Оценка ходьбы при травме передней крестообразной связки коленного сустава с использованием технологии инерциальных сенсоров

Травма передней крестообразной связки коленного сустава (ПКС КС) занимает второе место по частоте среди всех травм КС

Повреждение передней крестообразной связки (ПКС) занимает 2-е место по распространенности среди травм коленного сустава (KC) (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).

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.

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.

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 1111 (рис. 3).

Все показатели сравнивали с аналогичными в группе контроля и между здоровой и пораженной конечностью. Полученные результаты обработаны стандартными методами вариационной статистики с помощью программы Statistical. 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 (11111, 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

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).

Асимметрия У 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.

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).

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.

Определено увеличение циркумдукции (1/2 ширины/базы шага) в 73,4% в группе больных с травмой ПКС КС, в основном за счет «здоровой» конечности.

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.

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.

Список литературы

Котельников Г.П. Посттравматическая нестабильность коленного сустава. Самара, 1998. 45 с.

Kannus P., Niemi S., Parkkari J., Palvanen M., Jarvinen M., Vuori I. Unintentional injury death in an adult Finnish population 1971-1997 // Epidemiology. 2000. Vol. 11 (5). Р. 598-602.

MARS Group. Predictors of clinical outcome following revision anterior cruciate ligament reconstruction // J. Orthop. Res. 2020. Vol. 38 (6). Р. 1191-1203. DOI: 10.1002/jor.24562.

  Михайлов И.Н., Пусева М.Э., Тишков Н.В., Монастырев В.В., Пономаренко Н.С., Бальжинимаев Д.Б. Современные способы тендопластики передней крестообразной связки (обзор литературы) // Acta Biomedica Scientifica. 2017. Vol. 2, Is. 6. DOI: 10.12737/article_5a0a864c6e0163.659987956468.

Кирпичев И.В., Королева С.В., Графинин М.С. Оценка ходьбы при застарелых травмах менисков коленного сустава с использованием технологии инерциальных сенсоров // Современные проблемы науки и образования. 2023.     N2.

Paterno M.V., Rauh M.J., Schmitt L.C., Ford K.R., Hewett T.E. Incidence of second ACL injuries 2 years after primary ACL reconstruction and return to sport // Am. J. Sports Med. 2014. Vol. 42 (7). Р. 1567-1573. DOI: 10.1177/0363546514530088.

Бондаренко К.К., Бондаренко А.Е. Рациональность передвижений хоккеистов в зависимости от проприоцепции коленных суставов // Инновационные технологии в спорте и физическом воспитании подрастающего поколения: матер. IX Всерос. науч.-практ. конф. М.: Первый том, 2019. С. 501-504.

Авторы:

Королева С.В., Кирпичёв И.В., Михайлов Д.В. - ФГБОУ ВО «Ивановская государственная медицинская академия Минздрава России», Иваново