии достоверно увеличилась, составив в среднем по группе 12,1±5,8 мкВ/с (рис. 25, Б). Эта достоверность также была результатом увеличения площади ЭМГ у трех испытуемых группы. У двух других площадь ЭМГ т. tibialis anterior к концу 1 суток иммерсии не изменилась (№ 1 м № 4), а у одного (№ 6) незначительно снизилась (рис. 26, Б1).
К концу 3 суток площадь ЭМГ m. tibialis anterior незначительно снизилась, составив в среднем по группе 11,5±5,7 мкВ/с (рис. 25, Б). Однако ее значения в среднем были достоверно выше фоновых. Увеличение площади ЭМГ при этом отмечалось лишь у половины испытуемых. У испытуемого № З, у которого к концу 1 суток увеличение площади ЭМГ было максимальным, к концу 3 суток значения ее достигли фоновых (рис. 26, Б2).
В дальнейшем площадь ЭМГ m. tibialis anterior продолжала снижаться аналогично ПЖ, и к концу 7 суток иммерсии она достоверно снизилась, составив в среднем по группе значения ниже исходных - 10,4±4,8 мкВ/с (рис. 25, Б). При этом у всех испытуемых значения площади ЭМГ m. tibialis anterior колебались в пределах фоновых значений (рис. 26, БЗ).
Таким образом, после пребывания в иммерсии жесткостные и электромиографические показатели изменялись. Выраженность изменений у различных испытуемых значительно варьировала, однако направленность изменений и динамика восстановления были аналогичными.
Корреляционный анализ изменений ПЖ и ЭМГ т. soleus и т. tibialis anterior в ходе 7-суточной иммерсии.
Данные корреляционного анализа показали, что изменения средних значений ПЖ и площади ЭМГ как m. soleus, так и m. tibialis anterior были однонаправлены и изменялись параллельно друг другу (рис. 27). Коэффициенты корреляции для данных показателей были высокими, составляя 0,847 для m. soleus и 0,943 для т. tibialis anterior (табл. 5) При этом направленность изменений не была однородной: в m. soleus значения ПЖ и площади ЭМГ, будучи максимальными в фоне, снижались в ходе всего иммерсионного воздействия (рис. 27, А). В m. tibialis anterior значения ПЖ и площади ЭМГ резко возрастали в первые сутки иммерсии, далее снижались, достигнув на 7 сутки минимальных значений (рис. 27, Б).
Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени у больных после ишемического инсульта
Исследования данного раздела работы проведены на базе 1-ой Городской клинической больницы им. Пирогова Н.И. совместно со специалистами кафедры неврологии 2-го Медицинского Института. В исследовании приняли участие 17 больных с острым нарушением мозгового кровообращения по ишемическому типу; из них 11 пациентов с поражением в районе правой внутренней сонной артерии, 3 с поражением в районе левой внутренней сонной артерии, 3 с поражением в районе левой сонной мозговой артерии.
Неврологический статус пациентов оценивался лечащими врачами на основании показателей объективных неврологических шкал Линдмарка и Бартеля и оценки глубины спастичности мышц по шкале Ашвора. Все шкалы представлены в таблицах П4-1 - П4-3 приложения 4.
Исследование тонуса мышц голени у больных проводили после 14 суток постельного режима, обусловленного ишемическим инсультом. Мышечный тонус оценивали по показателям поперечной жесткости (ПЖ), определяющейся по методике, подробно описанной в главе 2. Тонус исследовали в покое и во время применения механической стимуляции опорных зон стоп.
С целью выявления эффектов механической стимуляции опорных зон стоп на тонус и электромиографическую активность мышц голени у каждого пациента группы исследовались показатели поперечной жесткости (ПЖ) и площади электромиограммы покоя (ЭМГ) m. soleus и т. tibialis anterior обеих ног до и во время механостимуляции опорных зон стоп.
Больные с правосторонним поражением.
Согласно полученным данным, на ранней стадии реабилитации в покое у больных ишемическим инсультом наблюдаются выраженные асимметричные изменения ПЖ мышц голени с преобладанием ПЖ флексорных мышц. Средняя величина ПЖ m. soleus на здоровой ноге в покое составляла при этом 30,5±1,8 кПа, а ПЖ m. tibialis anterior 38,6±3,2 кПа.
Фоновые значения ПЖ га. soleus у различных больных значительно разнились, варьируя в пределах от 19,7 до 39,8 кПа (рис. 34, А). Как видно на рис. 34, В, индивидуальные значения ПЖ m. tibialis anterior были значительно выше и изменялись в более широком диапазоне (от 28,1 до60,6 кПа).
Значения ПЖ обеих мышц на паретичной ноге были существенно ниже, составляя в m. soleus в среднем 25,6±2,8 кПа, авт. tibialis anterior - 33,8±3,4 кПа. Фоновые значения ПЖ т. soleus паретичной ноги, как и на здоровой стороне, у различных больных существенно разнились, варьируя от 14,5 до 37,8 кПа (рис. 34, А). Индивидуальные значения ПЖ m. tibialis anterior были значительно выше и изменялись в более широком диапазоне (рис. 34, В).
Средние значения площади ЭМГ мышц голени в покое, в отличие от ПЖ, у всех больных различались незначительно и изменялись в более узком диапазоне (рис. 34, Б, Г), составляя в m. soleus здоровой ноги 13,5±0,4 мкВ/с, авт. tibialis anterior 15,9±0,4 мкВ/с.
Средние величины площади ЭМГ в обеих мышцах паретичной ноги почти не отличались от здоровой, составляя в m. soleus 13,б±1,1 мкВ/с и в т. tibialis anterior 16,9±1,1 мкВ/с. При этом как в m. soleus, так и в m. tibialis anterior у всех больных значения площади ЭМГ были близкими, варьируя в узком диапазоне (рис. 34, Б, Г).
При механической стимуляции опорных зон стоп жесткостные и электромиографические показатели изменялись, при этом изменения в экстензорах и флексорах были разнонаправленными. ПЖ m. soleus достоверно увеличивалась, составив в среднем по группе в здоровой ноге 32,9±2,1 кПа и в паретичной - 30,4±2,3 кПа. ПЖ m. tibialis anterior, наоборот, достоверно снижалась, составив в среднем по группе в здоровой ноге 33,2±3,1 кПа и в паретичной ноге 30,0±3,3 кПа (рис. 35, А). В результате выраженная ассиметрия изменений тонуса мышц голени, наблюдавшаяся в первые дни после инсульта, сглаживалась.
Аналогично значениям ПЖ величины площади ЭМГ при опорной стимуляции также изменялись. Площадь ЭМГ m. soleus увеличивалась, составив в среднем в здоровой ноге 17,7±0,4 мкВ/с и в паретичной - 19,5±0,8 мкВ/с, а площадь ЭМГ m. tibialis anterior, наоборот, снижалась, составив в среднем в здоровой ноге 15,0±0,8 мкВ/с и в паретичной - 15,6±0,8 мкВ/с (рис. 35, Б).
Больные с левосторонним поражением.
Направленность изменений ПЖ и площади ЭМГ в исследуемых мышцах голени у больных с левосторонним поражением в покое и при применении опорной стимуляции не отличались от изменений в группе больных с правосторонним поражением. Средняя величина ПЖ m. soleus в здоровой ноге составляла 26,2±2,2 кПа, авт. tibialis anterior - 39,7±3,1 кПа. При этом у различных больных значения ПЖ в m. soleus варьировали в пределах от 18,5 до 35,6 кПа (рис. 36, А), авт. tibialis anterior значения ПЖ были значительно выше и более вариативны (рис. 36, В).
Паретичной ноге распределение значений ПЖ в исследуемых было аналогичным. Средняя величина ПЖ m. soleus составляла кПа, a m. tibialis anterior 38,9±2,2 кПа (рис. 36, А, В).
Как и при правостороннем поражении, средние значения площади ЭМГ мышц голени у всех больных с левосторонним поражением были несколько менее вариативны, составляя (в m. soleus и т. tibialis anterior) в здоровой ноге 15,0±0,3 мкВ/с и 16,7±0,8 мкВ/с (рис. 36, Б, Г), а в паретичной - 16,6±0,4 мкВ/с и 18,5±1,3 мкВ/с соответственно (рис. 36, Б, Г).
При механической стимуляции опорных зон стоп жесткостные и электромиографические показатели исследуемых мышц достоверно изменялись: ПЖ m. soleus как на здоровой, так и на паретичной ноге увеличивалась, а ПЖ m. tibialis anterior, напротив, снижалась (рис. 37, А). В результате выраженные ассиметричные изменения тонуса мышц голени нивелировались.
Аналогично изменениям показателей ПЖ изменялись и показатели площади ЭМГ, увеличиваясь в m. soleus и снижаясь в т. tibialis anterior (рис. 37, Б).
