Архитектура скелетной мышцы отражает расположение мышечных волокон, особенности ее строения и является важным показателем функциональных свойств мышцы (Gans et al., 1965). С анатомической точки зрения скелетные мышцы можно разделить на две группы - с параллельным расположением волокон относительно оси активности мышцы и перистые, волокна которых расположены под некоторым углом относительно оси сухожильного комплекса и оси точек их прикрепления к апоневрозу или вхождения в сухожилие (Steno, 1667; Jones et al., 1989). Перистые мышцы развивают большую силу благодаря увеличению площади поперечного сечения волокна. Попытки определить геометрию расположения мышечных волокон у человека в основном ограничивались анализом анатомических фрагментов, полученных путем рассечения трупных препаратов (Alexander et al., 1975; Spoor et al., 1991), но с развитием современных технологий визуализации тканей появилась возможность измерения угла наклона мышечного волокна, ультразвуковым (УЗ) методом. (Ратэрфорд et al, 1992; Kawakami et al., 1993). Cady et al. (1983), используя УЗ метод, показали его высокую чувствительность по сравнению с компьютерной томографией в обнаружении патологических изменений в мышце. Наиболее удобна для изучения трехглавая мышца голени, которая имеет перистое строение трех головок, обладает высокой силой сокращения и доступна для УЗ-визуализации.
Нами проанализированы результаты исследования архитектуры трехглавой мышцы голени по данным УЗ сканирования мышц, определение в условиях in vivo изменения угла наклона (Θ), длины волокна (L) и толщины мышцы (H) в головках трехглавой мышцы голени: медиальной икроножной мышце - GM, камбаловидной мышце - SOL, латеральной икроножной мышце - GL в покое и при выполнении произвольного изометрического усилия (напряжения) у здоровых лиц, у пациентов с двигательными нарушениями.
Материал и методы исследования
Первая группа обследуемых с отсутствием двигательных нарушений состояла из 8 здоровых мужчин (52 ± 3.6 года), дополнительно была обследована группа лиц старше 78 лет - 19 человек (82.9 ± 1.1 года); вторая группа с наличием двигательных (моторных) нарушений, вызванными острым нарушением мозгового кровообращения и его последствием - гемипарезом, последствиями перенесенного детского церебрального паралича (ДЦП), миелопатией, радикулопатией на фоне остеохондроза позвоночника, облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей, гиподинамией на фоне травмы голеней состояла из 22 пациентов (55 ± 3.4 лет).
Измерение архитектуры мышц
Для определения архитектуры трех головок GM, SOL и GL (см. сокращение выше) получали изображения в реальном времени в В-режиме на ультразвуковом аппарате Sololine Elegra (фирмы Siemens) с электронным линейным датчиком 7.5 МГц. Определялись следующие УЗ-параметры структуры мышцы: L - длина волокна определялась как расстояние между местом прикрепления волокна у поверхностного апоневроза до места вхождения в глубокий апоневроз мышцы в области нижней стенки (Ichinose et al., 1995; Narici et al., 1996; Fukunaga et al., 1997). Угол Q мышечного волокна определялся как угол, образованный волокном в месте его прикрепления в области нижнего апоневроза и самим нижним апоневрозом (Rutherford, 1992; Jones, 1992; Fukunaga et al. 1997). Н - толщина мышцы определялось как расстояние между верхним и нижним апоневрозом мышцы по перпендикуляру. Изображения обрабатывались с использованием программы Magic View 300 (фирмы Siemens) с архивацией данных в системе SIENET (фирмы Siemens). Получали три изображения каждой мышцы в условиях покоя и в условиях напряжения. У каждого испытуемого анализировались до трех волокон и полученные данные усреднялись.
Измерение силы
Для определения суставных моментов во время выполнения произвольных изометрических сокращений мышц‑разгибателей стопы ¾ трехглавой мышцы голени использовали изокинетический динамометр (модель CYBEXâII, USA). У здоровых лиц все измерения были выполнены на правой конечности, в ряде случаев изучались обе голени. Во время измерения суставного момента трехглавой мышцы голени испытуемый располагался на специальной кушетке в положении лежа на животе. Стопа исследуемой конечности относительно жестко фиксировалась на специальной платформе измеряемого устройства динамометра. При этом ось вращения измеряемого устройства совмещалась с осью вращения в голеностопном суставе. Стопа фиксировалась в нейтральной анатомической позиции (угол в голеностопном суставе составлял - 90º). Перед тестовой процедурой каждый обследуемый выполнял стандартную разминку и 3-5 субмаксимальных сокращений для ознакомления с тестовой процедурой. Затем его инструктировали и просили выполнить задание - «как можно сильнее сократить мышцу» и измерялся максимальный суставной момент (максимальная произвольная сила - МПС). Учитывался лучший результат из трех попыток. Затем испытуемого просили развить усилие в 50 % МПС и удерживать в течение 5 сек. для получения УЗ изображения. Пациентов с моторными нарушениями просили выполнить только максимальное произвольное усилие аналогичного характера, лежа на спине, используя упор для стопы.
Результаты
Результаты исследования показывают, что у здоровых лиц 52±3.6 г. в момент мышечного напряжения - произвольного усилия, наблюдается достоверное увеличение угла наклона мышечного волокна во всех трех головках икроножной мышцы: в GM - на 60%, SOL - на 17% и GL - на 41%. Отмечается высокий D% изменений угла наклона у GM и GL. Достоверно изменяется и длина мышечного волокна: укорочение волокна в момент усилия составляет в GM, SOL и GL - 31, 41, 26 %% соотв. Толщина мышцы достоверно увеличивается только в GL - на 22%, незначительно выражено утолщение мышцы в GM, SOL.
На рисунках представлены ультразвуковые изображения головок икроножной мышцы здоровых лиц в условиях покоя, усилия (напряжения) и у больного с атрофией мышцы.
С возрастом меняются функциональные свойства мышц, снижается сила различных мышечных групп, уменьшается количество и объем мышечных волокон, наблюдается замена сократительных элементов соединительной тканью и жиром (Мак-Комас, 2001). С целью выявления особенностей сократительной функции трех головок икроножной мышцы у практически здоровых лиц пожилого возраста по сравнению со здоровыми лицами более молодого возраста были обследованы по той же методике 19 здоровых лиц старше 78 лет.
|
|
|
Рис. 1. GM в норме и покое |
Рис. 2. GM в норме при напряжении |
|
|
|
|
Рис. 3. Продольное сечение GM в норме |
Рис. 4. Продольное сечение GM в норме при напряжении |
|
|
|
|
Рис. 5. Признаки атрофии мышцы у б. с последствиями ДЦП в покое |
Рис. 6. GL у больной с признаками атрофии мышцы при напряжении |
График 1. Показатели архитектуры трех головок икроножной мышцы здоровых лиц в покое и при усилии (напряжении)
Результаты исследования показывают, что в момент мышечного напряжения - произвольного усилия, наблюдается достоверное увеличение угла наклона мышечного волокна во всех трех головках икроножной мышцы: в GM - на 38%, SOL - на 51% и GL - на 65% и преобладает в SOL и GL: в более молодом возрасте прирост больше выражен в GM. Отмечается высокий D% изменений угла наклона у всех 3-х мышц. Достоверно изменяется и L мышечного волокна: укорочение волокна - в момент усилия составляет в GM, SOL и GL - 14, 22, 23% соответственно; укорочение одинаково в Gl и SOL и более выражено по сравнению с GM, т.е. наблюдается такая же зависимость, как и в изменении Θ наклона мышечного волокна по сравнению с группой более молодого возраста. Н у всех трех мышц не меняется.
Таким образом, характер изменений основных показателей функциональных свойств мышц у лиц пожилого возраста по данным УЗ исследования аналогичен изменениям, выявленным у здоровых лиц более молодого возраста. Особенностью является перераспределение функциональных нагрузок между головками икроножной мышцы голени, отсутствие достоверного утолщения мышц в момент усилия.
В группе больных с двигательными нарушениями укорочение L и H было недостоверно, составили в GM, SOL и GL: -0.5; 16.5, -0,6 и 5.1; 11.3, 3.9 %% соответственно. Наблюдалось незначительное увеличение угла Θ - на 15.1, 24,0, 7.3 %% (p<0.01) соответственно. У пациентов отмечались некоторые особенности изменений архитектуры при выполнении усилия 50 % МПС - изменения носили обратный характер по сравнению со здоровыми лицами: в GM, SOL в 37% случаев отмечалось увеличение L на 33 % (p<0.01), в 19 % сл. H уменьшалась на 13% (p<0.01), в 22 % - Θ уменьшался на 19 %. В SOL особенности изменения архитектуры мышцы были аналогичны изменениям у здоровых испытуемых, однако, степень этих изменений была меньше.
График 2. Показатели архитектуры 3-х головок икроножной мышцы в 2-х группах здоровых лиц - в т.ч.старше 78 лет и у пациентов с двигательными нарушениями при усилии
Заключение
Таким образом, у пациентов с моторными нарушениями в условиях выполнения функциональной нагрузки - произвольного усилия, изменения архитектуры мышц отличаются от здоровых испытуемых. Функциональные изменения архитектуры 3-х главой мышцы голени у лиц пожилого возраста старше 78 лет сохраняются те же тенденции, что и у лиц более молодого возраста и наблюдается перераспределение функциональных нагрузок между головками икроножной мышцы голени. Отмеченные особенности архитектуры мышц обусловлены заболеванием и гиподинамией, требуют дальнейшего исследования. Более того, можно допустить, что условия невесомости - гиподинамии, также могут быть причиной подобных изменений в мышечном аппарате. Изучение архитектуры скелетной мускулатуры имеет важное значение в понимании патологических изменений, вызванных заболеваниями или гиподинамией. Эти результаты помогут на ранних этапах болезни, а также в процессе лечения и реабилитации пациента определить прогноз функционального состояния мышцы и объем возможных физических нагрузок.