Повреждение передней крестообразной связки (ПКС) занимает 2-е место по распространенности среди травм коленного сустава (КC) (до 50% от всех травм КС). Данный вид травм характерен для активно занимающихся спортом пациентов, что в среднем соответствует 30 случаям на 100 000 человек за год, и около 1 млн пациентов ежегодно оперируются по поводу разрыва ПКС. Большинство авторов сходится во мнении, что не существует универсального механизма выбора стратегии и тактики лечения, сроков и видов оперативного вмешательства, а также способов восстановления. Основная часть авторов сходится во мнении о значимости объективной оценки функции КС как на этапе выбора тактики лечения, так и на этапе восстановления [1; 2].
ПКС является одним из основных анатомических образований, обеспечивающих стабильность КС в сагиттальной и горизонтальной плоскостях. Повреждение данной структуры неминуемо приводит к биомеханическим нарушениям КС, что влечет развитие вторичных дегенеративно-дистрофических изменений, даже если сам момент травмы произошел без гемартроза [3]. Одним из наиболее эффективных методов, позволяющих устранить нестабильность сустава, является артроскопическое восстановление ПКС [4], но и в этом случае ощущается дефицит объективных методов оценки восстановления функции. Одним из комплексных клинико-инструментальных обследований, отражающих функцию КС, является исследование функции ходьбы. Ранее проведенное исследование показало эффективность инерциальных сенсоров для этого [5].
Цель исследования − определить ведущие объективные показатели паттерна ходьбы у пациентов с повреждениями передней крестообразной связки.
Материалы и методы исследования
Были обследованы 15 больных с повреждением ПКС, поступивших на оперативное лечение в ОБУЗ «Ивановский областной госпиталь для ветеранов войн» с 2020 по 2021 г. В качестве группы контроля привлечены 16 пациентов без травмы в КС (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика групп наблюдения
|
Характеристики |
Исследуемая группа (N=15) |
Контрольная группа (N=16) |
|
Пол (М/Ж) |
9/6 |
7/9 |
|
Средний возраст |
34,0±3,81 года |
21,00±0,90 года |
|
Спортивная травма |
12 |
- |
|
Бытовая травма |
3 |
- |
В большинстве случаев (80%) травма была получена во время занятия спортом, что согласуется с данными литературы, чаще страдали мужчины (60%). Все повреждения были подтверждены МРТ и при проведении артроскопии (как с диагностической, так и с лечебной целью). Обследование ходьбы проводилось накануне проведения хирургического вмешательства.
Паттерн ходьбы оценивался с использованием тренажера ходьбы с биологической обратной связью «Стэдис» (ООО «Нейрософт», г. Иваново) в комплектации «Оценка» (регистрационное удостоверение № РЗН 2018/7458 от 07.08.2018 г.). Для анализа использовались 5 инерциальных сенсоров «Нейросенс», которые устанавливались на пояснично-крестцовый отдел позвоночника и на симметричные участки бедер в средней трети и голеней. Пациенту предлагалось ходить по ровной поверхности (палата, коридор, зал ЛФК) в течение 2 минут в удобном темпе. Анализировались стандартные показатели, автоматически заносимые программой в протокол анализа ходьбы: временные параметры цикла шага (ЦШ), время ЦШ в сек.; пространственные − длина цикла шага (ДЦШ в см), скорость ходьбы («V» в км/ч), а также ритмичность (соотношение временных показателей по больной и здоровой сторонам). Фазовые периоды цикла шага представляли наибольший интерес (рис. 1):
- период опоры (ПО) – часть цикла шага (ЦШ), при котором конечность контактирует с опорой, в составе одиночной и двойной опоры по анализируемой конечности;
- период переноса (ПП) – часть ЦШ, при котором конечность не контактирует с опорой;
- период одиночной опоры (ОО) – часть ЦШ, при которой с опорой контактирует только одна конечность;
- период двойной опоры (ДО) – часть ЦШ при которой с опорой контактируют обе конечности.
Рис. 1. Временные фазовые параметры ходьбы (1ДО – период первой двойной опоры, 2ДО – период второй двойной опоры, ОО – период одиночной опоры)
Единицами изменения были проценты от ЦШ, где за 100% принят полный ЦШ.
Среди пространственных характеристик наибольший интерес представляла циркумдукция, по сути – 1/2 от ширины/базы шага (рис. 2), где за ширину шага принимали расстояние от идентичных точек стопы при ходьбе во фронтальной плоскости. Данная методика позволяла определить симметричность формирования полной ширины шага для пораженной и здоровой конечности.
Рис. 2. Пространственные характеристики ходьбы
Для оценки кинематических характеристик, кроме стандартно рассчитываемых амплитуд сгибания/разгибания по плоскостям (в °), оценивали гониограммы КС. В норме за полный цикл шага при ходьбе отмечается 2 эпизода сгибания и разгибания КС. Первый эпизод сгибания, с меньшей амплитудой, происходит в период опоры, второй, со значительно большей амплитудой махового сгибания, - в период переноса. При оценке гониограмм определялась общая амплитуда движений во время ходьбы, амплитуда во время ПО и ПП (рис.3).
Рис. 3. Кинематические характеристики ходьбы: А1 – общая амплитуда; А2 – амплитуда в ПО; А3 – амплитуда в ПП
Все показатели сравнивали с аналогичными в группе контроля и между здоровой и пораженной конечностью. Полученные результаты обработаны стандартными методами вариационной статистики с помощью программы Statistica12. Вычисляли средние значения и стандартную ошибку среднего (M±m), сравнение независимых переменных проведено с использованием критерия Стьюдента. Уровень значимости принят 5%.
Результаты исследования и их обсуждение
Не установлено значимых различий во временных показателях ходьбы (ЦШ, шаг по обеим конечностям) с группой контроля, в то же время отмечалось уменьшение скорости ходьбы и длины цикла шага (ДЦШ). Ритмичность ходьбы находилась в диапазоне нормальных значений (0,93±0,02).
При сравнении временных/абсолютных характеристик между исследуемой и контрольной группой выявлено (табл. 2) увеличение периода опоры за счет периода двойной опоры (обе конечности в контакте с полом), но уменьшались (что неожиданно) периоды одиночной опоры и переноса. Все эти изменения фиксировались на фоне асимметрии между конечностями у пациентов в группе с повреждением ПКС КС.
Таблица 2
Результаты оценки временных характеристик ходьбы в контрольной и исследуемой группах
|
Показатель |
Исследуемая группа (N=15) |
Контрольная группа (N=16) |
Достоверность |
|
ПО (M±m) |
65,04±0,59 |
62,73±0,21 |
p=0,0004 |
|
Разница ПО (M±m) |
2,62±0,8 |
0,13±0,02 |
p=0,0031 |
|
ОО (M±m) |
34,87±0,59 |
37,27±0,24 |
p=0,0003 |
|
Разница ОО (M±m) |
2,6±0,8 |
0,12±0,02 |
p=0,0031 |
|
ДО (M±m) |
30,17±1,32 |
24,32±0,52 |
p=0,0002 |
|
ПП (M±m) |
34,95±0,59 |
37,99±0,27 |
p=0,0009 |
|
Разница ПП (M±m) |
2,62±0,8 |
0,17±0,44 |
p=0,0036 |
Абсолютные/временные показатели ходьбы в сравнении конечностей в группе ПКС позволили выявить уменьшение периода опоры, в основном за счет снижения одиночной опоры на больной конечности, в то время как период переноса был увеличен. Данные результаты свидетельствуют о компенсаторной разгрузке поврежденной конечности во время ходьбы у исследуемых пациентов (табл. 3).
Таблица 3
Результаты временных характеристик анализа ходьбы в группе ПКС
|
Показатель |
Больная конечность |
Здоровая конечность |
Достоверность |
|
ПО (M±m) |
64,84±0,48 |
66,24±1,01 |
p=0,013 |
|
ОО (M±m) |
33,63±0,99 |
36,06±0,49 |
p=0,015 |
|
ПП (M±m) |
36,15±0,49 |
33,76±1,01 |
p=0,013 |
Асимметрия ½ ширины шага (циркумдукция) выявлялась у пациентов в обеих обследованных группах. Но в группе ПКС КС асимметрия циркумдукции наблюдалась у 10 больных, что составило 73,4%, а в группе контроля - только в 2 случаях, что составило 12,5% (p=0,0023). При этом ширина шага чаще (6 случаев) увеличивалась за счет здоровой конечности и только в 4 случаях - за счет больной (p=0,45).
Кинематические кривые движений в КС (гониограммы) в обеих группах наблюдения продемонстрировали уменьшение амплитуд общего объема движений, в периоды опоры и переноса в исследуемой группе, по сравнению с группой контроля (табл. 4). При этом наибольший разброс результатов исследуемых показателей между здоровой и больной конечностями выявлен в исследуемой группе.
Таблица 4
Результаты оценки кинематических характеристик ходьбы у пациентов в контрольной и исследуемой группах
|
Показатель |
Исследуемая группа (N=15) |
Контрольная группа (N=16) |
Достоверность |
|
Общая амплитуда (M±m) |
62,93±4,4 |
65,06±0,95 |
p<0,001 |
|
Разница общей амплитуды (M±m) |
7,8±1,43 |
2,56±0,18 |
p<0,001 |
|
Амплитуда в ПО (M±m) |
19,43±1,54 |
22,06±0,60 |
p=0,001 |
|
Разница амплитуды в ПО (M±m) |
5,00±1,09 |
1,06±0,06 |
p=0,0009 |
|
Амплитуда в ПП (M±m) |
52,1±2,3 |
63,37±0,64 |
p<0,001 |
|
Разница амплитуды в ПП (M±m) |
8,7±1,52 |
1,37±0,15 |
p<0,001 |
Ухудшение биокинематики со стороны травмы в виде уменьшения амплитуды сгибания/разгибания было очевидно, но статистически значимая разница выявлена между результатами в период опоры. В остальных случаях выявлена тенденция к увеличению общего объема движений и амплитуды в период переноса на здоровой ноге (табл. 5).
Таблица 5
Результаты оценки кинематических характеристик ходьбы у больных исследуемой группы
|
Показатель |
Больная конечность |
Здоровая конечность |
Достоверность |
|
Общая амплитуда (M±m) |
63,93±3,77 |
68,53±2,03 |
p=0,056 |
|
Амплитуда в ПО (M±m) |
17,13±1,7 |
21,73±1,62 |
p=0,002 |
|
Амплитуда в ПП (M±m) |
52,26±2,46 |
55±2,7 |
p=0,326 |
При анализе гониограмм нами выделены 2 ее типа. У всех пациентов в исследуемой группе установлена патологическая W-образная форма, отсутствующая в группе контроля. На данной форме гониограммы в начале первого периода опоры (2% ЦШ) появлялся дополнительный зубец, отражающий небольшое разгибание сустава, в дальнейшем до окончания периода двойной опоры происходило быстрое сгибание до максимума амплитуды сгибания в период опоры. При дальнейшем разгибании сустава появлялся дополнительный зубец, возникающий от 14-22% ЦШ (рис. 4.2). В контрольной группе во всех случаях фиксировали V-образную (нормальную) форму кривой, которая характеризовалась достаточно быстрым сгибанием в первые 8-14% ЦШ с хорошо определяемым максимумом сгибания и с последующим медленным разгибанием до 46-52% ЦШ [5] (рис. 4.1).
Рис. 4. Варианты полученных гониограмм: 4.1 V-тип, 4.2 - W-тип (для наглядности 2 ЦШ «больной» конечности представлены последовательно)
ПКС КС являются важными анатомическими образованиями сустава, основной биомеханической функцией которых является ограничение чрезмерного смещения голени кпереди и кнутри относительно бедра. Таким образом, состоятельная ПКС предупреждает подвывихи и неустойчивость в КС при ходьбе, беге, прыжках, танцах, т.е. при изменениях направления движения. Без четкого понимания биомеханики травматизма крестообразных связок невозможно их предотвратить и, самое главное, эффективно восстановить. В нескольких исследованиях была предпринята попытка изучения кинематических движений в КС, определяемых проприоцепцией положения и характером жесткого взаимодействия с опорой при неправильном положении суставов относительно друг друга [6; 7]. Однако используемые технологии не в полной мере смогли отразить кинематику КС в общей кинематической цепи нижних конечностей. Значимым и во многом определяющим адаптивным механизмом является изменение паттерна ходьбы. Имеющиеся до настоящего времени технологии (например, видеоанализ) были ограниченно доступны. Технология инерциальных сенсоров позволила приблизить анализ ходьбы к пациенту, «в палату». Взгляд на ходьбу, как отражение изменений биомеханики в единой кинематической цепи, выявил феномены патологической ходьбы, отражающие кинематическую нестабильность КС при травме ПКС. Установлено, что изменения паттерна ходьбы в результате травмы ПКС носят обобщенный характер (для больной и здоровой конечности), что можно объяснить попыткой снизить асимметрию для восстановления сохранении энергоэффективности. Очевидно, что неповреждённая конечность имеет большие функциональные возможности и в состоянии «подстроиться» под травмированную, снижая биомеханическую «разницу». Основные изменения для травмы ПКС установлены в ПО и ПП для обеих конечностей (в сравнении с группой контроля). Алгоритм ходьбы изменяется таким образом, чтобы при увеличенных периодах ДО, ПП и уменьшенном ОО для больной конечности (что щадит сторону поражения) асимметрия между конечностями была бы минимальна. Циркумдукция (половина базы шага) также отражает степень динамической нестабильности сустава. При асимметричном увеличении данного показателя в сторону «больной» или «здоровой» конечности изменяется площадь опоры во фронтальной плоскости, что в свою очередь изменяет постурологическую устойчивость (фронтальная нестабильность является маркером дегенеративных изменений в КС). В группе больных с травмой ПКС КС в 100% случаев установлен патологический W-образный тип гониограмм, с двумя дополнительными зубчиками «разгибания» в периоде опоры, демонстрирующих включение дополнительных мышечных групп для стабилизации КС, когда динамическая нестабильность ходьбы наиболее выражена. Установленные изменения паттерна ходьбы в группе пациентов с травмой ПКС КС отражают механизмы адаптации опорно-двигательного аппарата к изменившимся условиям функционирования.
Выводы
1. При объективном анализе ходьбы для пациентов с травмой ПКС КС характерны увеличенные временные фазовые характеристики - периода опоры цикла шага (в основном за счет периода двойной опоры) и уменьшенные - периодов одиночной опоры и переноса в сравнении с группой контроля.
2. Определено увеличение циркумдукции (1/2 ширины/базы шага) в 73,4% в группе больных с травмой ПКС КС, в основном за счет «здоровой» конечности.
3. Установлено уменьшение амплитуд объемов движений в коленном суставе как в общем цикле шага, так и по периодам опоры и переноса в кинематических показателях анализа ходьбы у пациентов с травмой ПКС КС.
4. Установлено, что у всех пациентов с травмой ПКС КС наблюдается патологический тип гониограммы (обозначенный как условно патологический W-тип), отражающей механизм стабилизации динамической нестабильности КС, возможно, за счет включения дополнительных мышечных групп.