Журнал «Травма» Том 14, №6, 2013

Введение

Болевые синдромы, сопутствующие дегенеративным заболеваниям позвоночника (в частности, поясничному остеохондрозу и дегенеративному поясничному спондилолистезу), зачастую сопровождаются нарушением постурального контроля с изменением биомеханических параметров, регулирующих эргономичность вертикальной позы. Среди последних наиболее информативными являются параметры качательных движений тела при двухопорном и особенно одноопорном стоянии — скорость, амплитуда, частота и площадь качания тела, а также экскурсия центра давления стоп на стабилографическую платформу [8, 17, 19, 21, 23].

Один из главных факторов нарушения биомеханической регуляции ортоградной позы — изменение мышечного контроля вследствие активации ноцицептивных рецепторов [22], которые, в свою очередь, ингибируют афферентные проприоцептивные сигналы с мышечных веретен [12], пролонгируя латентный период мышечного сокращения [6]. Мы полагаем, что нарушение двигательного контроля может быть связано и с развитием дисбаланса мышц пояснично-тазовой области, который сопутствует позвоночно-тазовому дисбалансу, как правило, регистрируемому при дегенеративных заболеваниях позвоночника. Однако в доступной литературе не встретились работы по изучению взаимосвязи между параметрами сагиттального позвоночно-тазового баланса и постурального контроля. Такие исследования являются актуальными, так как биомеханическая дискордантность вертикальной позы уменьшает потенциал компенсаторных возможностей рецентрирования параметров позвоночно-тазового баланса в послеоперационном периоде и таким образом может ухудшать функциональные результаты хирургического лечения пациентов с поясничным остеохондрозом и дегенеративным поясничным спондилолистезом.

Материал и методы

Материалом исследования послужили протоколы клинико-рентгенологического обследования 42 больных с различными клиническими вариантами поясничного остеохондроза (грыжи межпозвоночных дисков, и/или нестабильность позвоночных сегментов, и/или спондилоартроз, и/или стеноз позвоночного канала) в возрасте 20–40 лет (средний возраст — 33,4 ± 4,8 года) — группа В и 10 пациентов с поясничным дегенеративным спондилолистезом малых (1–2-й) степеней в возрасте 46–65 лет (55,4 ± 7,8 года) — группа С. Группой сравнения послужили 30 здоровых волонтеров в возрасте 20–30 лет (22,4 ± 2,6 года) — группа А. Все участники исследования были мужского пола. Больные обследовались до операции и через 3, 6 мес., 1 год и более после хирургического лечения со средним сроком наблюдения 1,2 ± 0,8 года (6 мес. — 2 года). Всем пациентам был выполнен задний спондилодез L4–L5 и/или L5–S1 сегментов с использованием транспедикулярных конструкций в клинике вертебрологии ГУ «Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМНУ».

Критерии включения в исследование: для больных — отсутствие двигательных расстройств с парезами и/или плегиями нижних конечностей; для волонтеров — отсутствие жалоб на боль в позвоночнике и суставах. Критерии исключения из исследования: системные заболевания, деформирующий артроз суставов нижних конечностей, переломы позвонков и костей нижних конечностей, а также операции на позвоночнике и нижних конечностях в анамнезе.

Проводилось стандартное клиническое обследование с изучением ортопедического статуса и характера неврологических радикулярных расстройств.

На поясничных спондилограммах в боковой проекции в положении стоя до операции и через 3 мес. после хирургического лечения измеряли величину позвоночного (поясничный лордоз GLL) и тазового (наклон крестца SS) параметров сагиттального позвоночно-тазового баланса по методике J.R. Cobb [7] и G. Duval-Beapure [9] соответственно. Нормальными значениями считали: GLL = 61 ± 10°; SS = 48 ± 8° [9] (рис. 1).

Выбор наклона крестца SS в качестве изучаемого тазового параметра обусловлен тем, что в исследованиях последних лет именно позиция крестца определяет центрирование сегментов тела, являясь ключевой в позвоночно-тазовом балансе и составляя «неискажаемую часть» изгибов позвоночника [29]. Кроме того, наклон крестца можно рассматривать как исходное значение в отношении уравновешивания таза [10], так как PI = PT + SS (где PI — угол отклонения таза от вертикали; РТ — угол наклона таза к горизонтали), и морфологический параметр PI является неизменным для конкретно взятого индивида [9].

Биомеханические исследования проводились на платформе статографа. На статограммах определяли:

1) в статическом положении при удобном стоянии — положение проекции общего центра масс (ОЦМ) на площадь опоры в сагиттальной (ОЦМY) и фронтальной (ОЦМХ) плоскостях;

2) в статическом положении в течение 30 с — амплитуду перемещения проекции ОЦМY (т.е. амплитуду качания тела обследуемого в сагиттальной плоскости) при двухопорном (АК_ДО) и одноопорном стоянии. У волонтеров регистрировали качание с опорой на правую (АК_ОО_пр) и левую (АК_ОО_л) ногу; у больных — с опорой на ногу с отраженной болью (АК_ОО_отр) и на контралатеральной нижней конечности (АК_ОО) (рис. 2а);

3) в переходном процессе от двухопорного стояния к ходьбе [3] с ноги с отраженной болью у пациентов и с правой ноги у волонтеров — величину общей траектории L перемещения проекции ОЦМ (кривая АВСД) и ее отрезков АВ = L1, ВС = L2 и СД = L3 (рис. 2б). Последние соответствуют: L1 — траектории перемещения проекции ОЦМ в инерционную фазу цикла; L2 и L3 — в фазу переднего шага: L2 — в фазу переката с пятки на всю ступню; L3 — в фазу отталкивания ноги от опоры.

При статистических исследованиях определяли медиану с величиной стандартного отклонения, t-критерий по методу Стьюдента с уровнем значимости р < 0,05; проводили корреляционный анализ по Пирсону.

Биомеханические параметры постурального контроля в норме

Постуральный контроль обеспечивает статическое (удержание ортоградной позы) и динамическое равновесие (равновесие при движении) тела человека.

Вертикальная поза человека в норме характеризуется гармоничным балансированием туловища над тазом с минимальными мышечными усилиями, что предполагает корреляцию между позвоночными и тазовыми параметрами позвоночно-тазового баланса, нормальную величину поясничного лордоза, нейтральное положение главных суставов нижних конечностей, прохождение проекции ОЦМ через диск L5–S1 [13]. Равновесие тела человека сохраняется без напряжения связочного аппарата и теоретически без напряжения мышц за счет уравновешивания сил, действующих на опорные сочленения (кроме голеностопного сустава). Устойчивое положение последнего обусловлено проецированием линии гравитации на 4 см кпереди от центра сустава [2]. Во фронтальной плоскости проекция ОЦМ на площади опоры располагается симметрично между стопами.

Фиксация голеностопного сустава сопровождается постоянной позиционной работой околосуставных мышц. Периодическая активность икроножной мышцы и ее антагонистов — мышц перонеальной группы — сопровождается качательными движения тела в сагиттальной плоскости [2], которые минимизируют мышечные усилия, направленные на удержание вертикальной позы. Параметры качания тела (при двухопорном и особенно одноопорном стоянии) — скорость, амплитуда и частота качания, экскурсии центра давления стоп на стабилографическую платформу — считаются показателями постурального контроля и стабильности вертикальной позы [8, 17, 19, 21, 23].

Динамическое равновесие тела человека обеспечивают локомоторные синергии: силовая часть — уступающей работой мышц-разгибателей, коррекционная часть — действием мышц-сгибателей. Один из основных динамических эффектов ходьбы — трансляция, т.е. продвижение тела вперед — связан с перемещением проекции ОЦМ в горизонтальной плоскости. Эффективность ходьбы зависит также от вертикального перемещения проекции ОЦМ — подъема центра тяжести тела в двухопорную фазу с накоплением потенциальной энергии и опускание его в одноопорную фазу, когда накопленная потенциальная энергия превращается в кинетическую [1]. Коррекция непроизводительных перемещений тела происходит путем ротации таза и позвоночника, благодаря чему не только уменьшаются колебания тела, но также удлиняется шаг и ускоряется постановка стопы на опору.

Наиболее существенны для ходьбы инерционная фаза и фаза отталкивания ноги от опоры — основные моменты взаимодействия нижних конечностей с опорной поверхностью, когда большинство параметров приобретает экстремальное значение. В эти фазы регистрируется максимальная активность мышц — сгибателей и разгибателей туловища и нижних конечностей [1], а функцию коррекции осуществляют преимущественно мышцы пояснично-тазовой области и брюшные мышцы, регулируя параметры дистального звена биокинематической цепи и обеспечивая оптимальное динамическое равновесие тела человека.

Результаты и их обсуждение

При первичном обследовании до операции исследованные параметры позвоночно-тазового баланса (поясничный лордоз GLL и наклон крестца SS) в обеих группах больных В и С были статистически значимо меньше показателей в группе А волонтеров (p < 0,001) (табл. 1).

Другими словами, у больных с поясничным остеохондрозом и дегенеративным поясничным спондилолистезом наблюдалось уплощение сагиттального контура пояснично-крестцового отдела позвоночника по типу дегенеративной деформации flat back с уменьшением глубины поясничного лордоза и вертикализацией крестца.

Также в обеих группах больных В и С выявлено статистически достоверное смещение проекции ОЦМY кпереди (p < 0,001 и p < 0,01 соответственно) по сравнению со здоровыми волонтерами (табл. 1). В такой ситуации сохранение ортоградного положения требует избыточной постуральной работы мышц пояснично-тазовой области и нижних конечностей и в ряде случаев — формирования компенсаторных установок в тазобедренном суставе.

Проекция ОЦМХ на площади опоры располагалась практически симметрично у волонтеров и больных группы С, тогда как у ряда пациентов с поясничным остеохондрозом (группа В) наблюдалось смещение проекции ОЦМХ от срединной линии тела (–0,22 ± 0,22 см), что может быть связано с наличием анталгических миотонических реакций с формированием асимметричных функциональных установок туловища — анталгического сколиоза и кифосколиоза (табл. 1, рис. 3).

Статистически достоверных различий между группами А, В и С при измерении амплитуды перемещения проекции ОЦМY при двухопорном стоянии не выявлено, хотя и прослеживалась тенденция к увеличению этого параметра в группе пациентов с дегенеративным спондилолистезом.

Иные результаты получены при изучении амплитуды перемещения проекции ОЦМY при одноопорном стоянии. Максимальная амплитуда качания тела в сагиттальной плоскости наблюдалась у больных поясничным остеохондрозом при опоре на ногу с отраженной болью и у пациентов с дегенеративным спондилолистезом при опоре на интактную ногу, что оказалось достоверно больше показателей одноопорного качания тела в группе волонтеров (p < 0,01 и p < 0,05 соответственно). Различия в параметрах одноопорного качания между группами больных В и С (АК_ОО_отр и АК_ОО) и группой А волонтеров (АК_ОО_пр и АК_ОО_л) были недостоверными, тем не менее имелись определенные особенности постуральной стабильности в каждой из групп. У волонтеров различия в показателях АК_ОО_пр и АК_ОО_л по t-критерию Стьюдента составили 0,63. У больных поясничным остеохондрозом различия между величинами АК_ОО_отр и АК_ОО были существенно больше (t = 1,7), тогда как у пациентов с дегенеративным спондилолистезом — существенно меньше (t = 0,06) (табл. 1). Другими словами, у здоровых людей постуральная стабильность при одноопорном стоянии на правой или левой ноге достигается сходными двигательными паттернами, отличия между которыми, по-видимому, обусловлены особенностями взаимодействия периартикулярных мышц при стабилизации суставов доминантной нижней конечности. У больных поясничным остеохондрозом с односторонней радикулопатией постуральный контроль одноопорного стояния может быть связан с различными двигательными стратегиями вследствие асимметричного гипертонуса мышц пояснично-тазовой области с развитием анталгической сколиотической деформации туловища. Пациенты с дегенеративным поясничным спондилолистезом и односторонней радикулопатией при одноопорном стоянии реализуют фактически одни и те же двигательные паттерны. Нарушение постурального контроля в данном случае может быть связано с мышечным дисбалансом в пояснично-тазовой области с изменением афферентации с периартикулярных тензо- и механорецепторов с последующим нарушением центральной регуляции двигательного контроля: изменением внутренней схемы тела в центре, контролирующем позу [20], истощением эфферентных сигналов, способных предвидеть возмущения в системе контроля позы [5], и формированием патологического двигательного стереотипа.

При переходном процессе от стояния к ходьбе изучалась горизонтальная составляющая перемещения проекции ОЦМ. Наиболее существенные различия в биомеханических параметрах двигательного равновесия отмечались у больных дегенеративным спондилолистезом (группа С). Величины общей траектории L перемещения ОЦМ, показатели перемещения ОЦМ в инерционную фазу (L1) и в фазу отталкивания ноги от опоры (L3) были существенно меньше, а в фазу переката стопы с пятки на всю ступню (L2) превышали аналогичные показатели в группах А и В. Различие между величинами L в группах А и С было статистически достоверным (p < 0,05) (табл. 1). Полученные данные свидетельствуют об уменьшении силы инерции и осевого поворота тела больных дегенеративным спондилолистезом с развитием у них компенсаторных приспособлений, направленных на ослабление опорных толчков, так как последние способствуют усилению вращательных движений таза и позвоночника.

Таким образом, в дооперационном периоде у больных поясничным остеохондрозом и дегенеративным поясничным спондилолистезом выявлены изменения биомеханических параметров постурального контроля с нарушением как статического, так и динамического равновесия. Избыточная позиционная активность мышц пояснично-тазовой области вследствие позвоночно-тазового дисбаланса сопровождается изменением двигательных паттернов, направленных на сохранение постуральной стабильности, а также ослаблением обеих (силовой и коррекционной) частей локомоторной синергии с замедлением поступательного движения и повышением энергозатратности ходьбы.

Увеличение нагрузки на антигравитационные мышцы при позвоночно-тазовом дисбалансе и связанное с этим усиление афферентации от мышечных рецепторов изменяет также иннервационный стереотип ходьбы с нарушением фазности активации мышц-разгибателей дистальных и проксимальных суставов ноги в опорный период шага и фаз возбуждения мышц-сгибателей с несвойственным для них активным участием в силовой части локомоторной синергии [1].

Через 3 мес. после хирургического лечения в обеих группах В и С отмечено статистически достоверное увеличение глубины поясничного лордоза (25,00 ± 1,68° и 26,9 ± 3,0° соответственно; p < 0,05) и статистически недостоверное уменьшение степени вертикализации крестца (33,0 ± 1,4° и 36,0 ± 4,0° соответственно), хотя и после операции величины GLL и SS в каждой из групп больных оставались ниже нормы.

При динамическом наблюдении установлено постепенное уменьшение переднего смещения проекции ОЦМ в сагиттальной плоскости, особенно у больных дегенеративным спондилолистезом: ОЦМY до операции — 3,93 ± 0,38 см; через 1 год и более после операции — 2,28 ± 0,82 см; p < 0,05. Таким образом, частичное восстановление поясничного лордоза сопровождалось улучшением рецентрирования вертикальной позы относительно линии гравитации с уменьшением нагрузки на опорные сочленения и уменьшением постуральной мышечной работы, необходимой для их стабилизации.

Существенных изменений в расположении проекции ОЦМ во фронтальной плоскости в послеоперационном периоде у больных поясничным остеохондрозом не произошло, тогда как у пациентов группы С отмечено асимметричное положение ОЦМХ, особенно через 6 мес. после операции (табл. 2).

Ухудшение фронтального центрирования тела у больных дегенеративным спондилолистезом в послеоперационном периоде, по нашему мнению, связано с неустраненным дисбалансом мышц пояснично-тазовой области с патологическими двигательными стереотипами.

В группе В больных поясничным остеохондрозом на этапах послеоперационного периода значимых изменений параметров двухопорного качания тела АК_ДО и одноопорного качания как на ноге с отраженной болью АК_ОО_отр, так и на контралатеральной нижней конечности АК_ОО не выявлено.

У пациентов с дегенеративным поясничным спондилолистезом к отдаленному послеоперационному периоду (1 год и более после операции) отмечено статистически недостоверное уменьшение амплитуды постурального качания при двухопорном стоянии и статистически незначимое увеличение амплитуды качания тела при опоре на ногу с радикулалгией по сравнению с предоперационными показателями, тогда как величина АК_ОО существенно не изменялась. Другими словами, у больных обеих групп и в после­операционном периоде сохранились нарушения статического равновесия ортоградной позы.

Статистически значимых изменений показателей переходного процесса от стояния к ходьбе в группах В и С на этапах послеоперационного периода не выявлено. Тем не менее в ближайшем послеоперационном периоде (через 3 мес. после операции) у пациентов с дегенеративным спондилолистезом прослеживалась тенденция к увеличению общей траектории перемещения проекции ОЦМ (L) и ее составляющих L1 и L2, тогда как величина показателя L3 стала меньше, чем до операции. В динамике показатель L, а также величины перемещения проекции ОЦМ в инерционную фазу (L1) и фазу переката стопы с пятки на всю ступню (L2) снижались, а в фазу отталкивания ноги от опоры (L3) увеличивались.

Корреляционный анализ подтвердил несбалансированность и неэргономичность вертикальной позы обследованных больных на этапах хирургического лечения. Так, прямая сильная корреляция поясничного лордоза и наклона крестца — необходимое условие позвоночно-тазового баланса — прослеживалась лишь в группе пациентов с поясничным остеохондрозом до и через 6 мес. после операции (коэффициенты корреляции k = 0,76 и k = 0,73 соответственно). Между параметрами позвоночно-тазового баланса и величиной ОЦМY наблюдалась прямая умеренная связь лишь в группе пациентов с дегенеративным спондилолистезом через 6 мес. после хирургического лечения (k = 0,56).

В переходном процессе от стояния к ходьбе корреляционная связь между общей траекторией перемещения проекции ОЦМ (L) и величиной последней в инерционную фазу (L1) в группе В к отдаленному послеоперационному периоду постепенно ослабевала (до операции k = 0,84; через 3 мес. после операции k = 0,78; через 6 мес. k = 0,63 и через 1 год и более после хирургического лечения k = 0,53). В группе С эти же параметры L и L1 коррелировали лишь в период до и через 1 год после хирургического лечения (k = 0,84 и k = 0,66 соответственно). К отдаленному послеоперационному периоду у больных обеих групп В и С проявилась обратная умеренная корреляционная связь между параметрами L и L2 (k = –0,53 и k = –0,39 соответственно), то есть продолжительность фазы переката стопы с пятки на всю ступню отрицательно влияла на поступательное движение тела, что изменяет оптимальный стереотип ходьбы. Нецелесообразная взаимосвязь указанных биомеханических параметров отражает нарушение динамического постурального равновесия с увеличением энергоемкости ходьбы.

Таким образом, хирургическое лечение больных поясничным остеохондрозом и дегенеративным поясничным спондилолистезом (задний спондилодез нижнепоясничных сегментов с транспедикулярной фиксацией) позволило улучшить сагиттальное центрирование позвоночника. Вместе с тем существенного улучшения биомеханических параметров постурального контроля в группах больных В и С не отмечено, а у пациентов с дегенеративным спондилолистезом баланс вертикальной позы ухудшился вследствие асимметричного расположения центра тяжести во фронтальной плоскости. Такая ситуация, по нашему мнению, связана с наличием неустраненных анталгических реакций мышц пояснично-тазовой области с развитием мышечного дисбаланса, нарушением механизмов центральной и периферической нейромышечной регуляции с изменением системы двигательного контроля и формированием патологических двигательных стереотипов.

Неблагоприятные результаты хирургического лечения в плане восстановления нарушенного постурального контроля у пациентов с отраженной болью оказались ожидаемыми в соответствии с предоперационной оценкой параметров нейромышечной регуляции вертикальной позы [18, 19, 27]. Несмотря на активное восстановительное лечение, не удалось достичь улучшения постурального контроля у больных с хорошими результатами хирургического лечения, а у пациентов с неблагоприятными результатами операций наблюдалось ухудшение постуральной стабильности в динамике [19]. Помимо этого, изменение параметров одноопорного стояния явилось неблагоприятным прогностическим фактором для развития люмбалгии [27].

Изменение постурального контроля при функциональной недостаточности поясничного отдела позвоночника рассматривается как мультифакториальное и обратимое состояние, связанное с мышечной ингибицией [4, 8, 11, 25]. Часто нарушение постуральной стабильности связывают с поясничной болью, в том числе с резидуальной послеоперационной болью [8, 23, 24]. В то же время в результатах других исследований отсутствует достоверная корреляция между отраженной послеоперационной болью и нарушением статического равновесия [21, 25].

В настоящее время в литературе представлены две основные конкурирующие теории взаимосвязи поясничной боли и нарушения постурального контроля. Одна из них, концепция дополнительной адаптации двигательной системы при боли [16], базируется на данных о сохранении граничного исходного усилия мышцы при экспериментальной боли за счет рекрутирования дополнительных неактивных двигательных единиц [30]. Соответственно, существенные изменения в двигательном контроле вертикальной позы и, в частности, в постуральном качании не наблюдаются.

В противоположность этому гипотеза постоянной болевой ингибиции мотонейронного пула рассматривает «интерференцию боли» как предоминантный каузативный фактор [28] увеличения постурального качания у пациентов с поясничной болью [23, 24]. В частности, боли сопутствуют высокопороговые ноцицептивные сигналы в спинальном моторном тракте [22] и двигательной коре мозга [11], что может сочетаться как с увеличением пресинаптической ингибиции мышечных афферентных сигналов [12], так и с нарушением центральной модуляции проприоцептивных мышечных веретен, вызывая пролонгирование латентного периода мышечного сокращения путем уменьшения обратной связи в мышечных веретенах [6].

Изменение постурального контроля у пациентов с дегенеративными заболеваниями позвоночника связано, по нашему мнению, с нарушением функции мышц — локальных стабилизаторов поясничных сегментов (многораздельных мышц и поперечной мышцы живота), сопутствующих позвоночно-тазовому дисбалансу. Недостаточность стабилизирующего действия мышц может быть связана с формированием: 1) анталгических деформаций позвоночных сегментов вследствие развития миотонических синдромов; 2) дегенеративных деформаций поясничных сегментов (в частности, при уплощении сагиттального контура пояснично-крестцового отдела позвоночника) вследствие дистрофических изменений миофибрилл, а также биомеханической инсуффициентности мыщц с изменением плечей мышечных сил и мгновенных центров вращения дугоотростчатых суставов. Сопутствующая утрата эластичности связочного аппарата и поясничных межпозвоночных дисков приводит к недостаточности и в системе собственной мышечно-скелетной стабильности позвоночника [26].

Подтверждением этому служат факты доказанного уменьшения жесткости позвоночника у пациентов с поясничной болью при инициации быстрых движений верхних и нижних конечностей за счет увеличения латентного периода сокращения поперечной мышцы живота [14, 15]. Мышечная боль может изменять стратегии двигательного контроля и различные паттерны мышечного взаимодействия не только при статических и динамических нагрузках, но и в горизонтальном положении [15].

Выводы

1. В дооперационном периоде у больных поясничным остеохондрозом и дегенеративным спондилолистезом выявлен позвоночно-тазовый дисбаланс с уплощением сагиттального контура пояснично-крестцового отдела позвоночника по типу дегенеративной деформации flat back, а также изменение биомеханических параметров постурального контроля с нарушением статического и динамического равновесия.

2. Улучшение сагиттального центрирования позвоночника после операции (задний спондилодез нижнепоясничных сегментов с транспедикулярной фиксацией) не сопровождалось восстановлением биомеханических параметров постурального контроля, в связи с чем функциональный результат у данной категории больных на этапах хирургического лечения характеризовался сохранением несбалансированности и энергозатратности механизмов регуляции вертикальной позы.