состояние мышечной системы у пАциентов со сколиотической сообщение i.

Áþëëåòåíü ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2009, ¹ 3 (67)
УДК 616.711-007.55:612.741.16
В.В. Бутуханов
Состояние мышечной системы у пациентов со сколиотической
деформацией I–II степени в онтогенезе.
Сообщение I.
ЭМГ m. Erectum spinae у больных сколиозом I–II степени
при поддержании субмаксимального сокращения мышц спины
в онтогенезе
Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии СО РАМН (Иркутск)
Автором исследовалась динамика показателей ЭМГ m. Erectum spinae у больных сколиозом I–II степени
при длительном статическом напряжении мышц спины в онтогенезе. Зарегистрирован быстрый рост
в динамике показателей средней частоты, отношения мощности к частоте, отношения быстрых
волн к медленным ЭМГ m. Erectum spinae между возрастными диапазонами 6–10 и 10–14 лет.
Ключевые слова: онтогенез, электромиография, сколиоз
State of muscle system in patients with scoliotic deformity
of I–II degree in ontogenesis.
Report I.
Electromyogram of m. Erectum spinae in patients with scoliosis
of I–II degree at the maintenance of submaximum traction of spinal
muscles in ontogenesis
V.V. Butukhanov
SCRRS SB RAMS (Irkutsk)
The author studied dynamics of indices of m. Erectum spinae electromyogram in patients with scoliosis of I–II
degree at prolonged static stress of spinal muscles in ontogenesis. Fast rise in dynamics of indices of medium
frequency, ratio of power to frequency, ratio of fast modes to slow modes of m. Erectum spinae electromyogram
between age groups of 6–10 and 10–14 years were registred.
Key words: ontogenesis, electromyography, scoliosis
В настоящее время у детей отмечается дефицит
массы тела, снижение силовых показателей. Неудовлетворительное состояние здоровья детей часто
является причиной ограничения службы в армии,
получения профессионального образования [1].
Частота подобных ограничений подросткового и
юношеского возраста достигает 80 % [3].
В последние годы значительное внимание уделяется анализу компенсаторно-приспособительных
реакций при сколиотической болезни у детей,
которая в некоторых случаях начинает быстро
прогрессировать у них в связи с началом школьного обучения. Переход от условий воспитания в
семье и дошкольных учреждениях к качественно
иной атмосфере школьного обучения предъявляет
новые, более сложные требования к возможностям развития двигательного анализатора. Уже в
первом классе в 32 % случаев у детей формируется
предпосылки, способствующие прогрессированию
сколиотической болезни, одной из причин которой
является адинамия.
Продолжается поиск новых способов лечения
сколиотической болезни.
Целью данного исследования явилось определение динамики показателей ЭМГ m. Elevator spinae у
больных сколиозом ��������������������������������
I�������������������������������
–������������������������������
II����������������������������
степени при длительном статическом напряжении мышц спины в онтогенезе.
Методика исследования
Исследования были проведены среди больных в
возрасте от 15 до 18 лет со сколиозом I–II степени.
Все больные были разделены на три группы: от 6 до
10 лет (25 больных) – I группа; от 10 до 14 лет (37
больных) – II группа; от 14 до 18 лет (29 больных)
– III группа.
Функциональное состояние мышц поясничного
отдела позвоночника оценивалось по показателям
ЭМГ m. Erectum spinae при 30-секундном изотоническом поддержании 50 % от силы максимального
произвольного сокращения. По ЭМГ определялась
мощность (оценка мышечного усилия [11] и утомляемости мышц [10]), отношение высоких частот к
низким (оценка миодистрофических изменений в
мышцах). ЭМГ-методы наиболее эффективны не
только в диагностике нервно-мышечных заболеваний, но и в изучении морфофункциональной
реорганизации ДЕ [8, 13]. Определялось отношение
максимальной мощности к средней частоте (дифференциальная диагностика первично-мышечных
заболеваний и дисфункции мотонейронов или их
аксонов) [5].
Статистическая обработка включала оценку
среднего арифметического, доверительного интервала. Для характеристики межгрупповых различий
применялись t-критерий Стьюдента и U-критерий
Клиническая медицина 39
Áþëëåòåíü ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2009, ¹ 3 (67)
Вилкоксона–Манна–Уитни. Достоверным считали уровень значимости р < 0,05.
Результаты исследования
Исследование мощности при поддержании 50 %
от максимальной силы, развиваемой m. Erectum
spinae в течение 30 сек, у больных со сколиозом
I–II степени показало, что максимальная величина
биоэлектрической активности достоверно больше
у лиц возрастной группы 14–18 лет. Поддерживаемое мышечное усилие постепенно возрастает
с увеличением возраста (рис. 1а, б; табл. 1).
Анализ отношения поддерживаемой мощности
к средней частоте при 30-секундном удержании
50 % напряжения от максимального спинальной
мышцей также показал достоверные отклонения
ЭМГ-активности у лиц среднего и старшего от
таковой у лиц младшего возраста. Максимальное
увеличение этого показателя регистрируется в
среднем возрасте (12,9 ± 0,28 лет), практически
сохраняя свои значения к старшему (16,6 ± 0,5 лет)
(табл. 1; рис. 1в, г).
Исследование средней частоты при поддержании 50 % от максимальной силы, развиваемой m.
Erectum spinae у больных сколиозом I–II степени
в течение 30 сек, показало, что максимальная частота – у лиц третьей группы как справа, так и
слева от позвоночника. Независимо от возраста
частота исследуемой мышцы изменяется в очень
маленьком диапазоне. В то же время сохраняется
вышеуказанная закономерность: средняя частота ЭМГ ниже с правой стороны позвоночника,
достоверно повышается от первой группы ко
второй и третьей группам испытуемых (табл. 1;
рис. 2 а, б).
Анализ средней амплитуды ЭМГ мышцы спины
показал значительные различия между группами.
Самая высокая средняя амплитуда ЭМГ m. Erectum
spinae при 30-секундном удержании мышечного
напряжении была зарегистрирована в группе
младшего возраста, самая низкая – в группе старшего возраста. Достоверные различия были между
группой больных 6–10 лет и группами больных
10–14 и 14–18 лет, а также между группами 10–14
и 14–18 лет. Наблюдается существенная разница
в амплитуде ЭМГ между правой и левой стороной
позвоночника с сохранением увеличенной амплитуды с правой стороны. Остается неизменной
градация амплитуды по величине ЭМГ, как и в динамике средней мощности ЭМГ – самая высокая
в первой и самая низкая в третьей группе (табл. 1;
рис. 2в, г).
Исследования отношения высокой частоты к
медленной частоте ЭМГ показали достоверные отличия между больными первой группы и больными
второй и третьей групп при 30-секундном напряжении мышц спины. Сохраняется установленная
закономерность для средней частоты: величина
отношения высокой и низкой частот самая низкая
у лиц первой группы и самая высокая у лиц второй
и третьей групп (табл. 1; рис. 3а, б).
Обсуждение результатов
В активности двигательных единиц (ДЕ) отражена не только её морфоструктура [5], но и
структура двигательных команд от всех уровней
Таблица 1
Статистическое распределение показателей ЭМГ m. Erectum spinae при изотоническом поддержании 50 % от
максимальной силы произвольного сокращения, развиваемого мышцей в течение 30 сек, у больных сколиозом
I–II ст.
ɉɨɤɚɡɚɬɟɥɢ
ɋɪɟɞɧɢɣ ɜɨɡɪɚɫɬ
7,5 ± 0,57 ɥɟɬ (n = 25)
12,9 ± 0,28 ɥɟɬ (n = 37)
16,6 ± 0,5 ɥɟɬ (n = 29)
Ɇɚɤɫɢɦɚɥɶɧɚɹ ɦɨɳɧɨɫɬɶ ɗɆȽ ɡɚ 30 ɫɟɤ
ɋɥɟɜɚ (ɦɤȼ)
701 ± 79
714 ± 62
794 ± 69*
ɋɩɪɚɜɚ (ɦɤȼ)
718 ± 80
754 ± 69
826 ± 67*
ɋɪɟɞɧɹɹ ɱɚɫɬɨɬɚ ɗɆȽ ɡɚ 30 ɫɟɤ
ɋɥɟɜɚ (Ƚɰ)
26,2 ± 1,1
28,7 ± 0,7*
29,0 ± 0,7*
ɋɩɪɚɜɚ (Ƚɰ)
24,1 ± 1,2
27,8 ± 0,6*
28,3 ± 0,7*
ɋɪɟɞɧɹɹ ɚɦɩɥɢɬɭɞɚ ɗɆȽ ɡɚ 30 ɫɟɤ
ɋɥɟɜɚ (ɦɤȼ)
970 ± 88
879 ± 52*
771 ± 78**
ɋɩɪɚɜɚ (ɦɤȼ)
1216 ± 104
1019 ± 57*
932 ± 69**
Ɉɬɧɨɲɟɧɢɟ ɫɪɟɞɧɟɣ ɦɨɳɧɨɫɬɢ ɤ ɱɚɫɬɨɬɟ ɗɆȽ ɡɚ 30 ɫɟɤ
ɋɥɟɜɚ (ɨɬɧ. ɟɞ.)
37,7 ± 4,6
26,8 ± 2,2*
26,6 ± 2,7*
ɋɩɪɚɜɚ (ɨɬɧ. ɟɞ.)
50,6 ± 6,2
36,9 ± 2,4*
32,4 ± 2,5*
Ɉɬɧɨɲɟɧɢɟ ɫɪɟɞɧɢɯ ɜɵɫɨɤɨɣ ɱɚɫɬɨɬɵ ɤ ɧɢɡɤɨɣ ɗɆȽ ɡɚ 30 ɫɟɤ
ɋɥɟɜɚ (ɨɬɧ. ɟɞ.)
0,97 ± 0,14
1,44 ± 0,11*
1,45 ± 0,14*
ɋɩɪɚɜɚ (ɨɬɧ. ɟɞ.)
0,83 ± 0,11
1,22 ± 0,12 *
1,30 ± 0,11*
Примечание: *р < 0,05 – между второй и третьей и первой группой; **р < 0,05 – между третьей и второй группами.
40
Клиническая медицина
850
850
800
800
ɦɤȼ
ɦɤȼ
Áþëëåòåíü ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2009, ¹ 3 (67)
750
700
700
650
650
ɚ
55
55
50
50
45
45
ɨɬɧ. ɟɞ.
ɨɬɧ. ɟɞ.
750
40
35
30
ɛ
40
35
30
25
25
ɜ
– 6–10 ɥɟɬ
– 10–14 ɥɟɬ
ɝ
– 14–18 ɥɟɬ
1250
1250
1150
1150
1050
1050
ɦɤȼ
ɦɤȼ
Рис. 1. Мощность ЭМГ m. Erectum spinae (а – слева; б – справа ) и отношение мощности ЭМГ к частоте (в – слева;
г – справа) при изотоническом поддержании 50 % от максимальной силы произвольного сокращения развиваемое
мышцей в течение 30 сек. у больных сколиозом I–II ст.
950
850
950
850
750
750
ɚ
28,5
27,5
27,5
26,5
26,5
Ƚɰ
29,5
28,5
Ƚɰ
29,5
ɛ
25,5
25,5
24,5
24,5
23,5
ɜ 23,5
– 6–10 ɥɟɬ
– 10–14 ɥɟɬ
ɝ
– 14–18 ɥɟɬ
Рис. 2. Средняя частота (а – слева; б – справа), амплитуда (в – слева; г – справа) ЭМГ m. Erectum spinae при изотоническом поддержании 50 % от максимальной силы произвольного сокращения, развиваемого мышцей в течение 30
сек у больных сколиозом I–II ст.
моторной системы, нисходящих по пирамидному
пути (как активность произвольного, как произвольное удержание усилия мышц спины на
определенном уровне) и по экстрапирамидным
трактам (как непроизвольное автоматическое
регулирование направленное на сохранение или
поддержание позы) [7, 9, 12, 14]. В этой связи
анализ параметров регистрируемого изотонического усилия может дать полное представление
об интегральной активности в моторной коре и
подкорковых структурах, особенно при патологических состояниях [2, 4].
Клиническая медицина 41
1,45
1,35
1,25
1,15
1,05
0,95
0,85
0,75
ɨɬɧ.ɟɞ.
ɨɬɧ.ɟɞ.
Áþëëåòåíü ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2009, ¹ 3 (67)
ɚ
– 6–10 ɥɟɬ
1,45
1,35
1,25
1,15
1,05
0,95
0,85
0,75
– 10–14 ɥɟɬ
ɛ
– 14–18 ɥɟɬ
Рис. 3. Отношение высокой частоты к низкой частоте ЭМГ m. Erectum spinae при изотоническом поддержании 50 % от
максимальной силы произвольного сокращения, развиваемого мышцей в течение 30 сек, у больных сколиозом
I–II ст. (а – слева; б – справа).
Исследование мощности ЭМГ m. Erectum
spinae при изотоническом поддержании 50 % от
максимальной силы произвольного сокращения,
развиваемого мышцей в течение 30 сек, у больных
сколиозом I–II ст. показало, что минимальная
электрическая активность слева (701 ± 70 мкВ)
и справа (718 ± 80 мкВ) регистрируется у лиц
6–10 лет, максимальная слева (794 ± 69 мкВ) и
справа (826 ± 67 мкВ) – у лиц 14–18 лет. Установлено, что электрическая активность значительно
коррелирует с мышечным усилием, коэффициент
корреляции достигает 0,98 и может использоваться
для оценки мышечного усилия [9].
При исследовании частоты ЭМГ m. Erectum
spinae обращают на себя внимание низкие колебания частотного диапазона между группами (несмотря на это, различия между младшей и средней
и старшей группами больных сохраняются) и сохранение закономерности: самая высокая частота
ЭМГ – у лиц со средним возрастом 16,6 ± 0,5 лет,
самая низкая – у лиц со средним возрастом
7,5 ± 0,57 лет. У лиц старших групп при выполнении
двигательного акта вовлекается в активность большее число ДЕ по сравнению с другими группами
(табл. 1, рис. 2а, б).
Амплитуда ЭМГ мышцы спины отличается
своей вариабельностью. Анализ показал значительные различия между группами. Самая высокая
средняя амплитуда ЭМГ m. Erectum spinae (слева
– 970 ± 88 мкВ; справа – 1216 ± 104 мкВ) при 30секундном мышечном напряжении была зарегистрирована в первой группе больных, самая низкая
(слева – 771 ± 78 мкВ; справа – 932 ± 69 мкВ) – в
третьей группе. Остается неизменной градация
амплитуды по величине ЭМГ: самая высокая – у
детей 6–10 лет, самая низкая – у детей 14–18 лет
(табл. 1; рис. 2в, г). Амплитуда поверхностной ЭМГ
может зависеть от плотности мышечных волокон,
длительности потенциала ДЕ [5], их диаметра [8],
синхронизации ДЕ. Синхронизация ДЕ больше
отражает процессы утомления при длительном
изотоническом сокращении мышц [9].
Анализ отношения мощности к частоте показал, что максимальное значение было зарегистри42
ровано у лиц младшего возраста (слева – 34,7 ± 4,6;
справа – 50,6 ± 6,2), минимальные значения – у
лиц среднего и старшего возраста (соответственно
слева – 26,8 ± 2,2, справа – 36,9 ± 2,4 и слева –
26,6 ± 2,7, справа – 32,4 ± 2,5). Мощность ЭМГ
зависит как от частоты разряда ДЕ, так и от амплитуды, и отражает суммарную площадь, занимаемую
ДЕ между электродами. Отношение максимальной
мощности к частоте ЭМГ является косвенным показателем суммарной средней величины длительности входящих в зону регистрации ДЕ. Увеличение длительности связано с уменьшением числа
мотонейронов и увеличением числа мышечных
волокон в каждой ДЕ. Уменьшение длительности
связано с уменьшением количества мышечных
волокон в составе ДЕ (2).
Динамика отношения высоких частот ЭМГ к
медленным, относящимся к разрядам фазических
и тонических мышечных волокон, позволяет оценить морфофункциональную реорганизацию ДЕ
[���������������������������������������������
8��������������������������������������������
]. В данном случае еще отражаются миодистрофические изменения в мышцах, вызванные сколиотической болезнью. В результате проведенных
исследований было установлено, что количество
быстрых мышечных волокон достоверно больше
в третьей группе (слева – 1,45 ± 0,14 Гц; справа
– 1,30 ± 0,11 Гц) по сравнению с первой группой
(слева – 0,97 ± 0,14 Гц; справа – 0,84 ± 0,11 Гц).
Выводы
1. Исследование ЭМГ m. Erectum spinae при
изотоническом поддержании 50 % от максимальной
силы произвольного сокращения, развиваемого
мышцей в течение 30 сек, у больных сколиозом
I����������������������������������������������
–���������������������������������������������
II�������������������������������������������
ст., показало, что у лиц 6–10 лет наблюдались достоверно низкие значения максимальной
мощности, средней частоты, отношения высокой
частоты к низкой и высокие значения средней амплитуды, отношения средней мощности к частоте
ЭМГ по сравнению с лицами 10–18 лет.
2. Зарегистрирован быстрый рост в динамике
показателей средней частоты, отношения мощности к частоте, отношения быстрых волн к медленным ЭМГ m. Erectum spinae между возрастными
Клиническая медицина
Áþëëåòåíü ÂÑÍÖ ÑÎ ÐÀÌÍ, 2009, ¹ 3 (67)
диапазонами 6–10 и 10–14 лет, которые в более
поздние возрастные периоды практически не изменялись. Динамика показателей максимальной
мощности, средней амплитуды ЭМГ m. Erectum
spinae отражает последовательное их нарастание
с возрастом.
3. Установлено, что такие показатели, как
максимальная мощность, средняя амплитуда, отношение средней мощности к частоте ЭМГ мышцы спины, выше с правой, а показатели средней
частоты и отношения быстрых волн к медленным
ЭМГ – ниже с правой стороны позвоночника. Эта
закономерность сохраняется во всех возрастных
группах обследованных больных со сколиозом
I–II степени.
Литература
1. Величковский Б.Т. Рост и развитие детей и
подростков в России / Б.Т. Величковский, А.А. Баранов, В.Р. Кучма // Вестник РАМН. – М., 2004. –
№ 1. – С. 43–45.
2. Романов С.П. Характеристики возрастной
динамики активности моторной системы человека / С.П. Романов, З.А. Алексанян, Е.Б. Лысков
// Физиология человека. – 2007. – Т. 33. – № 4. –
С. 82–94.
3. Сонькин В.Д. Физиология роста и развития
детей и подростков / В.Д. Сонькин // Физиология
роста и развитие детей и подростков (Теоретические и клинические вопросы) ; под ред. А.А. Баранова, Л.А. Щеплягиной. – М., 2000. – С. 185–222.
4. Эвартс Э. Механизмы головного мозга,
управляющие движениями / Э. Эвартс // Мозг ; под
ред. П.В. Симонова. – М.: Мир, 1982. – 199 с.
5. Электромиография в диагностике нервномышечных заболеваний / Б.М. Гехт [и др.] // Та-
ганрог : Изд-во Таганрогского государственного
радиотехнического университета, 1997. – 369 с.
6. Electromiogram power spectra frequencies
associated with motor unit recruitment strategies /
V. Solomonov [et al.] // J. Appl. Physiol. – 1990. –
Vol. 2, N 3. – P. 1177–1185.
7. Enoka R.M. Motor unid physiology: Some unresolved issues / R.M. Enoka, A.J. Fuglevand // Muscle
Nerve. – 2001. – Vol. 24, N 1. – P. 4–11.
8. Fortier P.A. Use of spike triggered averaging
of muscle activity to quantify inputs to motoneuron
pools / P.A. Fortier // J. Neurophysiol. – 1994. –
Vol. 72. – P. 248–265.
9. Hooper S.L. Movement control: Dedicated or
distributed? / S.L. Hooper // Current Biology. –
2005. – Vol. 15. – № 21. – P. 878–884.
10. Human e.m.g. and motoneurone discharge
rates during sustained submaximal contractions /
B. Bigland-Ritchie [et al.] // J. Physiol. (Gr. Brit.). –
1986. – Vol. 371. – P. 54–59.
11. Kelly M. Correlation of electrical activity and
tension of human forelimb and trunk muscles / M. Kelly,
D. Garlick // Proc. Austral. Physiol. Pharmacol. Soc. –
1987. – Vol. 18, N 1. – P. 55–61.
12. Motoneuron and sensory neuron plasticity
to varying neuromuscular activity levels / A. Ishihara
[et al.] // Exerc. Sport. Sci. Rev. – 2003. – Vol. 31,
N 1. – P. 51–63.
13. Nandenkar S.D. Multi-motor unit action
potential analysis (MMA) / S.D. Nandenkar,
P.E. Barkhaus, A. Charles // Muscle & Nerve. –
1995. – Vol. 18. – P. 1155–1166.
14. Stuart D.G. Integration of posture and
movement: Contributions of Sherrington, Hess and
Bernstein / D.G. Stuart // Hum. Mov. Sci. – 2005. –
Vol. 24, N 5–6. – P. 621–628.
Сведения об авторах:
Бутуханов Владимир Васильевич – д.м.н., профессор, ведущий научный сотрудник НКО нейрохирургии НЦРВХ СО РАМН.
664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1. Тел. 8 (3952) 29-03-36
Клиническая медицина 43