Вступ
Термін «суглобові контрактури» використовується для опису втрати пасивного діапазону рухів діартрозних суглобів, найбільш поширеного та рухомого типу суглобів. Вимірювання пасивного чи активного діапазону рухів суглоба з контрактурою є ключем до оцінки важливості (дозволяє провести кількісне оцінювання формування) контрактур суглобів [7]. Контрактури суглобів, спричинені нерухливістю, мають як міогенний, так і артрогенний компоненти. У моделі на щурах періоди іммобілізації менше ніж 2 тижні викликали конт-рактури, які були пов’язані з м’язовим обмеженням, і контрактури були оборотними після ремобілізації. У разі іммобілізації протягом 4 і більше тижнів суглобові структури зазнавали більш тривалого обмеження обсягу рухів, і контрактури, що виникали в результаті, були необоротними [6].
Мета дослідження: визначити вплив іммобілізації на розвиток обмеження рухів у колінному суглобі лабораторних тварин (щурів) та оцінити можливість відновлення рухливості у разі використанні низькочастотної вібрації в процесі іммобілізації та після її завершення.
Матеріали та методи
Експериментальне дослідження було проведене на 30 нелінійних білих щурах-самцях віком 6 місяців із популяції експериментально-біологічної клініки ДУ «ІПХС ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України». План експерименту схвалений локальним комітетом з біоетики (протокол № 214 від 19.04.2021 р.).
Випадковим чином щури були розподілені на 3 групи.
І група — 4 тижні іммобілізації та 4 тижні вільного утримання після неї.
ІІ група — 4 тижні іммобілізації та 4 тижні вібраційної терапії після іммобілізації.
ІІІ група — 8 тижнів вібраційної терапії, з них 4 тижні в умовах іммобілізації.
Перед проведенням іммобілізації всім тваринам вимірювали кут розгинання та згинання колінного суглоба. Іммобілізація задньої кінцівки під кутом 140° була виконана шляхом її утримання під гіпсовою пов’язкою під наркозом (рис. 1а).
Вібраційну розробку іммобілізованого колінного суглоба виконували впродовж 10 хвилин 5 разів на тиждень з використанням вібраційного стенду в режимі 20 Гц з амплітудою 1,5 мм.
Для визначення обсягу рухів у тварин іммобілізаційну пов’язку один раз на тиждень знімали, проводили огляд стану шкіри та, у разі потреби, обробляли антисептиком (Бетадин® (ЗАТ «Фармацевтичний завод ЕГІС», Угорщина)). Ставили маркери на кульшовий, колінний та скакальний суглоби. Тварину укладали на спеціальну підставку, кінцівка звисала. Для визначення кута згинання задню кінцівку максимально згинали, для визначення розгинання до скакального суглоба прив’язували гирьку масою 50 г (рис. 1б) [2].
Тварин фотографували, по знімках вимірювали величину кута інструментом «кут» між маркерами (рис. 1в). Після завершення вимірювань повторно застосовували іммобілізаційну пов’язку. Вимірювали кут розгинання, кут згинання і за цими даними визначали обсяг рухів. Контрактуру суглоба розраховували як різницю між визначеним обсягом рухів та обсягом рухів перед початком експерименту для кожної тварини індивідуально.
Дані експерименту були оброблені статистично, визначали середнє (М) та його стандартну похибку (SD), мінімальне та максимальне значення у групі. Порівняння між протилежними кінцівками проводили за допомогою Т-тесту для повторних вимірювань, порівняння між даними експерименту та первинним вимірюванням обсягу рухів — одновибіркового Т-тесту, порівняння між групами — однофакторного дисперсійного аналізу (ANOVA) з використанням апостеріорного тесту Дункана. Розрахунки проводили в пакеті прикладних програм IBM SPSS Statistics 20.0.
Результати
Перед початком експерименту у щурів були проведені вимірювання обсягу рухів у колінному суглобі. Результати статистичного аналізу показали, що за обсягом рухів у лівому колінному суглобі, що планується для іммобілізації, та у контрольному протилежному суглобі показники були однакові і дорівнювали в середньому 119 ± 2°, від 117 до 122°.
Через 7 діб від початку експерименту іммобілізаційна пов’язка у щурів була знята з метою профілактичного огляду і контрольного вимірювання обсягу рухів (табл. 1).
Обсяг рухів у іммобілізованій кінцівці значуще зменшився порівняно з обсягом рухів у протилежній кінцівці тварин усіх груп, також значуще зменшився обсяг рухів порівняно з контрольними вимірюваннями перед початком експерименту на іммобілізованій кінцівці, тоді як у протилежній кінцівці обсяг рухів суттєво не зменшився. Треба відмітити, що зміни в обсязі рухів відбувалися у всіх тварин статистично однаково. Реальна контрактура на 7-му добу експерименту становила в середньому 5°, у І групі відмітили максимально сформовану контрактуру у 13°, у ІІ групі — 11°, у ІІІ групі — 8°.
На 14-ту добу експерименту спостерігали більш швидке прогресування обмеження рухливості в колінному суглобі щурів І та ІІ груп (табл. 2).
На 14-ту добу загальний обсяг рухів статистично зменшився у всіх тварин, причому на обох кінцівках. У щурів ІІІ групи спостерігали значуще (р = 0,001) більший обсяг рухів у іммобілізованому колінному суглобі (113 ± 3°), ніж у тварин І (92 ± 7°) та ІІ (97 ± 9°) груп, у яких на 14-ту добу сформувалася доволі помітна конт-рактура більше ніж 20°. У тварин ІІІ групи обмеження рухів у середньому становило 5 ± 4°.
На 21-шу добу експерименту у всіх тварин І та ІІ груп відмічали суттєве збільшення контрактури (табл. 3).
Загальний обсяг рухів був найбільшим у ІІІ групі тварин — 107 ± 3°, що статистично більше (α = 0,05), ніж у І та ІІ групах — 65 ± 5°. Контрактура на іммобілізованому суглобі в І та ІІ групах становила в середньому 54 ± 6°, у ІІІ групі — 12 ± 4°. Функціональна конт-рактура протилежного суглоба щурів у І та ІІ групах становила в середньому 11 ± 5°, у ІІІ групі — 7 ± 2°. Різниця обсягу рухів у всіх тварин на 21-шу добу спостереження порівняно з контрольними вимірюваннями перед початком експерименту статистично значуще менша (р = 0,001).
На 28-му добу експерименту (табл. 4) обсяг рухів у тварин І (57 ± 7°) та ІІ (55 ± 8°) груп був значуще (α = 0,05) меншим, ніж у тварин ІІІ групи (95 ± 5°). У протилежному суглобі обсяг рухів був у межах від 93 до 116°, що статистично значуще (р = 0,001) більше, ніж у іммобілізованій кінцівці.
Контрактура у щурів І та ІІ груп дорівнювала в середньому 63 ± 7°, що статистично значуще (α = 0,05) більше, ніж у тварин ІІІ групи — 24 ± 6°.
Згідно з отриманими даними, всі кути рухливості колінних суглобів, як іммобілізованого, так і контралатерального, були статистично значуще меншими, ніж при контрольних вимірюваннях перед початком експерименту.
Після 28-ї доби у тварин було знято іммобілізаційну пов’язку. Подальші 4 тижні експерименту щурів І групи утримували вільно, тваринам ІІ групи розпочали щоденний курс вібророзробки, ІІІ група продовжувала вібраційні процедури в тому ж режимі.
Через тиждень, на 35-ту добу експерименту, у тварин були проведені вимірювання кутів у колінному суглобі. Результати наведені в табл. 5.
Через тиждень після завершення іммобілізації у тварин відмічали збільшення обсягу рухів у колінному суглобі: найбільший показник був у щурів ІІІ групи — 105 ± 4° при реальній контрактурі 14 ± 4°, найменший — у тварин І групи — 60 ± 5° при реальній конт-рактурі 59 ± 6°. У тварин ІІ групи обсяг рухів становив 77 ± 7° при реальній контрактурі 40 ± 7°. За обсягом рухів та реальною контрактурою групи статистично значуще відрізнялися між собою. На 35-ту добу обсяг рухів іммобілізованого та протилежного суглоба значуще відрізнявся від показників на початку експерименту.
На 2-й тиждень після завершення іммобілізації (42-га доба експерименту) відмічали прогресування збільшення рухів (табл. 6).
На 42-гу добу експерименту найбільший кут обсягу рухів у попередньо іммобілізованому колінному суглобі був у тварин ІІІ групи — 107 ± 5°, найменший — у тварин І групи — 67 ± 8°, у ІІ групі обсяг рухів становив 87 ± 8°. Реальну контрактуру — найбільше обмеження рухів спостерігали у щурів І групи — 52 ± 7°, у тварин ІІІ групи контрактура становила 12 ± 5°. За обома параметрами групи статистично значуще відрізняються між собою (α = 0,05). Порівняно з контрольними показниками перед початком експерименту обсяг рухів залишався значуще меншим у всіх тварин.
Дані щодо обсягу рухів у колінних суглобах експериментальних щурів через 3 тижні після припинення іммобілізації (49-та доба експерименту) наведено в табл. 7.
За даними проведеного аналізу, через 3 тижні після зняття іммобілізаційної пов’язки у тварин І групи відмічали наявність стійкого обмеження обсягу рухів у попередньо іммобілізованому суглобі в середньому на 82 ± 4° при реальній контрактурі 37 ± 4°, обидва показники значуще (р = 0,001) відрізняються від відповідних для протилежного суглоба.
У тварин ІІ групи через 3 тижні вібраційної розробки відмічали збільшення обсягу рухів у попередньо іммобілізованій кінцівці до 103 ± 6°, але він був значуще меншим, ніж у протилежному суглобі (115 ± 3°). Реальна контрактура іммобілізованого суглоба становила в середньому 14 ± 6°, у протилежному суглобі показник практично повернувся до нормальних значень.
У щурів ІІІ групи спостерігали збільшення обсягу рухів у іммобілізованому суглобі до 112 ± 3° при обсязі рухів у протилежному суглобі 117 ± 2°, реальна конт-рактура становила 7 ± 5° та 2 ± 3° відповідно.
Через 4 тижні (56-та доба експерименту) у тварин ІІІ групи не відмічали обмеження рухів. Реальна контрактура в середньому становила 1 ± 3° на обох кінцівках (табл. 8).
У тварин І групи обсяг рухів у іммобілізованій кінцівці був значуще (р = 0,001) меншим (86 ± 4°), ніж у протилежній (116 ± 2°), також відрізнялась і реальна контрактура (34 ± 4° та 3 ± 3° відповідно). За всіма параметрами І група показала статистично гірший результат порівняно з контрольними вимірюваннями.
У щурів ІІ групи відмічали збільшення обсягу рухів до 110 ± 4° при реальній залишковій контрактурі 7 ± 4°. На протилежному суглобі відмічали відновлення рухливості до рівня на початку експерименту.
У тварин ІІІ групи відмічали практично відсутнє обмеження рухів та відновлення повного обсягу рухів у колінному суглобі до рівня контрольних вимірювань. Незначні обмеження рухливості у двох тварин ІІІ групи не впливали на усереднений результат групи, отже, 8 тижнів щоденного вібраційного впливу, з яких 4 тижні припадали на іммобілізацію, дозволили відновити рухливість суглоба.
Постіммобілізаційна вібраційна розробка також дозволила достатньою мірою відновити рухливість суглоба, залишивши обмеження переважно на розгинання. Відсутність постіммобілізаційної розробки не дозволила повністю відновити рухливість у суглобі щурів І групи, залишивши контрактуру більше ніж 30°.
Обговорення
Через 4 тижні після завершення іммобілізації у тварин ІІ та ІІІ груп спостерігали повне відновлення обсягу рухів у суглобі.
Отримані дані збігаються з результатами інших авторів. Е. Chimoto et al. [1] іммобілізували колінні суглоби щурів за допомогою внутрішнього фіксатора у положенні згинання 150°, щоб розробити тваринну модель згинальної контрактури суглоба, та досліджували прогресування артрогенного обмеження рухів після іммобілізації. Дослідження показало, що контрактура суглоба швидко прогресувала до 8 тижнів. Хоча наш експеримент тривав тільки 4 тижні, ми спостерігали наростання контрактури кожного тижня. Про аналогічні результати сповіщають S. Kojima et al. [3].
За даними досліджень G. Trudel et al. [5], повне відновлення рухів у суглобах після 30-добової іммобілізації не відбувається на 8-й тиждень.
За даними Y. Sato et al. [4], тільки на 32-й тиждень при вільному утриманні тварин можна говорити про відновлення рухів.
У процесі проведення експерименту було виявлено, що стрімке наростання обмеження рухів відбувається починаючи з 2-го тижня іммобілізації. Зменшення обсягу рухів у двох групах при іммобілізації відбувалося однаково (І та ІІІ групи). Після зняття іммобілізаційної пов’язки в тварин І групи спостерігали повільне зростання обсягу рухів, у щурів ІІ групи його зростання було майже лінійним, і на 4-й тиждень він був близький до норми (рис. 2а).
Показовими виявилися результати вимірювання обсягу рухів у тварин ІІІ групи. По-перше, обмеження розгинання було найменшим, і відновлення, відповідно, відбулося на 3–4-й тиждень.
У ІІІ групі обмеження обсягу рухів після іммобілізації було значуще меншим, тому, відповідно, і відновлення його відбулося вже на 2-й тиждень після припинення іммобілізації.
При вивченні контрактур нас цікавить реальне обмеження рухів, що дає уявлення про фізіологічні можливості суглоба виконувати свою функцію, тому аналіз реальної контрактури, або реального обмеження рухів у суглобі, дає більше цінної інформації для вивчення змін у суглобах.
Отже, іммобілізація колінного суглоба (рис. 2б) у тварин І та ІІ груп спричинила контрактуру в 60°, тоді як у ІІІ групі обмеження рухів не перевищували 25°. І відповідно, відновлення в групах з вібраційною розробкою було стрімким, у ІІІ групі досягнуто повне відновлення, у ІІ групі — відновлення до 5° залишкової контрактури, у І групі спостерігаємо залишкову контрактуру у майже 35°, що більше, ніж сформована іммобілізаційна контрактура в ІІІ групі.
В експерименті було виявлено, що при прогресуванні контрактури на іммобілізованому суглобі виникає обмеження рухів у протилежному суглобі (рис. 2). Зменшення обсягу рухів, переважно розгинання, на неіммобілізованій кінцівці ми пов’язуємо з тим, що для підтримки рівноваги при пересуванні за відсутності повноцінної опори щури вимушені згинати і опорну кінцівку. Тривалий час пересування таким чином веде до функціонального зменшення обсягу рухів (тобто контрактура невикористання), яке швидко зникає після відновлення нормального способу пересування. Спеціально ми не вивчали цей аспект, і це може бути темою подальших досліджень.
Те, що у тварин в умовах використання вібраційного впливу не відбулося повного відновлення обсягу рухів, можна пояснити тим, що обмеження рухливості впливає і на стан м’язів, а короткочасний вплив вібрації не може повноцінно замінити фізичне навантаження і здатний тільки поліпшити кровообіг, але цього замало для підтримки та відновлення сили м’язів.
Ми не знайшли даних досліджень щодо впливу низькочастотної вібрації на відновлення рухливості суглобів у лабораторних тварин, тому можна вважати, що отримані дані стануть як основою нового напрямку для вивчення впливу низькочастотної вібрації, так і поштовхом до розробки пристроїв для проведення більш вузькоспрямованих досліджень.
Висновки
Низькочастотна вібрація дозволяє зменшити вплив іммобілізації і значно прискорити відновлення рухливості (обсягу рухів) суглоба після її завершення. За неможливості проведення вібротерапії в період іммобілізації її слід починати якомога раніше після іммобілізації. На сьогодні існує мало досліджень щодо впливу низькочастотної вібрації на розвиток іммобілізаційних контрактур та їх лікування. Отримані дані потребують подальших досліджень із більш тривалими термінами іммобілізації та стосовно варіантів іммобілізації і режимів вібраційного впливу на суглоби.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
Отримано/Received 08.06.2023
Рецензовано/Revised 15.06.2023
Прийнято до друку/Accepted 22.06.2023
/24.jpg)
/25.jpg)
/26.jpg)
/27.jpg)
/28.jpg)