Вступ
Диспластичний коксартроз становить особливу і дуже складну медико-соціальну проблему при лікуванні дорослих пацієнтів, тому що часто і швидко призводить до інвалідності, обмежує здатність пацієнта до самообслуговування, зменшує рівень його повсякденної активності, працездатність і якість життя, тобто десоціалізує таких хворих. Причому все це трапляється у молодому віці пацієнта, що створює соціальні, медичні та економічні виклики як для особистості, так і для суспільства [1–3].
Ендопротезування — операція, що спрямована на поліпшення якості життя і соціальну адаптацію пацієнтів, глобальною метою якої є усунення або зменшення больового синдрому, збільшення ступеня свободи і обсягу рухів у кульшовому суглобі та поліпшення функції ходьби пацієнта. З урахуванням цього реабілітація пацієнтів після тотального ендопротезування кульшового суглоба є вкрай важливим та актуальним завданням.
Операція тотального ендопротезування при диспластичному коксартрозі — це лише певний етап відновлення опорно-кінематичної функції пацієнта. Так, дуже важливий етап, але у стратегічному плані це лише окрема ланка загального процесу медико-соціальної реабілітації хворого на диспластичний коксартроз. Як метод оцінки ефективності відновлення опорно-кінематичної функції нижніх кінцівок пацієнтів з довготривалим патологічним процесом у кульшовому суглобі використовують аналіз ходьби та загальну оцінку за різними опитувальниками та анкетуванням [4, 5].
Оцінка численних параметрів та характеристик опорно-кінематичної функції є основою діагностики [5, 6] та корисним інструментом для оцінки функціонального дефіциту у пацієнтів до та після ендопротезування [7, 8]. Але хоча анкети та опитувальники адаптовані до легкого та швидкого проведення оцінки пацієнтом та аналізу лікарем, вони не характеризують рівень та якість відновлення опорно-кінематичної функції пацієнта [9].
У цьому аспекті дуже важливим фактором є оцінка реабілітаційного прогнозу — передбачуваної ймовірності досягнення намічених цілей реабілітації або реалізації реабілітаційного потенціалу з урахуванням особливостей захворювання та можливостей пацієнта. Це стратегічне завдання, перш за все пов’язане з відповіддю на запитання: а чи зможе пацієнт після операції ендопротезування взагалі відновити опорно-кінематичну функцію кінцівки, відновити нормальну ходьбу, повернутися до активної соціалізації? Але наукових підстав для такої роботи бракує, роботи з реабілітації пацієнтів після ендопротезування кульшового суглоба у ранньому післяопераційному періоді стосуються переважно питань або ранньої прискореної активізації пацієнтів з метою скорочення термінів перебування їх у хірургічному стаціонарі, або реабілітації пацієнтів на дому патронажною службою. При цьому ми не знайшли робіт, де б аналізувалися саме здатність пацієнта з диспластичним коксартрозом та його можливості щодо відновлення опорно-кінематичної функції нижніх кінцівок після операції ендопротезування кульшового суглоба. На наш погляд, головним невирішеним і невизначеним завданням щодо оцінки реабілітаційного прогнозу є питання роботи м’язів оперованої кінцівки та м’язового балансу абдукційного механізму оперованого кульшового суглоба і гравітаційних сил.
Ця робота спрямована на пошук критеріїв, що мають вплив на можливість відновлення м’язового балансу абдукційного механізму оперованого кульшового суглоба і гравітаційних сил.
Мета: визначити вагомі параметри диспластичного кульшового суглоба, зміна яких впливає на дефіцит сили м’язів нижньої кінцівки після ендопротезування та перспективи реабілітаційного потенціалу.
Матеріали та методи
Було проведено рентгенологічне дослідження 23 диспластичних кульшових суглобів. Вимірювали рентгенометричні показники за методом, описаним нами раніше [10]: глибину кульшової западини; товщину дна; індекс глибини кульшової западини; довжину плеча абдукторів; довжину плеча сили гравітації; висоту і латералізацію центру обертання головки стегнової кістки відносно центру обертання вертлюжної западини. Також враховували силу м’язів кульшового суглоба за 5-бальною шкалою MRC Muscle Scale [https://mrc.ukri.org/research/facilities-and-resources-for-researchers/mrc-scales/mrc-muscle-scale].
Для об’єктивізації балансу м’язових зусиль, необхідних для підтримки рівноваги таза при одноопорному стоянні до та після ендопротезування диспластичного кульшового суглоба, нами була використана математична модель [11–13], яка відображала таз із стегновою кісткою та вектори дії м’язів двох груп: абдукторів та аддукторів стегна (рис. 1).
Дані рентгенографічних вимірювань та показники сили м’язів були обчислені для визначення дефіциту сили м’язів кульшового суглоба до та після ендопротезування кульшового суглоба.
На основі отриманих даних була розроблена регресійна модель, яка визначила вагомість предикатів для прогнозування дефіциту сили м’язів кульшового суглоба після ендопротезування.
Аналіз проводився в пакеті прикладних програм SPSS Statistics 20.0.
Результати
У пацієнтів з диспластичним коксартрозом було розраховано рівень дефіциту м’язової сили до оперативного лікування з використанням моделі горизонтальної рівноваги таза. Дані розрахунку наведені в табл. 1.
За даними розрахунку визначено, що деякі пацієнти мають дуже великий дефіцит сили м’язів — більше ніж 100 %. Клінічна інтерпретація такого дефіциту сили є свідченням неможливості пересуватися без додаткової опори. При дефіциті сили м’язів менше ніж 20 % у пацієнтів рівновага таза може бути компенсована і, відповідно, пересування не обмежене.
Операція ендопротезування, яка покликана поліпшити якість життя, у пацієнтів з диспластичним коксартрозом не завжди приводить до ідеального очікуваного результату, що пов’язано з анатомічними особливостями кульшового суглоба таких пацієнтів та попереднім порушенням роботи м’язів тазового пояса. Не всі вади кульшового суглоба можна виправити ендопротезуванням, але корегування певних параметрів дозволяє досягти якщо не відмінного результату, то значного поліпшення стану хворого.
Для визначення параметрів, які можна корегувати для поліпшення результату, було вирішено розробити регресійне рівняння для прогнозування результату ендопротезування кульшового суглоба за вихідними даними та можливості дати рекомендації з поліпшення стану хворого при вичерпанні можливостей корегування при ендопротезуванні.
Після ендопротезування кульшового суглоба за даними рентгенометрії були отримані нові анатомічні і рентгенометричні параметри кульшового суглоба. За ними за допомогою моделі горизонтальної рівноваги таза також було розраховано рівень дефіциту сили м’язів. На відміну від попереднього розрахунку не враховували латералізацію центру обертання головки стегна та больовий фактор, які були усунені при ендопротезуванні (табл. 2).
Після ендопротезування за даними розрахунку тільки в одного хворого продовжував відмічатися значний дефіцит м’язової сили більше ніж 90 %. Але кількість пацієнтів, у яких зменшився дефіцит сили, значно збільшилася.
Для більш зручного розрахунку дефіциту сили м’язів у пацієнтів до лікування та прогнозу можливого відновлення після ендопротезування було вирішено розробити лінійну регресійну модель, яка б включала геометричні та силові предикати кульшових суглобів.
Перший етап за методом повного включення проводився з метою визначення важливості предикатів щодо результату моделювання. Розраховані дані наведені в табл. 3.
Ця повна модель включає низку предикатів, які мають малий вплив на розрахунок результату, тому була побудована лінійна модель за методом покрокового включення, яка дала аналогічні результати.
Аналогічно моделі прогнозу до ендопротезування побудували модель після лікування. У моделі прогнозування дефіциту сили після ендопротезування відсутні предикати «біль» та «латералізація головки стегна» як параметри, що усуваються, та «шийково-діафізарний кут», який має дуже малу варіабельність через стандартизованість ендопротезів (табл. 4).
Повна, із включенням всіх предикатів, модель та модель з покроковим включенням дали однакові результати. У табл. 5 наведені результати розрахунку дефіциту сили м’язів до та після ендопротезування за моделлю горизонтальної рівноваги таза та за регресійними моделями.
За даними двофакторного дисперсійного аналізу Фрідмана для пов’язаних вибірок визначено, що між розрахованими за різними алгоритмами показниками дефіциту сили м’язів немає статистичної різниці (р>>0,05), отже, всі моделі дають статистично схожий результат.
Таким чином, для розрахунку дефіциту сили м’язів (ДСМ, %) до ендопротезування можна використовувати регресійне рівняння (1):
ДСМ = 301,360 – 777,644 × Сила (бал) – 1,425 × Маса (кг) – 0,991 × ШДК – 0,719 × Товщина (1)
дна (мм) – 1,099 × Висота головки (мм).
Ця модель дозволяє оцінити стан пацієнта до операції та зробити прогноз можливого результату ендопротезування. Якщо при плануванні оперативного втручання підставити до рівняння величини параметрів, які будуть змінені при виконанні оперативного втручання (ШДК, товщина дна, висота головки), можна отримати значення дефіциту сили м’язів, необхідної для підтримки рівноваги таза при одноопорному стоянні. Будь-яке додатне значення цього показника вказує на вірогідно добрий результат ендопротезування, від’ємний показник менше ніж –20 % — незадовільний, якщо показник більше ніж –20 % — задовільний.
Відповідність прогнозу та результатів, розрахованих за моделлю рівноваги таза, наведено на рис. 2.
На діаграмі показано, що близьке розташування результатів повної і скороченої регресійних моделей свідчить про статистичну однозначність отриманих результатів. Усі три моделі доволі точно розраховують результат профіциту сили м’язів, водночас для значного дефіциту, розрахованого за моделлю рівноваги таза, регресійні моделі дають менший дефіцит, хоча теж значний.
Після ендопротезування рівняння дефіциту сили м’язів набуває вигляду (2):
ДСМ = 144,575 – 71,285 × Сила (бал) – 2,443 × Товщина дна (мм) – 1,197 × Маса (кг). (2)
Це рівняння призначене оцінити стан пацієнта після ендопротезування і визначити, на що слід звернути увагу (маса тіла, сила м’язів) в реабілітаційний період для поліпшення відділених результатів лікування. Для цього треба змінювати значення показників сили та маси, поки результат рівняння не набуде додатного значення.
Діаграма відповідності дефіциту сили м’язів за результатами різних моделей наведена на рис. 3.
На діаграмі показано, що регресійні рівняння доволі точно повторюють результати моделі рівноваги таза для профіциту м’язів більше ніж 20 %. Для даних у межах від 0 до 20 % регресійні моделі дають трохи більші значення профіциту. Для дефіцитних станів сили м’язів регресійні рівняння дають менший дефіцит сили. Незважаючи на незначні розбіжності прогнозів та розрахунку за моделлю рівноваги таза, отримані дані збігаються.
Для визначення параметрів, які більше впливають на результат ендопротезування, пацієнтів було поділено на 4 групи за рівнем розрахованого дефіциту м’язової сили. І група — дефіцит більше ніж 20 %, ІІ група — дефіцит менше ніж 20 %, ІІІ група — профіцит 20 % і IV група — профіцит більше ніж 20 %.
Для визначення впливу параметрів кульшового суглоба і пацієнтів на результат ендопротезування було проведено порівняння між групами (табл. 6).
За даними статистичного аналізу було визначено, що у пацієнтів І та ІІ груп (обидві групи з дефіцитом м’язової сили) була статистично значуще більша маса тіла, ніж у ІІІ та IV групах.
Незважаючи на відсутність статистичної різниці, у пацієнтів І групи відмічали в середньому більший ШДК (143,3 ± 5,8°), більшу висоту вистояння головки (25,7 ± 7,5 см), а також більшу глибину вертлюжної западини (26,0 ± 8,7 см).
У пацієнтів І групи статистично значуще (α = 0,05) була більшою довжина шийки (70,7 ± 6,4 см) та товщина дна вертлюжної западини (22,7 ± 1,2 см).
Ендопротезування кульшового суглоба, навіть у випадках неповного відновлення функціональності, поліпшує силову здатність пацієнтів. Результати порівняння дефіциту сили м’язів до та після ендопротезування кульшового суглоба наведені в табл. 7.
За даними статистичного аналізу визначили, що загалом у хворих поліпшується сила м’язів, але початковий дефіцит значно впливає на результат після ендопротезування.
Так, у І групі хворих дефіцит сили м’язів до лікування в середньому становив –96,4 ± 35,9 % і після ендопротезування зменшився до –79,4 ± 37,5 %, причому різниця результатів не досягла статистичної значущості. У ІІ групі початковий дефіцит –23,5 ± 4,9 % значуще (р = 0,001) зменшився до –6,0 ± 3,1 %. У ІІІ групі до лікування відмічали профіцит сили м’язів 7,3 ± 6,8 %, який статистично значуще (р = 0,022) збільшився до 14,6 ± 3,6 %. У IV групі у пацієнтів до лікування був достатній профіцит сили м’язів (21,9 ± 13,3 %), який після ендопротезування поліпшився до 34,7 ± 8,1 %.
Отже, пацієнтам І групи для досягнення позитивного результату необхідно приділити додаткову увагу, використовуючи як передопераційну, так і післяопераційну реабілітацію, але загалом треба відмітити, що такі хворі мають негативний реабілітаційний прогноз. Пацієнтам ІІ групи для досягнення позитивного результату потрібна реабілітація з напрямком збільшення сили м’язів. Такі хворі мають невизначений реабілітаційний прогноз. Для пацієнтів ІІІ та IV групи можна використовувати реабілітаційні заходи загального плану. Такі пацієнти мають позитивний реабілітаційний прогноз.
Після ендопротезування найбільш вагомим параметром, який визначає рівень дефіциту сили м’язів, залишається товщина дна вертлюжної западини. Можливість корегування цього параметра певним чином впливає на результат ендопротезування.
Дані дисперсійного аналізу корелюють з даними лінійної регресійної моделі щодо важливості предикатів для прогнозування результату ендопротезування.
З огляду на цю модель для поліпшення результату ендопротезування варіюванню підлягають два основних параметри — сила м’язів та вага пацієнта. Тобто пацієнту можна рекомендувати знизити вагу і збільшити силу м’язів.
Найгірші результати спостерігаємо в І групі пацієнтів. Для цих хворих зміна товщини дна вертлюжної западини обумовлена її формою і не може бути скорегована більше, ніж це дозволяє її анатомія.
Приклад, як можна зменшити дефіцит сили м’язів після ендопротезування кульшового суглоба варіаціями предикатів, наведено у табл. 8.
При зменшенні маси тіла з 97 до 85 кг та збільшенні сили м’язів з 2,0 до 3,5 бала за прогнозом можемо отримати значне зменшення дефіциту сили м’язів на 50 %, а тільки при збільшенні сили м’язів при нормальній масі — усього до 20 %.
Обговорення
Як показали наші розрахунки за даними рентгенометричних досліджень, на силу м’язів диспластичного кульшового суглоба в першу чергу впливає шийково-діафізарний кут, товщина дна вертлюжної западини та висота головки, тобто параметри, які визначають напрямок дії вектора сили м’яза. Маса тіла пацієнта є обтяжливим фактором. У пацієнтів, які були обстежені, наявність остеоартрозу кульшового суглоба впливає на силу м’язів через наявність болю, тому неможливо визначити дійсну силу м’язів, але за моделлю, яка не враховує біль, було визначено, на скільки можна розвити силу м’язів при існуючих геометричних даних кульшового суглоба.
У більшості пацієнтів з масою тіла до 80 кг було визначено профіцит сили м’язів. Це може свідчити про позитивний результат ендопротезування. У пацієнтів зі значним дефіцитом більше ніж 30 % результат ендопротезування без значного зменшення маси тіла буде недостатньо позитивним.
Особливості диспластичного кульшового суглоба, які проявляються сплощенням та вертикалізацією дна вертлюжної западини та його потовщенням, не завжди можуть бути враховані і повністю виправлені, тому часткові невідповідності залишаються, що й обумовлює деякий дефіцит сили м’язів після ендопротезування, але достатній для підтримки рівноваги таза.
З цих розрахунків можна дійти висновку, що основним параметром, який впливає на незадовільний результат ендопротезування, як-от значний дефіцит сили м’язів, є зайва вага та зменшена сила м’язів у пацієнтів до операції на фоні геометричних невідповідностей елементів кульшового суглоба. Якщо ендопротезування не може повністю усунути всі анатомічні недоліки кульшового суглоба, єдиним способом поліпшити стан пацієнта може бути зниження маси тіла та збільшення сили м’язів. З огляду на те, що ендопротезування усуває больовий синдром, можна розраховувати на збільшення фізичної активності пацієнтів і проведення спеціальних реабілітаційних заходів для відновлення сили м’язів.
Висновки
Розроблені лінійні регресійні моделі дозволяють прогнозувати дефіцит сили м’язів пацієнтів до та після ендопротезування. Розроблені регресійні моделі можуть використовуватися як інструмент для оцінки реабілітаційного прогнозу. Для всіх регресійних моделей найбільш вагомими є дані щодо сили м’язів пацієнта до операції та маса тіла. Іншим важливим показником є товщина дна вертлюжної западини. З урахуванням того, що товщина дна є анатомічним показником і при ендопротезуванні можлива лише обмежена його зміна, основними параметрами для варіювання є маса тіла пацієнта та сила м’язів.
Зменшення ваги є основним критерієм успішного лікування хворих після будь-якого протезування.
Таким чином, дефіцит м’язової сили, маса тіла пацієнта та геометричні параметри штучного кульшового суглоба, що характеризують загальний стегновий офсет, можуть вважатися чинниками, за якими можна оцінювати перспективи реабілітаційного потенціалу хворого з диспластичним коксартрозом після операції ендопротезування.
Проведена верифікація результатів моделей горизонтальної рівноваги таза та регресійних моделей показала високу їх точність, незважаючи на методи моделювання — графоаналітичний та логіко-статистичний.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
Отримано/Received 03.03.2023
Рецензовано/Revised 12.03.2023
Прийнято до друку/Accepted 21.03.2023
Список литературы
1. Корж А.А., Тихоненков Е.С., Андрианов В.Л., Мителева З.М. [и др.]. Диспластический коксартроз. М.: Медицина, 1986. 208 с.
2. Танькут В.А., Жигун А.И., Танькут А.В., Сайко В.Ю. Эндопротезирование при различных видах дисплазии тазобедренного сустава. Зб. наук. праць XVI з’їзду ортопедів-травматологів України (Харків, 2013). С. 102-103.
3. Scuderi G.R. Techniques in Revision Hop and Knee Arthroplasty. Philadelphia: Elsevier, 2015. 640 р.
4. Ahmad M.A., Xypnitos F.N., Giannoudis P.V. Measu-ring hip outcomes: common scales and checklists. Injury. 2011. 42(3). 259-64. doi: 10.1016/j.injury.2010.11.052.
5. Foucher K.C., Hurwitz D.E., Wimmer M.A. Do gait adaptations during stair climbing result in changes in implant forces in subjects with total hip replacements compared to normal subjects? Clin. Biomech. (Bristol, Avon). 2008. 23(6). 754-61. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2008.02.006.
6. Sliwinski M., Sisto S. Gait, quality of life, and their association following total hip arthroplasty. J. Geriatr. Phys. Ther. 2006. 29(1). 10-17.
7. Beaulieu M.L., Lamontagne M., Beaulé P.E. Lower limb biomechanics during gait do not return to normal following total hip arthroplasty. Gait Posture. 2010. 32(2). 269-73. doi: 10.1016/j.gaitpost.2010.05.007.
8. Mont M.A., Seyler T.M., Ragland P.S., Starr R., Erhart J., Bhave A. Gait analysis of patients with resurfacing hip arthroplasty compared with hip osteoarthritis and standard total hip arthroplasty. J. Arthroplasty. 2007. 22(1). 100-8. doi: 10.1016/j.arth.2006.03.010. PMID: 17197316.
9. Shrader M.W., Bhowmik-Stoker M., Jacofsky M.C., Jacofsky D.J. Gait and stair function in total and resurfacing hip arthroplasty: a pilot study. Clin. Orthop. Relat. Res. 2009 Jun. 467(6). 1476-84. doi: 10.1007/s11999-009-0791-0.
10. Tyazhelov А.А., Karpinska O.D., Karpinsky M.Yu., Klymovytskyi V.H., Goncharova L.D., Yurchenko D.O. X-ray characteristics of the dysplastic hip joint in adults before and after endoprosthetic surgery. World of Medicine and Biology. 2022. 2(80). 168-173. doi: 10.26724/2079-8334-2022-2-80-168-173].
11. Тяжелов А.А., Карпинский М.Ю., Карпинская Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицкий Р.В. Моделирование работы мышц тазового пояса после эндопротезирования тазобедренного сустава при различной величине общего бедренного офсета. Травма. 2017. 18 (6). 133-141. DOI: 10.22141/1608-1706.6.18.2017.121191.
12. Тяжелов О.А., Карпинский М.Ю., Карпинская Е.Д., Гончарова Л.Д., Климовицкий Р.В., Фищенко А.В. Клинико-биомеханическое обоснование и построение модели работы мышц, обеспечивающих горизонтальное равновесие таза. Травма. 2017. 18(5). 13-18. DOI: 10.22141/1608-1706.5.18.2017.114115.
13. Тяжелов О.А., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д., Юрченко Д.О., Браніцький О.Ю. Математичне моделювання роботи м’язів тазового пояса в хворих з привідною контрактурою кульшового суглоба. Ортопедия, травматология и протезирование. 2021. 4. 58-62. DOI: 10.15674/0030-59872021458-62.