Способ электромиографической диагностики нарушения координации мышечных усилий

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам электромиографической диагностики (ЭМГ) двигательных нарушений человека, и может быть использовано в неврологии, ортопедии, травматологии, нейрохирургии. Технический результат заключается в реализации возможности ЭМГ диагностики для оценки нарушения последовательности включения мышечных групп в двигательный акт, повышении точности диагностики координации мышечных усилий и варианта динамических нарушений. Способ осуществляется следующим образом. Представляют электромиограммы в виде их огибающих, располагают огибающие электромиограмм в XYZ координатной системе, при этом по оси X откладывают огибающие электромиограмм мьшц-агонистов, а по оси Y - огибающую электромиограмм мышцы, включающейся в движение с опережением, разворачивают суммирующую кривую по оси Z посредством прибавления к каждому измерению коэффициента N, равного единице времени, в течение которого совершено движение, и по смещению развернутой суммирующей кривой в направлении оси Y судят об опережающем включении в движение раньше агониста и синергистов исследуемой мышцы, что подтверждает патогенетическое значение ее первичного укорочения, требующего коррекции. 8 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам электромиографической диагностики двигательных нарушений человека, и может быть использовано в неврологии, ортопедии, травматологии, нейрохирургии.

Электромиографическая диагностика (ЭМГД) как метод объективной оценки нарушения оптимальности двигательного акта нашла свое место в мануальной медицине. При этом двигательный акт рассматривается как определенная закономерность последовательности включения и выключения мышечных групп (агонистов, синергистов, нейтрализаторов, фиксаторов, антагонистов) в начале и на всем протяжении и в конце выполняемого движения.

Проведенные клинические наблюдения позволяют считать ЭМГ диагностику ценным диагностическим методом, позволяющим получить необходимую информацию об оптимальном выполнении двигательного акта пациента и координации мышц, участвующих в его реализации.

Кроме того, электромиографическая диагностика по сравнению с другими известными методами диагностики неоптимальности двигательного акта (визуальная диагностика, рентгенодиагностика) позволяет проанализировать координацию мышечных усилий на всем протяжении производимого движения, определить величину участия каждой из мышц в реализации двигательного акта в любой период времени его выполнения, сопоставить полученный вариант дискоординации мышц, выявленный у пациента с вариантом дискоординации, полученным при нескольких повторениях одного и того же движения.

Известен способ электромиографической диагностики для измерения электрических потенциалов мышцы человека во время выполнения им различных движений [Пат. РCT N 90/14792 МКИ 5A B 5/04, опубл. 1990 г.).

Наиболее близким техническим решением электромиографиии как метода объективизации производительности моторики является способ оценки оптимальности выполнения движения по сравнению полученных сигналов электромиограмм каждой анализируемой мышцы с ее эталонной моделью [Пат. ГДР N 282390 МКИ 5 A 61 B 5/04, опубл. 1990 г.).

Однако он не обладает возможностью анализировать координацию мышечных усилий в начале, на всем его протяжении и в конце движения, что позволяет диагностировать запоздалое включение или невключение мышцы-агониста в движение и опережающее компенсаторное включение других мышечных групп.

Задача изобретения состоит в реализации возможностей ЭМГ диагностики для оценки нарушения последовательности включения мышечных групп в двигательный акт, повышении точности диагностики координации мышечных усилий и варианта динамических нарушений.

Поставленная задача достигается тем, что представляют электромиограммы в виде их огибающих, располагают огибающие электромиограмм в XYZ координатной системе, при этом по оси X откладывают огибающие электромиограмм мышц-агонистов, а по оси Y - огибающую электромиограмм мышцы, включающейся в движение с опережением, разворачивают суммирующую кривую по оси Z посредством прибавления к каждому измерению коэффициента N, равного единице времени, в течение которого совершено движение, и по смещению развернутой суммирующей кривой в направлении оси Y судят об опережающем включении в движение раньше агониста и синергистов исследуемой мышцы, что подтверждает патогенетическое значение ее первичного укорочения, требующего коррекции.

Соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна" подтверждается наличием: а) сопоставления последовательности включения мышечных групп в двигательный акт посредством анализа двух основных мышц по XY координатной системе; б) сопоставления интенсивности мышечного сокращения мышц на протяжении всего движения в результате разворачивания суммирующей кривой по оси Z посредством прибавления к каждому измерению коэффициента N, равного единице времени, во время которого совершено движение.

Существенность отличий заявленного способа для достижения поставленной цели обусловлена наличием у него признаков отсутствующих у прототипа: 1. Расположение огибающих электромиограмм в XY координатной системе, где по оси X расположена электромиограмма мышцы-агониста, а по оси Y - электромиограмма мышцы, включающейся в движение с опережением.

2. При помощи компьютерной обработки, разворачивания суммирующей кривой по оси Z посредством прибавления к каждому измерению коэффициента N, равного единице времени, во время которого совершено движение.

3. Многократное повторение движения и с помощью компьютерного моделирования наложение получаемых кривых друг на друга.

Существенность отличий будет обусловлена вытекающими из вышеперечисленного преимуществами: 1. Сопоставление последовательности включения мышечных групп позволяет выявить запоздалое включение мышцы-агониста и опережающее включение других мышечных групп на основании координационных взаимоотношений между ними.

2. Анализ интенсивности мышечного сокращения на протяжении всего акта движения позволяет выявить дискоординацию мышечных усилий между двумя исследуемыми мышцами.

3. Анализ наложенных суммирующих электромиограмм подтверждает закономерность повторения данного типа дискоординации движения у пациента и исключить случайность находки.

Это позволяет отойти от концепции поиска причины формирования болевого синдрома только в мышце, включающейся в движение с опережением. Предложенный способ ЭМГ диагностики на основании координационного анализа антагонистических взаимоотношений агониста с другими мышцами подтверждает, что возникновение болевого синдрома может быть связано с запоздалым включением мышцы-агониста в начале движения, снижением ее интенсивности сокращения в течение движения и ранним выключением ее в конце движения. В то время как в прототипе возможно лишь выявить нарушение интенсивности сокращения отдельно взятой мышцы по сравнению с эталонной моделью. Предложенный способ диагностики позволяет также подтвердить с помощью электромиографии, что возникновение болевого синдрома может быть связано с расслаблением мышцы-агониста нарушенного двигательного акта, включающейся в двигательный акт позднее нормы, и часто удаленной от места локализации боли, а также диагностировать, что патобиомеханические изменения мышцы, в которой локализуется боль, могут быть вторичной, компенсаторной реакцией организма, необходимой для выполнения простого динамического акта, который в условиях декомпенсации трофических механизмов способствует формированию болевого синдрома. Кроме того, заявленный способ позволяет выявить в исследуемом регионе взаимодействие конкретных укороченной и/или расслабленной мышц, на протяжении всего двигательного акта и при многократном его повторении.

Фиг. 1. Графическое изображение электромиографической диагностики мышцы-агониста исследуемого движения.

А - электромиограмма, Б - огибающая электромиограммы.

t - время в микросекундах; A₁ - амплитуда сокращения мышцы-агониста (в микровольтах), включающейся в движение с опозданием; 1 - перпендикуляр, указывающий начало каждого сокращения; 2 - максимальная амплитуда сокращения мышцы-агониста.

Фиг. 2. Графическое изображение электромиографического исследования мышцы, включающейся в движение раньше агониста.

А - электромиограмма, Б - огибающих электромиограммы.

t - время проведения движений (в микросекундах); A₂ - амплитуда сокращения мышцы, включающейся в движение ранее агониста; 1 - перпендикуляр, отмечающий начало каждого нового сокращения; 3 - максимальная амплитуда сокращения мышцы, включающейся с опережением.

Фиг. 3. Графическое изображение координационной взаимосвязи двух мышц по системе XY.

Ось X - электромиограмма мышцы-агониста (A₁); ось Y - электромиограмма мышцы, включающейся в движение раньше агониста (A₂);
4 - результат координационной взаимосвязи, при A₁, равной в 10 мкВ, и A₂, равной 150 мкВ;
5 - результирующие кривые координационной взаимосвязи в системе XY по каждому из четырех повторений движения.

Фиг. 4. Графическое изображение координационной взаимосвязи двух мышц по системе XYZ.

Ось X - электромиограмма мышцы, включающейся в движение ранее агониста (A₁);
ось Y - электромиограмма мышцы-агониста совершаемого движения (A₂);
ось Z - время t, в течение которого совершалось каждое движение в среднем;
6 - суммирующая электромиограмма, развернутая с учетом коэффициента времени t.

Фиг. 5. Графическое изображение координационных взаимоотношений мышцы-агониста и мышц-синергистов с мышцами фиксаторами при оптимальном выполнении простого двигательного акта.

а - координационное взаиморасположение мышц-агониста (ось X) и мышц-фиксаторов (ось Y).

б, в - координационное взаиморасположение синергистов (ось X) и фиксаторов (ось Y).

г - координационное взаиморасположение электромиограмм одной и той же мышцы, расположенной как по оси X, так и по оси Y.

Фиг. 6. Графическое изображение координационных взаимоотношений мышц агонистов, синергистов и фиксаторов при первичном расслаблении агониста.

Фиг. 7. Графическое изображение координационных взаимоотношений мышц агонистов, синергистов с фиксаторами при первичном сокращении мышцы-фиксатора.

Фиг. 8. Графическое изображение координационных взаимоотношений мышц-агонистов, синергистов с нейтрализаторами при первичном расслаблении агониста.

Сущность способа заключается в следующем.

1. При помощи стандартного визуального и пальпаторного мануального тестирования определяют нарушение оптимальности двигательного акта в виде нарушения последовательности включения мышц (запаздывающего включения агониста и синергистов относительно и опережающего включения мышц фиксаторов нейтрализаторов или антагонистов).

2. Поверхностные посеребренные дисковидные электроды с площадью отводящей поверхности (100 кв. мм) и межэлектродным расстоянием 20 мм располагают при помощи специального диска с односторонней липкой поверхностью на уровне расположения двигательной точки исследуемых мышц-агониста, синергистов и мышцы, включающейся в движение раньше агониста.

3. Осуществляют регистрацию биоэлектрической активности исследуемых мышц при многократном повторении пациентом одного и того же простого двигательного акта, провоцирующего боль и анализируют интенсивность мышечного сокращения каждой из них по величине амплитуды биоэлектрической активности мышцы, включающейся с опозданием (A₁) (фиг. 1а) и с опережением (A₂) (фиг. 2а), при этом начало каждого нового движения отмечается перпендикуляром (1). Запись производится при усилении 200 мкВ/дел. и скорости развертки 2 мс/дел.

4. Полученные интерференционные электромиограммы преобразовываются в огибающие электромиограмм по стандартной методике (фиг. 1б, 2б).

5. Полученные огибающие электромиограмм обрабатываются при помощи электромиографического аппаратно-программного комплекса "НЛ- нейтромиограф", состоящего из регистратора миографических сигналов, персонального компьютера типа IBM PC AT и программного обеспечения.

6. В результате обработки полученных сигналов огибающая электромиограммы одной мышцы располагается по оси X, а другой мышцы - по оси Y. Результирующая кривая координации огибающих обеих электромиограмм представлена для каждого нового цикла движения отдельной кривой (фиг. 3, 5), состоящей из множества точек (4), каждая из которых отражает результат координации огибающих электромиограмм двух мышц.

7. С помощью компьютерной обработки разворачивают полученную суммирующую кривую координации во времени таким образом, что по оси Z откладывается время, в течение которого совершен цикл движения, а по оси Y - суммирующая кривая координации двух электромиограмм (фиг. 4, 6) по формуле A₁/A₂+N, где N - единица времени, в течение которой совершается движение антагонистических мышц с указанными амплитудами (A₁, A₂) интенсивности сокращения.

8. Повторяют многократно одно и то же движение и при помощи компьютерного анализа накладывают полученные кривые друг на друга и их совпадение рассматривают как подтверждение устойчивой закономерности нарушения двигательного акта, выполняемого пациентом.

9. Производят анализ полученных суммирующих кривых, развернутых во времени. Для этого сопоставляют направление смещения анализируемой кривой относительно оси Z. Совпадение анализируемой кривой с координатной осью Z свидетельствует об одинаковой интенсивности мышечного сокращения обеих анализируемых мышц в данный отрезок времени.

Смещение данной кривой в направлении оси X (фиг. 5а) или оси Y (фиг. 7 а, б, в) свидетельствует о преобладании амплитуды сокращения мышцы, расположенной вдоль данной оси в конкретную единицу времени.

10. Анализируют координационные взаимоотношения мышцы, включающейся в движение ранее агониста. В норме при анализе координационных взаимоотношений агониста с другими мышцами (фиксаторами, нейтрализаторами, антагонистами) регистрируется одноволновая кривая, смещенная относительно оси Z в направлении той координационной оси, где расположена огибающая электромиограммы мышцы-агониста, на всем протяжении цикла движения (фиг. 5а), а при анализе координационных взаимоотношений синергистов с другими мышцами (фиксатором, нейтрализатором, антагонистом) регистрируются также одноволновая кривая, смещенная относительно Z в направлении координационной оси OX, вдоль которой расположена огибающая электромиограммы мышцы-синергиста, но со второй трети цикла движения (фиг. 5 б, в; 6 б, в; 8 б, в).

По смещению координационной развернутой суммирующей кривой в направлении оси Y при анализе координационных взаиморасположений агониста и других мышц определяют опережающее включение в движение раньше агониста той мышцы, чья ЭМГ регистрировалась по оси Y (фиг. 6а, 7а, 8а).

11. Выявляют причину данного нарушения двигательного акта: а) первичное расслабление мышцы-агониста и вторичное опережающее включение другой мышечной группы данного двигательного акта, компенсирующей данную функциональную несостоятельность агониста; б) первичную повышенную возбудимость гиперактивной мышцы, включающейся в движение раньше агониста, формируя его вторично развиваемое, запоздалое включение и функциональную несостоятельность. Для этого анализируют координационные взаимоотношения этой же гипервозбудимой мышцы с синергистами.

а) По сохранению координационных взаимоотношений гиперактивной мышцы с синергистами (фиг. 6б, в) в пределах нормы ЭМГ (фиг. 5б, в) определяют патогенетическое значение первичного расслабления агониста и вторичное компенсаторное сокращение мышцы, включающейся в движение раньше агониста. В этом случае лечение направлено на усиление слабой мышцы-агониста.

б) По смещению суммирующей развернутой кривой в направлении оси Y, где расположена ЭМГ мышцы, включающейся в движение раньше агониста на всем протяжении движения, определяют патогенетически значимое первичное опережающее включение в движение гипервозбудимой мышцы и вторичное торможение активности агониста (фиг. 7б, в). В данном случае лечение направлено на расслабление гипервозбудимой мышцы.

Таким образом, полученный графический анализ позволяет: а) проследить координацию двух мышц в течение всего периода производимого движения; б) выявить, в какую единицу времени имеется преобладание интенсивности мышечного сокращения той или другой мышцы; в) определить первичность возникновения расслабления агониста или повышенную возбудимость мышцы, включающейся в движение раньше него.

После проведенного исследования устанавливается заключительный диагноз, состоящий из оценки неоптимальности простого двигательного акта с указанием выявленного нарушения биомеханики: первичное расслабление агониста и вторичное укорочение мышцы, включающейся в движение с опережением, компенсирующее запаздывающее включение или невключение агониста (с указанием названия укороченной мышцы, первой включающейся в это движение) или первичное укорочение гипервозбудимой мышцы.

Врач, получая заключение исследования, производит соответствующую терапию, например мануальную терапию, а именно расслабление укороченных или усиление расслабленных мышц, устранение функциональных блоков в позвоночных двигательных сегментах, где мышцы прикрепляются и где они иннервируются, реедукации патобиомеханически значимого простого двигательного акта и коррекции неоптимального двигательного стереотипа.

Таким образом, предложенный способ позволит впервые объективно подтвердить связь между хроническим мышечным болевым синдромом, появляющимся при движении, и его причиной - укорочением или расслаблением мышц, невключаемого или включаемого с опозданием простого двигательного акта, находящегося часто на значительном удалении от места локализации боли.

Используемый в прототипе способ ЭМГ диагностики динамических нарушений позволяет выявить патобиомеханические изменения в том мышечном регионе, где локализуется боль, предлагаемый способ ЭМГ диагностики динамических нарушений обладает возможностью выявить патобиомеханические изменения в другом мышечном регионе, являющемся причиной, вызвавшей формирование патобиомеханических изменений в регионе, где локализуется боль.

Пример. Пациент К. 30 лет, поступил в нервное отделение 2 горбольницы с диагнозом люмбалгия, цервикобрахиалгия слева неясного генеза, хроническое прогредиентное течение, фаза затянувшегося обострения, коленный периартроз слева.

На основании визуальной диагностики предположено, что, возможно, гипертонус мышц и болевой синдром в поясничной области, как и в области надплечья и в коленном суставе связан с динамическими перегрузками данных регионов, которые при каждом шаге пациента компенсируют выключенный простой двигательный акт "экстензия тазобедренного сустава" и поэтому их терапия имеет кратковременный эффект.

Для подтверждения предложения, полученного при помощи визуальной диагностики, пациенту проведено пальпаторное исследование. Последовательности включения всех групп мышц выключенного региона во время выполнения пациентом экстензии бедра (фиксаторов, нейтрализаторов, агонистов, синергистов, антагонистов), по стандартной методике. При этом диагностировано, что средняя ягодичная (нейтрализатор) и большая ягодичная (агонист) включаются одновременно.

Для выявления координационных взаимоотношений данных мышц на всем протяжении нескольких двигательных актов пациенту проведена векторная электромиография. Для этого:
1. Пациенту наложили электроды на среднюю (мышца, включающаяся с опережением) и большую ягодичную (агонист) мышцы, двуглавую мышцу бедра, а также полусухожильную и полумембранозную мышцы (синергисты). Огибающие этих электромиограмм представлены на фиг. 8 (а, б, в). По оси Y на всех трех графиках представлена огибающая мышца, включающаяся с опережением (средней ягодичной мышцы) (4), по оси X в первом графике (фиг. 8а) представлена огибающая электромиография агониста - большая ягодичная мышца, на втором (фиг. 8б) - огибающие ЭМГ синергистов - двуглавой мышцы бедра (2) и третьем (фиг. 8в) - полумембранозной и полусухожильной мышц (3).

При анализе координации средней ягодичной мышцы (фиксатора) и большой ягодичной мышцы (агониста) (фиг. 8а) выявлено, что в начале движения в течение нескольких микросекунд действительно обе мышцы включаются одновременно (суммирующая развернутая кривая расположена по оси Z), далее, на протяжении всего движения, особенно средней трети, при его многократном повторении фиксируется смещение координационной кривой в направлении оси Y, что свидетельствует о опережающем сокращении средней ягодичной мышцы, в то время как при сопоставлении огибающих электромиограмм средней ягодичной мышцы (ось Y) и мышц-синергистов (ось X) (полусухожильной, полумембранозной (2) и двуглавой (3) мышц) (фиг. 8б, в) выявляется смещение координационной кривой в направлении оси X, что свидетельствует о преобладающей активности мышц-синергистов.

Таким образом, на основании проведенной векторной электромиографии выявлено, что у пациента имеется нарушение простого двигательного акта в виде опережающего включения средней ягодичной мышцы (фиксатора) и запоздалого включения большой ягодичной мышцы (агониста). При этом подтверждено, что причиной данного нарушения двигательного акта является первичное расслабление агониста большой ягодичной мышцы и вторичное компенсаторное повышение возбудимости средней ягодичной мышцы.

Если использовать диагностические электромиографические методики, предложенные в прототипе, у пациента была бы выявлена повышенная электромиографическая активность мышц поясницы по сравнению с параметрами нормы и пациенту была бы назначена мануальная терапия в области локализации боли - в поясничном отделе позвоночника, где производилось бы расслабление напряженных мышц. Как было у данного пациента, где из-за неправильной диагностики терапия, проводимая пациенту, оказалась неэффективной и у него сформировался хронический болевой мышечный синдром в виде люмбалгии.

В клиниках Новокузнецкого ГИДУВа при кафедре неврологии и кафедре традиционной медицины успешно пролечены 120 пациентов с разной локализацией мышечных болевых синдромов хронического течения продолжительностью от 2 мес до 5 лет. При этом векторная электромиография успешно апробирована как на мышцах поясничного отдела и бедра (фиг. 8), плечевого пояса и шеи (фиг. 7), так и на мышцах грудного отдела позвоночника. При электромиографической диагностике предложенным способом векторной (координатной) электромиографии у 100% пациентов болевой синдром был расценен как следствие динамических перегрузок мышц этого региона. Причина этой перегрузки была локализована в других регионах, в которых двигательные акты включались с опозданием или не включались совсем.

При этом выявлено, что так называемая норма интенсивности мышечного сокращения, широко используемая в электромиографии, у одного и того же пациента имеет меньшую вариабильность и зависит от его эмоционального состояния, интенсивности болевого синдрома и др. Кроме того, во время движения все мышцы, участвующие в нем, становятся повышенно-возбудимыми. Именно поэтому принципиально важным оказалось выявить не просто количественную характеристику - набор повышенно- и пониженно-возбудимых мышц, но и представить качественные ЭМГ критерии нарушения координации между ними на протяжении всего акта движения и при многократном повторении, что позволило получить ЭМГ характеристику антагонистических взаимоотношений мышц, максимально приближенную к реальной ситуации в процессе движения.

Таким образом, предложенный способ векторной электромиографии прост и доступен для практического применения и обладает высокой эффективностью в диагностике причин, вызывающих, и факторов, компенсирующих динамические нарушения, что имеет принципиально важное значение для больных с хроническим болевым мышечным синдромом.

Формула изобретения

Способ электромиографической диагностики нарушения координации мышечных усилий, основанный на записи электромиограмм исследуемых мышц, отличающийся тем, что огибающие электромиограмм располагают в XYZ координатной системе, при этом по оси X откладывают огибающие электромиограмм мышц-агонистов и синергистов, а по оси Y - огибающую электромиограммы мышцы, включающейся в движение с опережением, разворачивают суммирующую кривую по оси Z посредством прибавления к каждому измерению времени, в течение которого совершено движение, и по смещению развернутой суммирующей кривой в направлении оси Y судят об опережающем включении в движение раньше агониста и синергистов исследуемой мышцы, определяя тем самым патогенетическое значение ее первичного укорочения для соответствующей терапии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8