Способ диагностики готовности к нагрузке коленного сустава после реконструкции передней крестообразной связки Российский патент 2025 года по МПК A61B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и реабилитации больных после хирургической реконструкции передней крестообразной связки коленного сустава.

Уровень техники.

Из статьи Преображенского В.Ю. и др., Оценка физического состояния спортсменов после пластики передней крестообразной связки с целью предупреждения повторных травм, Доктор.Ру, 2011, 8, pp.38-41 известно определение оптимальных методов оценки физического состояния у 96 спортсменов после пластики передней крестообразной связки (ПКС) коленных суставов для предотвращения раннего травматизма.

Обследование включало: осмотр травматолога; изокинетический тест оценки силы мышц бедер; видеоанализ движений ног с оценкой нестабильности коленного сустава во время ходьбы, бега, удара по мячу; нагрузочный тест на тредмиле с эргоспирометрией с увеличивающейся нагрузкой. Через 12 месяцев после тестирования и возобновления активной соревновательной деятельности в ходе телефонного опроса спортсменов было зафиксировано 12 случаев травмы. Спортсмены с травмами составили первую группу, избежавшие травм - вторую. Проведен ретроспективный межгрупповой анализ данных тестирования спортсменов по окончании реабилитации.

Результаты исследования показали возможность идентификации спортсменов с повышенным риском травматизма после пластики ПКС.

В группу повышенного риска могут входить спортсмены с худшими показателями физического и функционального состояния.

Однако раскрытые в данном источнике проводимые тесты носят чисто клинический характер и оценка их субъективна. В работе не конкретизируется количественно, что является худшим показателем физического и функционального состояния. Кроме этого, данное исследование включает только ретроспективный анализ клинических данных у спортсменов, что трудно экстраполировать на обычных людей, не занимающихся специфической физической активностью.

Из статьи Амжад А.Б. Хамдони, Электромиография как метод объективизации результатов физической реабилитации травм связочного аппарата коленного сустава после хирургического лечения "Pedagogics, psychology, medical-biological problems of physical training and sports, no. 1, 2008, pp. 8-11", известно обследование методом электромиографии приняли участие 38 больных, которые прошли хирургическое лечение по поводу повреждения связочного аппарата коленного сустава (21 больной основной группы и 17 - контрольной). Регистрация ЭМГ осуществлялась при помощи электоромиографа с четырехглавой мышцы бедра. Обработка ЭМГ - площадь (в усл. ед.) и временные характеристики - осуществлялась при помощи ЭВМ по способу, описанному А.Н. Лапутиным. Временные характеристики электромиограмм. Результаты исследования показывают, что у больных контрольной группы временная структура мышечной активности в количественном и качественном отношении значительно отличается от основной группы спортсменов. Если у больных основной группы в среднем длительность мышечной активности составляет для четырехглавой мышцы 212 мс, то у больных контрольной группы она равна 160 мс. Эти различия носят статистически достоверный характер (р<0,001).

Однако в данном исследовании показано отличие функции мышц (по временному параметру) у больных, прошедших хирургическую реконструкцию и здоровых. В контексте определения возможности давать нагрузку больше-меньше больным в восстановительном периоде после реконструкции это исследование не имеет данных.

Из авторского свидетельства SU 1639630 А1 (АНИСИМОВ АЛЕКСАНДР ИОСИФОВИЧ) 07.01.1991 известно изобретение, которое относится к области медицины, а именно к травматологии. При этом способ позволяет сократить сроки восстановления утраченных функций, что достигается установлением адекватных сроков начала активных движений сустава. Для этого производят регистрацию биоэлектрической активности мышц антагонистов, осуществляющих движение в поврежденном суставе и одноименных мышц интактной конечности, определяют количество электрических импульсов, генерируемых исследуемыми мышцами за 5 с при максимальном изометрическом напряжении, и при увеличении частоты разрядов двигательных единиц в мышцах травмированной конечности до 50% и выше от аналогичных показателей интактных мышц, начинают активные движения в поврежденном суставе.

Однако, изобретение направлено на способ определения, когда можно давать нагрузку на оперированную конечность (начинать нагрузку), но не отвечает на вопрос как ее можно менять по мере восстановления функции.

Из диссертации БАЛЬЖИНИМАЕВ Д.Б., Хирургическое лечение пациентов с повреждением передней крестообразной связки (экспериментально-клиническое исследование, диссертация, 17.04.2023 известно, что в послеоперационном периоде следует придерживаться следующих рекомендаций: коленный сустав фиксируется в ортезе в положении полной экстензии, на 2-е сутки после операции разрешается ходьба без костылей, активные движения в коленном суставе разрешаются со 2-х суток после операции до 40°, к концу 1-й недели пациенты активно сгибают коленный сустав до 90°, к концу 2-й недели после операции пациенты активно сгибают коленный сустав до 110°, снятие ортеза происходит через 3-4 недели после операции.

При этом диссертация раскрывает лишь общую усредненную схему ведения больного после реконструктивной операции на коленном суставе. Но не ставится вопрос о том, как она может быть модифицирована под конкретного пациента. И не дает ответа, как можно регулировать нагрузку на сустав, когда пациент уже может ходить. Этот последний период остается за рамками данного исследования.

Из статьи ((Elizabeth Wellsandt et al, Predictors of knee joint loading after anterior cruciate ligament reconstruction, Journal of Orthopaedic Research Volume 35, Issue 3: Injury and Post-Traumatic Osteoarthritis Mar 2017 Pages 389-729» известно проведение исследования, в ходе которого были выявлены следующие прогностические факторы контактных сил в коленном суставе после реконструкции ПКС. Тридцать спортсменов выполнили стандартный анализ походки с помощью поверхностной электромиографии через 6 месяцев после реконструкции ПКС. Для оценки контактных сил в суставе использовалась модель опорно-двигательного аппарата, управляемая электромиографией. Момент приведения внешнего колена был значимым предиктором сил контакта с медиальным отделением в обеих конечностях, в то время как сила вертикальной реакции на землю и совместное сжатие значительно влияли только на неповрежденную конечность. Большое влияние момента приведения колена на силы контакта в суставе дает механистические ключи к пониманию механического пути развития посттравматического остеоартроза после повреждения ПКС.

Указанная исследовательская работа, которая направлена на возможность изучения процесса восстановления коленного сустава с использованием математической модели. На поставленные в нашей работе вопросы - прямого ответа или критерия не имеет. Однако, сама попытка анализа модели сустава с включением мышц является более близкой по сути к предлагаемому решению. Однако, предлагаемое решение оперирует фактическими, а не модельными данными.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение состоит в плавном, прогредиентном ведении пациента в послеоперационном периоде восстановления функции с учетом текущего функционального состояния.

Раскрытие изобретения.

Технический результат заявленного способа заключается в плавном, прогредиентном ведении пациента в послеоперационном периоде восстановления функции с учетом текущего функционального состояния, что позволяет избежать перегрузки оперированного сустава.

Указанный технический результат реализуется за счет нижеследующих приемов.

Выполняют биомеханическое исследование ходьбы путем проведения функциональной пробы. Функциональную пробу проводят в две сессии: первая сессия - регистрация проводится при произвольном темпе ходьбы, вторая - при быстром темпе ходьбы.

При биомеханическом исследовании ходьбы с произвольной скоростью обследуемого получаем максимальную амплитуду сгибания оперированного коленного сустава в периоде переноса ноги. Исследование делается стандартным образом, поэтому получаемое значение является референтным - среднее за 30 и более циклов шага.

Следующим этапом проводим регистрацию биомеханических параметров и, в частности, движений в оперированном суставе при ходьбе с быстрой скоростью - посильной для данного пациента в данный момент. Так же получаем максимальную амплитуду сгибания сустава в периоде переноса ноги.

Проводим анализ двух амплитуд. Если сустав адаптирован к увеличению нагрузки, то его максимальная амплитуда при ходьбе с быстрой скоростью будет больше по значению, чем при произвольной, по крайней мере на 1 градус. Если сустав не адаптирован к увеличению нагрузки, то при быстрой скорости значение анализируемой амплитуды будет или оставаться прежним, или будет меньше по значению.

Осуществление изобретения.

Согласно способу, исследуется динамика (реакция) амплитуды максимального сгибания коленного сустава на проводимую функциональную пробу с увеличением скорости ходьбы относительно привычной, произвольной. Проведение данной пробы предполагает наличие специализированного оборудования, позволяющего регистрировать движения в коленном суставе при ходьбе с разрешающей способностью не ниже, чем в 1 градус с возможностью накопления и последующей обработки достаточного количества исходных данных (от 30 циклов шага для получения необходимой статистики и исключения случайных воздействий). При этом анализу должны подвергаться только циклы шага при установившейся ходьбе, т.е. не после остановки, поворота или других действий, изменяющих характер движений.

Для последующего анализа были выбраны следующие биомеханические параметры.

Временные параметры: длительность цикла шага в сек. Отдельные временные периоды цикла шага измерялись в % от цикла шага: период опоры, период одиночной опоры, суммарный период двойной опоры и параметр начала цикла шага другой ноги (начало второй двойной опоры). Пространственные параметры - высота подъема стопы в см., скорость ходьбы в км/ч.

Для тазобедренных суставов определялась максимальная амплитуда движений при ходьбе в градусах. Для коленных суставов - амплитуда первого сгибания и ее фаза, амплитуда разгибания и ее фаза, амплитуда махового сгибания и ее фаза.

ЭМГ мышц анализировали максимальную, развиваемую амплитуду за цикл шага в мкВ для передней большеберцовой мышцы, икроножных мышц, прямой мышцы бедра, полусухожильной и полуперепончатой мышц бедра.

По результатам функционального исследования все пациенты были разделены на три группы: с характерными функциональными признаками компенсации при увеличении нагрузки (41 человек), с признаками декомпенсации - 6 человек.

По результатам исследования больных с повреждением передней крестообразной связки (ПКС) в разные сроки после травмы в выделенных группах компенсации, декомпенсации были обнаружены следующие характерные симптомы. При увеличении скорости ходьбы достоверно сокращается время цикла шага, периода опоры, двойной опоры, возрастает значение периода одиночной опоры и коэффициента ритмичности, но последний только для группы компенсации. Так же в обеих группах увеличивается амплитуда в тазобедренных суставах. При этом в группе компенсации данная амплитуда увеличивается симметрично и ее значение одинаково, как для стороны поражения, так и для здоровой. А в группе декомпенсации для высокого темпа шага появляется асимметрия амплитуд и ее значение на стороне поражения достоверно ниже.

Все типы перечисленных реакций, за исключением асимметрий, являются физиологическими и характерными для изменения темпа ходьбы в норме [Murray MP, et all 1966; Kirtley С, Whittle MW, Jefferson RJ. 1985; Winter D.A. 1992; Fukuchi C.A., et. al. 2019].

В кинематике КС группы компенсации обнаружена физиологическая реакция возрастания амплитуды первого сгибания и последующего разгибания в периоде опоры, но неизменное значение (тенденция к уменьшению) амплитуды сгибания в периоде переноса. При этом характерно копирование образца движений стороны поражения здоровой стороной. По нашему мнению, это также физиологический механизм уменьшения функциональной асимметрии между левой и правой стороной за счет компенсаторных возможностей здоровой стороны. Данную реакцию коленного сустава на возрастание функциональной нагрузки можно охарактеризовать, как физиологическую. Первые две амплитуды изменяются ровно так, как это и происходит в норме. То, что сустав находится процессе восстановления и имеет функциональные ограничения характеризуется тем, что значение основной амплитуды сгибания не меняется. Вероятно, что в текущем функциональном состоянии это «потолок» данной амплитуды.

Для группы декомпенсации обнаружена неизменная амплитуда первого сгибания, увеличение разгибания сустава в периоде одиночной опоры и уменьшение сгибания в периоде переноса. Здесь мы видим реакцию другого типа. Первое, что обращает внимание - это неизменная амплитуда первого сгибания. Очевидно, что сустав еще не способен адаптировать свою работу в эту фазу движения. В нее осуществляется прием веса тела на выставленную вперед ногу и передача его. Собственно, первое сгибание коленного сустава в эту фазу играет очень важную роль амортизатора и рекуператора энергии. Вероятно, на текущий момент ее значение является максимальным, которое может позволить пациент без существенного дискомфорта. Гораздо более демонстративным является снижение, по сравнению с произвольным темпом, амплитуды основного сгибания. Это очевидный симптом того, что высокая скорость ходьбы не может быть поддержана адекватной амплитудой и последняя снижается. При этом снижение ее асимметрично, т.е. принцип симметрии сторон здесь так же нарушается. По медианным данным при произвольном темпе шага в этой группе наблюдалась асимметрия в 2 градуса. При быстром она возрастает до 5 градусов. Наконец, амплитуда разгибания в периоде одиночной опоры остается единственной, которая демонстрирует физиологическую реакцию на изменение темпа шага.

Для увеличения скорости ходьбы обследованные пациенты использовали в группе компенсации обычные физиологические механизмы. В группе декомпенсации при увеличении скорости используются механизмы обратные физиологическим. Это позволяет предположить, что имеющаяся амплитуда коленного сустава при произвольной ходьбе является не просто ее «потолком», как для группы компенсации, но и может быть реализована, только в относительно комфортных условиях произвольного темпа ходьбы. При увеличении темпа пораженный сустав не в состоянии отреагировать адекватно и вынужден ответить ограничением.

Мы имеем ряд постоянных изменений электрической активности мышц, которые сопровождают увеличение скорости ходьбы. В группе компенсации это: возрастание активности мышц, симметричная активность для передней большеберцовой, прямой мышцы бедра, и полуперепончатой и полусухожильной мышц, как для произвольной, так и высокой скорости ходьбы. Только икроножная мышца показывает асимметричную активность с уменьшением на стороне поражения в обоих режимах движения. В группе декомпенсации так же имеется возрастание амплитуды при увеличении скорости ходьбы с сохранением асимметрии между сторонами только для передней большеберцовой и икроножной мышц. Для мышц полуперепончатой и полусухожильной и прямой мышцы бедра, асимметрия появляется только с увеличением скорости движения. Таким образом, увеличение асимметрии по амплитуде ЭМГ можно интерпретировать, как негативную реакцию на увеличение нагрузки. Если в группе компенсации асимметрия не характерна и не увеличивается при возрастании скорости ходьбы, то в группе декомпенсации уже имеется более высокая степень асимметрии, которая возрастает при увеличении скорости.

Таким образом, мы обнаружили два основных типа реакции на увеличение скорости ходьбы больных с повреждением ПКС. Одна, наиболее частая в нашем исследовании -физиологическая реакция, характеризующаяся соответствующим изменением параметров ходьбы, как это имеет место и здоровых людей. За одним исключением, максимальная амплитуда в пораженном КС не демонстрирует увеличение амплитуды. Вторая реакция характерна для сустава, который еще не готов к увеличению скорости ходьбы и его максимальная амплитуда демонстрирует снижение при увеличении скорости ходьбы. При этом асимметрия одноименных параметров между разными нижними конечностями возрастает. Аналогично возрастает и асимметрия амплитуды ЭМГ активности мышц.

Таким образом, данный функциональный тест можно использовать для оценки резистентности коленного сустава к нагрузке. В первом случае, пациенту можно рекомендовать увеличение нагрузки и скорости ходьбы в том числе. Во втором случае, нагрузку не следует увеличивать.

Пример 1.

Позитивный вариант реакции

С-ев Д.В.

Произвольная скорость ходьбы (представлена фиг. 1).

В оперированном суставе (левый) максимальная амплитуда 63 градуса.

Ходьба с быстрой скоростью.

Амплитуда возросла до 69 градусов (фиг. 2).

Пример 2.

Г-кая И.Н.

Произвольная скорость ходьбы (фиг. 3).

В оперированном суставе (правый) максимальная амплитуда 60 градусов.

Ходьба с быстрой скоростью. Амплитуда возрастает до 66 градусов (фиг. 4).

Пример 3.

Негативный вариант реакции

За-ев Е.Д.

Произвольная скорость ходьбы (фиг. 5).

Максимальная амплитуда в оперированном суставе (правый) 60 градусов.

Ходьба с быстрой скоростью (фиг. 6).

Амплитуда в правом коленном суставе упала до 54 градусов.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и реабилитации больных после хирургической реконструкции передней крестообразной связки коленного сустава. Выполняют биомеханическое исследование ходьбы путем проведения функциональной пробы, функциональную пробу проводят в две сессии: первая сессия - регистрация проводится при произвольном темпе ходьбы, вторая - при быстром темпе ходьбы. При биомеханическом исследовании ходьбы с произвольной скоростью обследуемого получают максимальную амплитуду сгибания оперированного коленного сустава в периоде переноса ноги за 30 и более циклов шага. Следующим этапом проводят регистрацию биомеханических движений в оперированном суставе при ходьбе с быстрой скоростью - посильной для данного пациента в данный момент, получают максимальную амплитуду сгибания сустава в периоде переноса ноги. Проводят анализ двух амплитуд и диагностируют готовность к нагрузке коленного сустава, если его максимальная амплитуда при ходьбе с быстрой скоростью будет больше по значению, чем при произвольной ходьбе, по крайней мере на 1 градус, в том случае, если при быстрой скорости ходьбы значение анализируемой амплитуды будет меньше по значению или оставаться прежним по сравнению с ходьбой с произвольной скоростью, диагностируют отсутствие готовности к нагрузке коленного сустава. Способ обеспечивает восстановление функции коленного сустава в послеоперационном периоде с учетом текущего функционального состояния, что позволяет избежать перегрузки оперированного сустава. 6 ил., 3 пр.

Способ диагностики готовности к нагрузке коленного сустава после реконструкции передней крестообразной связки, отличающийся тем, что выполняют биомеханическое исследование ходьбы путем проведения функциональной пробы в две сессии: первая сессия - регистрация проводится при произвольном темпе ходьбы, вторая – при ходьбе с увеличенной скоростью относительно произвольной и при этом посильной для пациента в данный момент; при биомеханическом исследовании ходьбы с произвольной скоростью обследуемого получают максимальную амплитуду сгибания оперированного коленного сустава в периоде переноса ноги за 30 и более циклов шага; следующим этапом проводят регистрацию биомеханических движений в оперированном суставе при ходьбе с увеличенной скоростью относительно произвольной и при этом посильной для пациента в данный момент, получают максимальную амплитуду сгибания сустава в периоде переноса ноги; проводят анализ двух амплитуд и диагностируют готовность к нагрузке коленного сустава, если его максимальная амплитуда при ходьбе с увеличенной скоростью относительно произвольной будет больше по значению, чем при произвольной ходьбе, по крайней мере на 1 градус, в том случае, если при увеличенной скорости ходьбы относительно произвольной значение анализируемой амплитуды будет меньше по значению или оставаться прежним по сравнению с ходьбой с произвольной скоростью, диагностируют отсутствие готовности к нагрузке коленного сустава.