Количественные и пространственно-топографические характеристики двигательных синергий верхней конечности человека в норме

THE QUANTITATIVE And SPATIAL - TOPOGRAPHICAL CHARACTERISTICS IMPELLENT SYNENERGYS of the TOP EXTREMITY of the MAN In NORM
K.B. Petrov, D.M. Ivanchin
Novokuznetsk institute after degree training of the doctors,
The federal scientific - practical centre of medical and social examination and rehabilitation of invalids.
Novokuznetsk, Russia

Резюме. В основе неспецифических рефлекторно-мышечных синдромов лежит патологическая стабилизация прирождённых двигательных синергий. Двигательные синергии руки человека отличаются филогенетической неоднородностью. При помощи электромиографии изучена их пространственно-топографическая характеристика в норме. Полученные данные могут быть полезны при реабилитации болевых и спастико-паретических синдромов верхней конечности.

Summary. In a basis of nonspecific reflex - muscular syndromes pathological stabilization born impellent synenergy lays. Impellent synenergys hands of the person differ phylogenetic heterogeneity. With the help electromyography their spatial - topographical characteristic in norm is investigated. The received data can be useful at rehabilitation painful and spastic paralysis syndromes of the top finiteness.

Key words: electromyography, synenergy, philogenesis, a muscular tone, rehabilitation.

Альготонические реакции мышц шеи, плечевого пояса и одноимённой с ним руки наблюдаются при различных патологических процессах верхнего квадранта тела (шейный остеохондроз, артроз плечевого сустава, перелом лучевой кости, холецистит, инфаркт миокарда, туберкулез легких, последствия резекции молочной железы и т.д.) [6, 16, 15, 11, 8, 3]. Обычно они описываются в виде синдромов передней или боковой грудной стенки, плечелопаточного периартроза, эпикондилита, стилоидита, цервикобрахиальгии, а также синдромов с преимущественным поражением отдельных мышц: передней лестничной, малой грудной, леватора лопатки. Мультифакториальность и частая сочетаемость этой патологии давно обсуждается в литературе [19, 6, 16].

Согласно нашим представлениям, в основе неспецифических рефлекторно-мышечных синдромов лежат механизмы патологической стабилизации некоторых прирождённых двигательных синергий (ДС) [13]. В предыдущих публикациях [14, 11] нами был дан подробный анализ филогенетических аспектов развития моторики верхней конечности. Изложенные факты позволили сделать вывод, что ДС руки современного человека отличаются филогенетической неоднородностью. Значительная их часть произошла от функции ходьбы и представляет собой отдельные фазы опорного и переносного периодов шага [18]. Данный класс двигательных реакций назван локомоторными синергиями руки и имеет, по-видимому, среднемозговое происхождение. Другую группу ДС, обеспечивающих захват предмета и поднесение его ко рту, назвали собственно-мануальными синергиями руки. Их верховное представительство находится в премоторных зонах лобного мозга [7]. В отличие от локомоторных, в собственно-мануальных синергиях появляются не свойственные четвероногим животным движения в виде отведения плеча и полноценной супинации предплечья. Всего было выделено шесть основных синергий, так или иначе характеризующих все многообразие действий верхней конечности человека, за исключением, быть может, некоторых мелких движений кисти и пальцев [14]. Четыре из них имеют локомоторное происхождение, а две других - собственно-мануальные. Представление о характере этих ДС можно получить, повторив описанные ниже движения.

1. Сгибательная локомоторная синергия руки (аналог сгибательной фазы переносного периода шага): разгибание плеча с очень небольшим отведением и внутренней ротацией, флексия и пронация предплечья, кисть в положении тыльного сгибания, ладонь обращена вперед, пальцы полусогнуты или сжаты в кулак. Лопатка приближена к средней линии и смещена кверху, голова слегка наклонена в свою сторону и повернута контрлатерально (отголосок асимметричного шейно-тонического рефлекса). В целом движение напоминает приветствие рот-фронт (рис. 1).

2. Первая разгибательная локомоторная синергия руки (аналог разгибательной фазы переносного периода шага - переднего толчка): флексия выше горизонтали и небольшая внутренняя ротация плеча без его отведения; пронация предплечья, тыльное сгибание кисти; ладонь обращена вперед, основные фаланги пальцев разогнуты, средние и дистальные – полусогнуты. Голова слегка наклонена контрлатерально и повёрнута в свою сторону. Движение напоминает фашистское приветствие (рис. 2).

3. Вторая разгибательная локомоторная синергия руки (аналог средней фазы опорного периода шага): сгибание плеча чуть ниже горизонтали с одновременной его внутренней ротацией и очень небольшим приведением, разгибание и пронация предплечья, тыльная флексия кисти; основные фаланги пальцев разогнуты, средние и дистальные фаланги в положении сгибания. Такая позиция руки бывает, когда человек толкает перед собой тележку или упирается основанием ладони вытянутой вперед руки в стену чуть ниже уровня плечевого пояса (рис. 3).

4. Третья разгибательная локомоторная синергия руки (аналог заднего толчка): разгибание и максимальная внутренняя ротация плеча, экстензия и пронация предплечья, тыльное сгибание кисти; разгибание основных фаланг, сгибание средних и дистальных фаланг пальцев. Такое положение руки бывает, когда человек отталкивается рукой от находящейся за его спиной стены (рис. 4).

5. Разгибательная собственно-мануальная синергия руки: отведение, разгибание и наружная ротация плеча, зкстензия и супинация предплечья, разгибание кисти и пальцев, отведение первого пальца. Жест напоминает движение рукой артиста при ритуальном поклоне после выступления (рис. 5).

6. Сгибательная собственно-мануальная синергия руки: отведение и небольшое разгибание плеча, флексия и супинация предплечья, сгибание пальцев кисти, приведение большого пальца. Жест напоминает поднесение ко рту руки с зажатым в ладони яблоком (рис. 6).

Прежде чем ответить на вопрос: какие из описанных синергий и в какой степени принимают участие в формировании болевых мышечно-тонических и нейродистрофических синдромов верхнего квадранта тела, необходимо изучить их пространственно-топографические характеристики у здоровых испытуемых. С этой целью было обследовано 6 добровольцев без признаков патологии нервной системы и опорно-двигательного аппарата.

При помощи восьмиканального чернильнопишущего электроэнцефалографа EEG 8 S фирмы Medicor (Венгрия) было проведено многоканальное электромиографическое (ЭМГ) исследование. В соответствии с таблицей 1, в два приема изучалась биоэлектрическая активность 16 мышц плечевого пояса и верхней конечности. Использовались стандартные прямоугольные электроды с размером пластинки 6 х 12 мм и межэлектродным расстоянием в 20 мм [2]. Для исключения дрейфа нулевой линии полосу пропускания фильтра низких частот ограничивали до 0.3 Гц, а для избавления от высокочастотных помех включался фильтр в 150 Гц. При наличии неустранимых сетевых наводок верхняя полоса пропускания ограничивалась 50 герцами. Первоначально заданные параметры фильтрации частот сохранялись на всех этапах исследования.

Сначала в положении лежа на противоположном боку с подложенной под голову подушкой при усиления каналов в 5 - 10 мкВ/мм регистрировалась ЭМГ покоя. Затем чувствительность всех каналов снижалось до 20 – 25 мкВ/мм и в положении стоя испытуемый повторял в произвольном темпе и без значительного усилия каждое из 6 вышеописанных синергических движений 5 – 10 раз.

Известно, что для дозирования силы мышечного сокращения в мотонейронном пуле существует два механизма: первый является функцией единичного мотонейрона - это изменение частоты импульсации и последовательности межимпульсных интервалов; второй механизм - функция мотонейронного пула в целом, он заключается в рекрутировании различного количества мотонейронов, имеющих неодинаковую возбудимость [10]. Таким образом, при оценке ЭМГ произвольного или синергического напряжения мышц имеет значение как амплитуда, так и частота колебаний биопотенциалов. Обычно для одновременного учета этих показателей используют специальные приспособления - интеграторы [17, 5, 20]. Поскольку в наших условиях данный прибор отсутствовал, мы ограничились анализом одной лишь амплитуды. При этом учитывалась, что линейная зависимость между амплитудой ЭМГ и силой сокращении мышцы наблюдается только в диапазоне от минимальных нагрузок до нагрузок, составляющих 50 - 60 % от максимума [21, 4]. Все эти требования не противоречили условиям эксперимента.

При анализе ЭМГ на записях каждого испытуемого, соответственно всем 16 тестируемым мышцам, произвольно выбиралось 10 участков, свободных от помех и артефактов, старались, чтобы они были равномерно распределены по времени исследования. На каждом из этих участков производилось не менее 10 замеров амплитуды ЭМГ и вычислялось их среднее арифметическое, результат заносился в базу данных. В итоге, о степени участия той или иной мышцы в выполнении изучаемых синергических движений можно было судить по 60 – 70 уже первично усреднённым значениям, вычислялось их среднее арифметическое и ошибка среднего при P< 0.05. Таким образом, полученные данные являются обобщёнными и не позволяют судить о поведении мышц на каждом отдельном этапе движения.

Результаты исследования показали, что в покое у здоровых испытуемых (Рис. 7.) биоэлектрическая активность мышц не превышает 30 мкВ. Наблюдалось преобладание тонуса во флексорах лопатки (верхняя и нижняя части трапециевидной мышцы, большая ромбовидная мышца), коротких сгибателях плеча (передние пучки дельтовидной мышцы), а также в его аддукторах и внутренних ротаторах (ключичная часть большой грудной мышцы). Выраженная активность наблюдалась в поверхностном сгибателе пальцев, длинной головке трицепса и в дыхательных - лестничных мышцах.

Линейный корреляционный анализ выявил положительные функциональные связи между уровнем тонуса верхних фиксаторов лопатки, а также сгибателей плеча и предплечья (верхние отделы передней зубчатой и лестничные мышцы, передние пучки дельтовидной мышцы, плечевая мышца, поверхностный сгибатель пальцев - R = 0.56 - 0.74). Тесные позитивные корреляции ЭМГ-активности покоя наблюдались между сгибателями предплечья, его пронаторами, а также разгибателями кисти (короткая головкой бицепса, плечевая мышца, круглый пронатор, длинный лучевой разгибатель кисти - R = 0.5 - 0.89). Отрицательные взаимоотношения прослеживались между уровнем тонуса лестничных мышц и супинатора предплечья (R = -0.54), большой ромбовидной, подостной и верхними отделами передней зубчатой мышцы (соответственно R = -0.54 и -0.5).

Максимальная биоэлектрическая активность синергических движений верхней конечности в исследуемых пределах не превышала 350 мкВ (рис. 8).

Сгибательная локомоторная синергия руки (Рис. 8-А) характеризуется доминированием активности практически всех фиксаторов лопатки (верхние и нижние отделы трапециевидной, большая ромбовидная и нижние отделы передней зубчатой мышцы); флексоров плеча (передние пучки дельтовидной мышцы), его внутренних ротаторов и аддукторов (ключичная часть большой грудной мышцы), а также некоторых наружных ротаторов (подостная мышца). Очень высока амплитуда ЭМГ поверхностного сгибателя пальцев. Заметна активность флексора и супинатора предплечья - короткой головки бицепса, а также круглого пронатора. Реакция длинного лучевого разгибателя кисти, и, особенно, супинатора предплечья минимальна.

Первая разгибательная локомоторная синергия руки (Рис. 8-Б) отличается высокими ЭМГ-потенциалами сгибателей и аддукторов плеча (передние пучки дельтовидной мышцы и ключичная часть большой грудной мышцы), а также верхних фиксаторов лопатки (верхняя часть трапециевидной мышцы). Умеренную оживленность проявляют нижнемедиальные фиксаторы лопатки (нижние и верхние пучки передней зубчатой мышцы, нижняя часть трапециевидной мышцы, большая ромбовидная мышца). Значительна активность разгибателя предплечья - длинной головки трицепса. Напряжение короткой головки бицепса, супинатора и круглого пронатора умеренное. Амплитуда ЭМГ разгибателей и сгибателей кисти (поверхностный сгибатель пальцев, длинный лучевой разгибатель кисти), лестничных мышц и, особенно, плечевой мышцы - минимальна.

При выполнении второй разгибательной локомоторной синергии руки (Рис. 8-В) основную роль играют короткие сгибатели плеча (передние пучки дельтовидной мышцы), его аддукторы и внутренние ротаторы (ключичная часть большой грудной мышцы), а также нижневнутренние фиксаторы лопатки (большая ромбовидная мышца, верхние и нижние пучки передней зубчатой мышцы). Весьма заметен вклад разгибателя плеча и предплечья - длинной головки трицепса, а также лестничных мышц и одного из наружных ротатора плеча – подостной мышцы. Минимальна амплитуда разгибателей и сгибателей кисти, пронаторов и супинаторов предплечья.

Третья разгибательная локомоторная синергия (Рис. 8-Г) проявляется доминирующей активностью верхних фиксаторов лопатки (верхняя часть трапециевидной мышцы) и разгибателя предплечья – длинной головки трицепса. Значителен вклад нижнемедиальных фиксаторов лопатки (нижняя часть трапециевидной мышцы, большая ромбовидная мышца). Умеренно выражено напряжение ключичной части большой грудной мышцы и круглого пронатора. Функция короткой головки бицепса, супинатора предплечья и поверхностного сгибателя пальцев незначительна.

Разгибательная собственно-мануальная синергия руки (Рис. 8-Д) характеризуется высокой активностью верхних фиксаторов лопатки (верхняя часть трапециевидной мышцы), несколько ниже вклад ее нижних фиксаторов (нижняя часть трапециевидной мышцы) и коротких сгибателей плеча (передние пучки дельтовидной мышцы). Амплитуда ЭМГ нижних пучков передней зубчатой мышцы и короткой головки бицепса имеет средний уровень. Остальные мышцы плеча и предплечья проявляют себя незначительно.

У сгибательной собственно-мануальной синергии руки (Рис. 8-Е) высок уровень ЭМГ фиксаторов лопатки (трапециевидная, большая ромбовидная и нижние отделы передней зубчатой мышцы). К ним присоединяются сгибатели плеча (передние пучки дельтовидной мышцы) и предплечья (короткая головка бицепса). Существенна активность подостной мышцы и поверхностного сгибателя пальцев.

Таким образом, проведенный анализ биодинамики мышц плечевого пояса и верхней конечности убеждает, что каждое из шести экспериментальных движений обладает четко выраженными индивидуальными характеристиками, вместе с тем имеются весьма определенные сходства в группах локомоторных и собственно-мануальных синергий. Наибольшим родством друг к другу отличаются вторая и третья разгибательные локомоторные синергии руки.

При графическом сравнении стереотипа ЭМГ в покое и при выполнении синергических движений (рис. 9), оказалось, что нормальный тонус мышц верхней конечности по своим качественным характеристикам практически идентичен биоэлектрической активности, возникающей при выполнении сгибательной локомоторной синергии (Рис. 9-А). В последнем случае, также как и в условиях покоя, наблюдались тесные корреляции между верхними и нижними фиксаторами лопатки, а также сгибателями и аддукторами плеча (R = 0.74 - 0.88).

Сведения о пространственно-топографической организации двигательных синергий верхней конечности являются основой для дальнейшего изучения патофизиологии болевых мышечно-тонических и нейродистрофических синдромов верхнего квадранта тела. Они могут быть полезны при кинезитерапевтической реабилитации парезов руки.

Полученные данные, например, позволяют предположить, что сгибательно-приводляще-пронаторная установка руки у постинсультных больных представляет собой карикатурно усиленный тонус покоя и по своей нейрофизиологической природе аналогична патологически «стабилизированной» сгибательной фазе переносного периода шага. Этот тезис близок к представлениям В.А. Лихтенштейна [9] о постинсультной гемиплегии как застывшей фазе бега.

Преобладание в верхних конечностях человека сгибательных тонических установок над разгибательными обусловлено доминированием в условиях вертикальной статики флексорных компонентов шейных и вестибулярных тонических рефлексов [13, 12].

1. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. - М., Медицина, 1966. - 349 с.
2. Гехт Б.М. Теоретическая и клиническая электромиография.- Л., Наука, 1990. - 229 с.
3. Гордон И.Б. Боли в области сердца и их патогенез у больных шейным остеохондрозом: автореф. дис. ... докт. мед. наук. - Л., 1966. - 26 с.
4. Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л. Регуляция позы человека. - М., Наука, 1965. - 256 с.
5. Клиническая биомеханика /Под ред. Филатова.- Л., Медицина, 1980.- 200 с.
6. Котенко В. В., Лоншаков В. А. Посттравматическая дистрофия руки. - М., 1987.- 127 с.
7. Кроль М. Б. Невропатологические синдромы. - Харьков, 1933. - 528 с.
8. Лернер Л. С. Плечелопаточный периартроз у больных с постинсультными гемипарезами и его динамика при электростимуляции.: Автореф.дис. ... канд. мед. наук. - Казань, 1982. - 16 с.
9. Лихтенштейн В. А. Сухожильные рефлексы у человека. - Махачкала, 1968. - 128 с.
10. Персон Р.С. Спинальные механизмы управления мышечным сокращением. - М., Наука, 1985. - 184 с.
11. Петров Б. Г. Феномен отражения при холецистите у больных шейным остеохондрозом.// Остеохондрозы позвоночника. - Новокузнецк, 1962. - С. 119 - 122.
12. Петров К.Б. Двигательные синергии руки (филогенетические и патогенетические аспекты).// Мануальная медицина. - №.11. - Новокузнецк, 1996. - С. 3 - 10. Доступна на URL: http://www.medlinks.rurticle.php?sid=2267
13. Петров К.Б. Неспецифические рефлекторномышечные синдромы при патологии двигательной системы (патофизиология, клиника, реабилитация): Автореф... дис. д-ра. мед. наук.- Новосибирск, 1998, 40 с. Доступна на URL: http://www.painstudy.ru/matls/review/reflexsyndrome1.htm
14. Петров К.Б. Роль двигательных синергий руки в патогенезе рефлекторно-мышечных синдромов верхней конечности и плечевого пояса. // Материалы II конференции Московской ассоциации мануальной медицины Актуальные вопросы вертеброневрологии . - М., 1994. - С. 9-14.
15. Попелянский А. Я. Об отношении некоторых мышечных поражений к шейной вертеброгенной патологии.// Спондилогенные и миогенные заболевания нервной системы. - Казань, 1981. - С. 74 - 76.
16. Попелянский Я. Ю. Вертеброгенные заболевания нервной системы. Т. 3. - Казань, 1981. - 367 с.
17. Славуцкий Я.Л. Физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами.- М., Медицина, - 289 с.
18. Физиология движений / под ред. М. А. Алексеева, В. С. Гурфинкеля, П.Г. Костюка и др. - Л., Наука.- 1976. - 375 с.
19. Шмидт И. Р. Остеохондроз позвоночника (этиология и профилактика). Новосибирск, 1992.- 223 с.
20. Bigland B., Lippold O. The relation Between Force, velocity and inegrated electrical activity in hyman muscles.// J. Physiol. (L).- 1954.- V. 123.- P. 214 - 224.
21. Boisset S., Matton B. Qvantitative relationship between surface EMG and intromuscular electromyoraphyic activity in voluntary movement.// Amer. J. Phys. Med.- 1972.- V. 51.- №. 6. P. 285 - 295.

Рис. 1. Сгибательная локомоторная синергия руки (аналог сгибательной фазы переносного периода шага)

Рис. 2. Первая разгибательная локомоторная синергия (аналог разгибательной фазы переносного периода шага - переднего толчка):

Рис. 3. Вторая разгибательная локомоторная синергия руки (аналог средней фазы опорного периода шага)

Рис. 4. Третья разгибательная локомоторная синергия руки (аналог заднего толчка)

Рис. 5. Разгибательная собственно-мануальная синергия руки

Рис. 6. Сгибательная собственно-мануальная синергия руки

Рис. 7. Амплитуда ЭМГ покоя мышц верхней конечности и плечевого пояса у здоровых испытуемых

Рис. 8. Амплитуда ЭМГ мышц плечевого пояса и верхней конечности у здоровых испытуемых при выполнении ими локомоторных и собственно мануальных синергий руки