СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОСТТРАВМАТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ КОЛЕННОГО СУСТАВА Российский патент 1998 года по МПК A61B5/488 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологи и ортопедии, разделу травм и заболеваний коленного сустава, и может быть использовано для диагностики нестабильности коленного сустава.

Современный основной метод определения нестабильности в двух стабильных сгибательных позициях (H. Dejor, 1972; М.Э. Анис Элсаид, 1993; С.П. Миронов, 1994) является недостаточным в силу своей субъективности ( см.табл.). Применяя способы и устройства диагностики повреждений крестообразных связок (Котельников Г. П. , 1987), тем не менее каждый специалист решает о степени функциональной выраженности клинических симптомов нестабильности на основании своего опыта; даже используя разработанные в баллах тесты, часто невозможно объективно оценить субъективные последствия травмы и показания к оперативному лечению, а также результаты лечения (Ремизов В.Б. 1988; VI Конгресс ESSKA, 1994 г.). Это происходит из-за отсутствия определения мышечного компонента стабилизации и его недооценки в функционировании колена (С.П. Миронов, 1994) в связи с методическими трудностями. В результате биомеханические изменения после травмы или операции становятся причиной развития деформирующего артроза с дальнейшей потерей в разной степени функции коленного сустава (Фридланд Л.Б., 1993).

Использование рентгенограмм, в т.ч. с дополнительным контрастированием (пневмоартрография, двойное контрастирование и т.д.) мягкотканевых структур (З.С. Миронова, Ф.Ю. Фалех, 1982; T. Claes, G. Declered, 1986), не позволяет оценить динамику стабилизации и индивидуальные особенности функционального состояния коленного сустава, так как рентгенография исследует статическую систему колена. Дополнительные же функциональные пробы достаточно информативны на рентгенограмме лишь в случае резко выраженной нестабильности с достаточно ясной клинической картиной и не используются в широкой практике в целях основной диагностики (Краснов с соав., 1989; Фридланд Л.В., 1993; Seaberg DS., Jackson R., 1994).

Применение компьютерной томографии и ЯМР-сканирования, обладающих значительными диагностическими возможностями, очень дорогостоящее, кроме того невозможно точно оценить изменения сенсорной афферентации после травмы колена, являющиеся основным пусковым звеном в нарушении динамического стереотипа ходьбы у больных (Sonin AN. et al., 1994; Steele JR., Basu A., Job A., 1994; Takai R. et al., 1994; Grifka J. et al., 1994). Эти методики, также детализируя морфологические изменения, оставляют без внимания общефункциональные процессы, что часто приводит к игнорированию динамической стабилизации и различию в конкретных тактических решениях (Brabd K.D. et al., 1991; Фридланд Л.В., 1993).

По мнению Slaberg DS., Jackson R. (1994) и других исследователей (VI Конгресс ESSKA, 1994 г.), лишь артроскопия во многом снимает диагностические трудности. Однако метод является инвазивным, часто не позволяет решить вопрос адекватного восстановления анатомических структур из-за отсутствия точной предварительной функциональной оценки и дальнейшего неинвазивного мониторинга (Clayer M., Atkinson R., 1994; Boszotta H., Helperstorfer M., 1994; C. Rangger et al., 1994). Проблема становится еще более актуальной, если на фоне невыраженной клинической картины нестабильности артроскопических изменений не выявлено (Weber M., 1994), а также после артроскопического восстановления менисков (Kamamura H. et al., 1994). Это связано с диагностикой во время артроскопии морфологических структур, а нестабильность колена отражает прежде всего его функциональное состояние (Краснов А.Ф., Котельников Г.П., 1990; Фридланд Л.Б., 1993). Необходимо отметить при артроскопии возможность осложнений, как и при любом другом инвазивном методе исследований.

Поэтому позволяющее преодолеть вышеперечисленные проблемы точное определение функционального состояния колена, по Jaramillo J., Morell TW., Ingersoll CD. (1994), является необходимым элементом диагностики, но не нашло должного решения в литературе (С.П. Миронов, 1994).

В некоторых работах в качестве иллюстративного материала используются данные миографии (Комогорцев И.Е. 1988 г.; Фридланд Л.В., 1993 г.; Чукина с соав. , 1994). По C. Bastian и B. Reiner (1987), Гриценко с соавт., 1992 г., и др. возможности методики в обследовании нервно-мышечных болезней очень высоки. Это позволило нам использовать миографическую методику в целях основы для объективной функциональной диагностики нестабильности коленного сустава.

Прототипом способа является описанное в Akta ortopaed. skand. - 1989. - vol. 60, N 3. - P.322-325 (Kariya Y., Itoh M., Nakamura T., Yagi K., Kurosawa N. ) исследование мышц бедра при недостаточности крестообразных связок. Авторы магнитно-резонансной спектрометрией определяли содержание фосфокреатина, неорганического фосфата и АТФ в мышцах бедра на здоровой и травмированной конечности. Полученное прямое коррелирование отношения фосфокреатин/неорганический фосфат и площади поперечного сечения мышцы предложено в основу диагностики функциональных изменений коленного сустава. Однако необходимость дорогостоящего оборудования и методические трудности в интерпретации части полученных данных не позволили использовать методику в широкой практике.

Новизна предлагаемого способа заключается в применении формульной оценки результатов исследований функции контрлатеральных антагонистических мышц обеих бедер на основе оригинальной концепции биомеханики травмированного колена и использовании полученных нейтральных коэффициентов в целях диагностики его нестабильности:
&_р = (M_c • м_р)/(м_с • M_р) • 100% [4]

где
&_р - коэффициент нестабильности;
ч и Ч - средняя амплитуда миограммы четырехглавой мышцы на здоровой (ч) и большой (Ч) конечностях;
д и Д - средняя амплитуда миограммы двухглавой мышцы аналогично (p < 0,05);
M и м - промежуточные коэффициенты (соответственно на больной и здоровой конечности);
знак "с" указывает, что коленный сустав находится в положении сгибания, а знак "р" - в положении разгибания;
@ - - угол в положении максимального сгибания между осью бедра и голени.

Если & _р > 107%, то коленный сустав нестабилен (норма-&_р от 100% до 107%). Таким образом, & _р оценивает патологию коленного сустава и может служить основой для выработки единой лечебной тактики.

В предлагаемой работе в целях максимальной доступности для внедрения в широкую практику миография проводилась с использованием накожных электродов и электрокардиографа "Малыш" ЭК1Т-04 (модель 017). Современные элекрокардиографы имеются в каждом лечебном учреждении и с успехом могут заменить электромиограф. Стандартная чувствительность электрокардиографа составляет 20 мм/мВ, частотная характеристика находится в пределах от 0,2 до 60 Гц, постоянная времени 2 с, вход симметричный в пределах 20 мОм. Такая техническая характеристика обеспечивает регистрацию потенциалов без искажений по частоте от 1 до 60 Гц и по амплитуде до 15 мВ (от пика отрицательной до пика положительной фазы). Скорость лентопротяжного механизма 50 мм/с, отношение усиления амплитуды 2:1. Потенциалы подаются на I отведение.

В положении покоя больной сидит на крае стула (край стула соответствует ягодичным складкам), спина опирается на спинку стула, при этом оба бедра в горизонтальной плоскости, голени в положении сгибания 60^o, отводящие накожные прямоугольные одноповерхностные электроды 3/1 см крепятся с помощью резиновых бинтов после обработки кожи 70% спиртом: а) 1 электрод на переднюю поверхность бедра на расстоянии 5 см от верхнего полюса надколенника, 2 электрод на 3 см проксимальнее первого; б) 1 электрод на заднюю поверхность бедра на расстоянии 5 см от подколенной складки в проекции сухожилия m.biceps, 2 электрод - на 3 см проксимальнее первого. Между электродами и кожей прокладка из 4 слоев хлопчатобумажной марли с равными электроду размерами, смоченная стерильным 10% раствором поваренной соли.

В положении сгибания и разгибания колена регистрировались отведенные миопотенциалы. Разгибание: исследуемый коленный сустав максимально выпрямлен, нога уложена областью подколенной ямки на другую ногу. Сгибание: исследуемый сустав максимально согнут, при этом ось бедра для удобства пациента выше уровня горизонтальной плоскости на 30^o.

Амплитуда миограммы (от пика положительной до пика отрицательной фазы) вычислялась как средняя (p < 0,05). Так как накожные электроды получают суммарный потенциал со всей группы участвующих в сокращении мышц (Персон П.С., 1987 г. ), мы не дифференцировали в формулах [3] и [4] сгибательную электрическую активность на порцию biceps, semitendinosus и т.д. Это является предметом дальнейших исследований в плане точной количественной характеристики биомеханических изменений после травмы коленного сустава и не служит предметом настоящей работы.

В наших исследованиях в силу их индивидуальности (сравниваются однотипные группы мышц контрлатеральных сегментов нижних конечностей на одном пострадавшем) различия быстрых и медленных волокон, являющиеся основной методической трудностью, не учитывались: F₁ - сила одной двигательной единицы (DE) принята const; F-nF₁, где F - действующая сила мышцы, n-число функционирующих DE. По Sika с соавт. 1971 г., Персон Р.С. 1987 г., и др., число функционирующих DE в случае отсутствия разницы между волокнами пропорционально амплитуде M-ответа, если раздражитель мышцы в физиологических пределах, т.е. зависимость между интегрированной амплитудой ЭМГ и силой сокращения мышцы в диапазоне до 20%-30% максимальной силы сокращения линейная (Johnson B., 1976). Так как в наших исследованиях нагрузка на мышцу не превышает 20% (удерживается в равновесии масса голени), F ~ A - сила мышцы пропорциональна амплитуде миограммы. Следовательно, в формулах [2] и [4] миографическая амплитуда тождественна силе мышц.

Рассматривая коленный сустав как одноподвижный V класса, что следует из теории машин и механизмов (Гуляев В.И. и соавт., 1989; Коловский М.З., 1989; Фролов К.В., 1990; Болотин В.В., 1990; Бродский И.Л., 1992), мы считаем, что нестабильность следует определит как дополнительную степень подвижности голени относительно мыщелков бедра. Поэтому необходимым и достаточным условием стабильности коленного сустава является функциональная конгруентность суставных поверхностей, т. е. движение суставной поверхности голени должны соответствовать движениям суставной поверхности мыщелков бедра. Или функциональная площадь опоры бедра должна соответствовать опорной площади большеберцовой кости: C₁=C₂, где C₁ - площадь опоры бедренной кости, C₂ - опорная площадь большеберцовой кости.

Если C₁ > C₂, то сустав нестабилен (большеберцовая кость проскальзывает относительно бедренной).

С другой стороны, ограничение подвижности суставной поверхности голени относительно мыщелков бедра (C₁< C₂) предполагает наличие дополнительного фактора стабилизации сустава, в т.ч. за счет костных изменений - развития деформирующего артроза.

Представим P₁= F₁/C₁, где P₁ - давление бедренной кости на голень, F₁ - сила давления; P₂= F₂/C₂, где P₂-давление голени на бедренную кость, F₂ - сила реакции опоры;
Так как P₁= P₂, справедливо равенство: F₁/C₁=F₂/C₂, или C₁/C₂=F₁/F₂. Аналогично для здоровой конечности: c₁/c₂=f₁/f₂. Предполагая, что на здоровой конечности сустав стабилен и без артрозных изменений, имеем: c₁/c₂=1; значит, f₁/f₂; но F₁= f₁=весу тела. Таким образом, C₁/C₂=f₂/F₂ [1] или &= f₂/F₂, [1] , где & - коэффициент нестабильности сустава; f₂ - сила реакции опоры неповрежденного сустава, F₂ - аналогично, сила реакции опоры поврежденного сустава [на больной конечности].

Так как сила реакции опоры приложена на суставную поверхность голени, то по модулю и направлению она является стабилизирующей силой, т.е. силой ограничения подвижности голени относительно бедра.

Стабилизирующую силу представим двумя компонентами - связочным и мышечным: F₂=R+M, f₂=r+m, где R и r-сила связочного аппарата на больной и здоровой конечности, M и m - мышечная стабилизирующая сила соответственно.

Примем, что обе конечности находятся в состоянии покоя: в положении сидя, сгибание в коленном суставе 60^o. Тогда стабилизирующая сила связочного аппарата и капсулы сустава пренебрежимо мала. Следовательно, формула [1] примет вид:
&=m/M [2]
Рассматривая горизонтальную проекцию сгибательно-разгибательных сил бедра на голень, нельзя не отметить распределение точек их действия в виде треугольника. Однако по изложенным выше причинам (используются накожные электроды) мы рассматриваем интегративный показатель силы сгибателей без его дифференцирования. Поэтому проекционно:
&_п= [ч_п+d_п•cos@]/[Ч_п•D_п•cos@], [3]
где ч_п и Ч_п - модуль силы четырехглавой мышцы в покое на здоровой и больной конечностях;
d_п и D_п - модуль силы двуглавой мышцы аналогично,
@ - угол между векторами сил, равный углу между осью бедра и голени.

Рассмотрим коленный сустав в положении максимального сгибания и положении максимального разгибания, формула [1] запишется в виде:
&_с= f_с2/ F_с2
&_р= f_р2/F_p2
в дальнейшем &_с = f_с/ F_с, &_р = f_р/ F_р
где
знак "с" указывает, что коленный сустав находится в положении сгибания,
знак "р" - соответственно в положение разгибания.

В силу того, что мы рассматриваем крайние положения максимального активного сгибания и разгибания голени, запишем: с_р/ м_р= с_с/м_с= e. Следовательно, f_с= km_с, f_р= km_р, где k=1+e. Аналогично для травмированной конечности F_с= KM_с, F_р= KM_р. &_с=1 - так как коленный сустав в положении максимального сгибания полностью стабилизирован в связи с функциональным изменением суставных взаимоотношений. Поэтому
&_р=(M_с • м_р)(м_с • M_р) [4],
где проекционно


Таким образом, из [3] и [4] следует, что функциональная стабильность коленного сустава зависит от степени миодисбаланса бедра.

Полученный коэффициент нестабильности коленного сустава в положении максимального разгибания для удобства и наглядности выражен в процентах.

В целях установления нормальных границ показателя &_р обследована группа совершенно здоровых лиц трудоспособного возраста без травм нижних конечностей в анамнезе. Получены значения (p < 0,05) &_р=103,5 ± 3,5%.

Клинические примеры:
Больной Б., 46 лет, оперирован 26.10.94 по поводу закрытого поперечного перелома средней трети диафиза левого бедра. Произведен интрамедуллярный остеосинтез штифтом типа ЦИТО. Через год штифт удален в связи с полной консолидацией перелома. В октябре 1994 обследован с целью выявления отдаленных последствий травмы. На момент осмотра жалоб не предъявлял. Антропометрия и объем движения в суставах нижних конечностей изменений не выявил. При статическом исследовании определен антеромедиальный A1MO тип нестабильности коленного сустава на травмированной конечности (по классификации С.П. Миронова с соав., 1994). Однако, используя данные миографии, получен коэффициент &_р= 103 ± 0,5. Сделан вывод об отсутствии функциональной нестабильности у данного больного.

Больная А., получила травму правого коленного сустава в октябре 1993 г., лечилась консервативно. На момент осмотра (октябрь 1994 г.) беспокоят боли в суставе, отеки после длительной ходьбы. Определяется нестабильность A2M1.

&_р= 112 ± 0,5.

Больной Т., оперирован 22.05.91 по поводу закрытого поперечного перелома средней трети диафиза левого бедра. Произведен интрамедуллярный остеосинтез штифтами Богданова. 18.11.91 штифт удален в связи с полной консолидацией перелома. В октябре 1994 обследован с целью выявления отдаленных последствий травмы. На момент осмотра жалобы на боли в области мышц бедра после ходьбы, отеки коленного сустава, прихрамывание во время бега. Определяется нестабильность A2M2 на фоне уменьшения антропометрического объема бедра на 3 ± 0,5 см в верхней трети и 2 ± 0,5 см в нижней трети бедра.

&_р = 115 ± 5.

Г., 14.06.92 оперирован по поводу открытого перелома внутреннего мыщелка правого бедра без смещения (ПХО раны). Обследован через 2 года - выявляется нестабильность A1MO правого коленного сустава.

&_р= 103 ± 0,5.

С. , 36 лет, оперирован в 1987 г. по поводу закрытого перелома левого бедра. Штифт удален в 1992 году. При обследовании в 1994 г. боли в области бедра и голени после ходьбы. Антропометрически увеличение объема мышц бедра в средней трети на 3 ± 0,5 см., выявляется нестабильность A1MO коленного сустава.

&_р=105 ± 0,5.

И., 24 г., 7.08.93 выполнен остеосинтез болтом-стяжкой наружного мыщелка правого бедра. Металлоконструкция удалена 17.04.94. , обследован через 9 месяцев с жалобами на периодический отек коленного сустава, боли после длительной ходьбы. Отмечается атрофия мышц бедра на 2 ± 0,1 см, нестабильность A1M1 коленного сустава.

&_р=110 ± 0,5.

Таким образом, предлагаемый способ очень эффективен, прост, доступен, точно оценивает функциональную нестабильность коленного сустава, позволяет использовать полученные коэффициенты для объективной диагностики посттравматических динамических изменений в широкой практике, в т.ч. для контроля функционального восстановления, и может служить основой для выработки единой лечебной тактики. Это позволит избежать ошибки в лечении и при наблюдении пациентов с травмой коленного сустава, улучшит результаты лечения за счет его своевременной стабилизации. Метод возможно также использовать в качестве экспресс-диагностики при острой травме колена.

Способ предназначен для диагностики и лечения коленного сустава. Способ включает математическую формульную оценку данных миографии. При этом нестабильность коленного сустава оценивают коэффициентом мышечной стабилизации, где при коэффициенте, большем 1,07, сустав функционально нестабилен. Способ позволяет определить степень стабильности сустава в момент функциональной нагрузки, что очень важно для определения тактики лечения. 1 табл.

Способ диагностики функциональной нестабильности коленного сустава путем математической формульной оценки данных миографии, отличающийся тем, что нестабильность оценивают коэффициентом мышечной стабилизации и при коэффициенте, большем 1,07, сустав функционально нестабилен.