Proprioception in Above-the-Knee Amputees with Artificial Limbs

Abstract

Purpose. Arvioida alaraajan proprioseptiivista aistimusta potilailla, joilla on reisiluuamputaatio ja jotka ovat saaneet tekonivelen. Materiaalit ja menetelmät. 22 potilasta (18 miestä, 4 naista), jotka olivat 24-65-vuotiaita (keskiarvo: 42), joille oli tehty polvinivelen yläpuolinen amputaatio ja joille tehtiin proprioseptiikan arviointi käyttämällä nivelen repositiota ennalta määrätyssä 15°:n polven fleksiokulmassa. Mittaukset suoritettiin perinteisellä goniometrillä sekä amputoidusta että terveestä polvesta. Viimeksi mainittuja käytettiin sisäisenä kontrollina. Kaikki potilaat suorittivat aktiivisen polven fleksion hyperextensiosta 15°:een suljetussa kineettisessä ketjussa arvioidakseen polvinivelen proprioseptiivista aistimusta nivelen asentotuntomenetelmällä (Joint Position Sensing, JPS) tietyissä kontrolloitavissa olosuhteissa, jotka olivat hyvin lähellä normaalia kävelyä. Tulokset. Amputoidun polven JPS-arvoksi 15°:n fleksiossa laskettiin 13,91 (SD = ±4,74) ja terveen puolen arvoksi 14,15 (SD = ±2,61). Amputoidun ja terveen raajan välillä ei havaittu tilastollisesti merkittäviä eroja (). Päätelmät. Tyngän proprioseptiiviseen informaatioon ei näyttänyt vaikuttavan merkittävästi reiden amputaation ja keinoproteesin käytön jälkeen, kun JPS:ää arvioitiin 15°:n kulmassa. Näyttää siltä, että nämä potilaat kompensoivat polven sensoristen reseptorien menetyksen vaihtoehtoisten mekanismien avulla.

1. Johdanto

Alaraajan amputaatio aiheuttaa joukon muutoksia ja samanaikaisia säätöjä, jotka eivät liity ainoastaan silvottuun raajaan vaan myös koko kehoon . Sensorimotorisella järjestelmällä on merkittävä rooli näissä mukautuksissa, sillä se sisältää kaikki sentripetaaliset ja sentrifugaaliset reitit, joita tarvitaan asennon ja liikkeen hallintaan sekä nivelen lopulliseen toimivuuden hallintaan .

Sensorimotorinen järjestelmä monimutkaisine mekanismeineen sisältää termin proprioseptiikka aikaisemman määritelmän mukaan. Tähän monimutkaiseen prosessiin kuuluu tiedonsiirto keskushermostoon, joka liittyy nivelen sijainnin aistimiseen avaruudessa, niveleen kehittyvään voimantunteeseen (voimantunne) erikoistuneiden sensoristen reseptoreiden välityksellä ja kinestesiaan, eli nivelen liikkeen aistimiseen .

Polven yläpuolella tapahtuvat amputaatiot johtavat huomattavan määrän polven ja yleensä alaraajan mekanoreseptoreiden katoamiseen, mikä johtaa proprioseptiikan puutteeseen. Heikentynyt proprioseptiikka ilmenee heikentyneenä kinestesiana sekä tyngässä että kontralateraalisessa ei-amputoidussa alaraajassa .

Alaraajan proprioseptisen informaation katkeamista seuraa keskushermoston uudelleenorganisoituminen kaikilla tasoilla selkäytimestä aivopuoliskoihin sekä afferenttien ja efferenttien ratojen uudelleenorganisoituminen, jotka kontrolloivat ja koordinoivat raajan liikettä .

Merkittäviä muutoksia havaitaan myös alaraajan amputaatiosta kärsineiden potilaiden tasapainossa ja kävelyssä, jossa paino jakautuu epäsymmetrisesti ja siirtyy eteenpäin ja kaatumisriski kasvaa . Lisäksi tyngän korkeudella on ratkaiseva merkitys kävelymalleihin amputaation jälkeen. Lyhyempi tynkä vaatii suurempia työntövoimia kävelyn aikana ja siten suurempaa energiankulutusta .

Tämän prospektiivisen tutkimuksen tavoitteena oli arvioida polven proprioseptiikkaa nivelten asentotuntomenetelmällä (Joint Position Sensing, JPS) raajassa, jolle on tehty polven yläpuolinen amputaatio ja jossa on ollut tekonivelproteesi huomattavan pitkään, ja arvioida saavutettuja säätöjä. Tässä tutkimuksessa kohdekulmaksi valittiin ennalta määritetty 15°:n kulma, koska sen katsotaan olevan toiminnallinen kävelyn aikana sekä asennossa että heilahdusvaiheen alussa.

Tästä tutkimuksesta saatujen tietojen arviointi voi auttaa ymmärtämään paremmin monimutkaisia proprioseptiikan mekanismeja, jotka ovat ominaisia tutkimukseen osallistuneille. Lisäksi se voisi johtaa parempien tekoproteesien rakentamiseen näille potilaille ja optimaalisten kuntoutusohjelmien laatimiseen.

2. Aineisto ja menetelmät

Tutkimukseen osallistujat valittiin 25 potilaan alkuperäisestä ryhmästä, jolla oli yksipuolinen alaraajan amputaatio. Lopulta rekrytoitiin 22 henkilöä, 18 miestä ja 4 naista, jotka olivat iältään 24-65-vuotiaita ja keskimäärin 42-vuotiaita (SD: 11,52) ja täyttivät vaaditut kriteerit (taulukko 1).

Potilaille oli tehty amputaatio polven yläpuolelta ja lonkan alapuolelta, ja he olivat käyttäneet tekonivelleikkausta vähintään vuoden ajan amputaatiosta .

Sulkukriteereinä olivat molemminpuolinen ala- tai yläraaja-amputaatio, kuulo- ja näköjärjestelmän ongelmat, tyngän kipu, alkoholin väärinkäyttö, psykiatriset sairaudet ja häiriintyneet aivotoiminnot tai muut neurologiset puutokset.

Potilaista 11 oli amputoitu reisiluun alemman kolmanneksen kohdalta, heistä 7:llä reisiluun keskimmäisen osan kohdalta ja lopuilla 4:llä reisiluun keskimmäisen osan rajalta ja alemman kolmanneksen kohdalta.

Amputaation syynä oli 18 potilaalla liikenneonnettomuus, kahdella potilaalla pahanlaatuiset kasvaimet ja yhdellä potilaalla työtapaturma.

Proteesin tyypin suhteen 10:lle oli ominaista hydraulinen polviniveljärjestelmä, 10:lle elektroninen C-jalka ja lopuille 2:lle yksinkertainen moniakselinen polvinivel (taulukko 1).

Polven proprioseptiivinen aistimus laskettiin ennalta määrätyn kulman toistomenetelmällä (nivelen asennon aistiminen) , sekä amputoidussa jalassa että terveessä jalassa, joka muodosti sisäisen kontrolliryhmän. Mittaukset suoritettiin tavanomaisella goniometrillä, tarkemmin sanottuna Whitehall Manufacturing Hydrotherapy and Health Care Products -yhtiön valmistamalla G300-mallilla, jota on käytetty laajalti kliiniseen arviointiin ja tutkimustarkoituksiin sekä terveessä väestössä että erityisryhmissä. Tämä goniometri asetettiin keinotekoisen polvinivelen keskelle proteesiin kiinnitetyn teipin avulla.

Potilaan askeleen leveyden ja pituuden mukaan, kuten se oli aiemmin määritetty, kaksi analogista asteikkoa sijoitettiin yhdensuuntaisten tankojen sisään, jotta voitiin määrittää painon keskipisteen tarkka sijainti sekä tekonivelessä että normaalissa nivelessä. Todettiin, että tekonivelessä painopiste on eri paikassa kuin normaalissa polvessa, minkä vuoksi painolinja pysyy kävelyn aikana tukipohjan sisällä, jolloin kaatumisriski ei kasva (kuva 1). Tämän jälkeen hän suoritti tekopolvinivelellä fleksion hyperextensioasennosta lisäämällä painoa vaa’alla, johon tekoraaja nojasi. Potilas sai käyttää yläraajojaan tukena. Tutkijan avustuksella ja terveen polven ollessa hyperextensiossa potilas vei arvioitavana olevaa polvea yli 15°:n fleksiokulmaan kolme kertaa, jotta hän tottuisi kyseiseen liikkeeseen. Jälleen tutkijan avustuksella hän toi polven takaisin ennalta määrättyyn kulmaan ja yritti 2 minuuttia kestäneen levon jälkeen toistaa tavoitekulman 15°. Mittauksia toistettiin kolme kertaa, ja mittausten keskiarvo laskettiin ensin, minkä jälkeen niitä verrattiin sen terveen raajan vastaaviin arvoihin, jolla edellä mainitut mittaukset oli aiemmin suoritettu täsmälleen samojen menettelyjen mukaisesti.

Kuva 1

Nivelen asentotuntemuksen (JPS) arviointi.

Muuttujien vertailu terveen ja amputoidun raajan välillä suoritettiin riippuvien otosten -testillä. Tiedot ilmaistiin jatkuvien muuttujien osalta keskiarvona ± keskihajonta (SD). Tilastolliseen analyysiin käytettiin tilastopakettia SPSS vr 13.00.

Kaikki mittaukset suoritti sama tutkija. Mittaukset suorittaneen tutkijan luotettavuus tarkistettiin ja vahvistettiin. Tutkijaa pyydettiin mittaamaan tietty kulma, jota lopulta verrattiin kulmaan, jonka toinen riippumaton tutkija pyysi mittaamaan. Kulmat vastasivat toisiaan, ja ne olivat sekä spesifisiä että molemmille tutkijoille tuntemattomia.

Kumpikin tutkija sai samat tiedot, joten heidän mittaustensa välinen korrelaatio tietyn kulman osalta osoittautui vahvaksi (korrelaatiokerroin = 1,00) tilastollisen merkitsevyyden tasolla .

Mittakulman laskemiseen käytettiin G300-goniometrin lisäksi nykyaikaista isokineettistä Con-Trex-dynamometriä, johon asennettiin femorotibiaalinen funktionaalinen tukivarsi ja polven fleksio suoritettiin isokineettisen dynamometrin antaman kulman mukaisesti tämän tukivarren tarjoamalla akselilla.

Tämän tutkimuksen on hyväksynyt sen sairaalan eettinen komitea, jossa se suoritettiin, ja kaikki osallistujat antoivat kirjallisen suostumuksen siitä, että he suostuivat osallistumaan tutkimukseen.

3. Tulokset

Tutkimukseen osallistuneista 22 potilaasta 11:lle (50 %) oli amputoitu dominoiva jalka, kun taas lopuilla 11:llä amputointi koski ei-dominoivaa jalkaa.

Amputoidun jalan osalta JSP 15°:n arvot vaihtelivat 4°:n ja 22,7°:n välillä keskiarvoltaan 13,91° ja SD ±4,74°:n välillä, kun taas terveen jalan vastaavien arvojen vaihteluväli vaihteli 10°:n ja 19°:n välillä.7°, keskiarvo 14,15° ja SD ±2,61° (taulukko 2).

Amputoidun raajan ja terveen raajan arvojen välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa (, ).

Mittausarvot sairastuneessa raajassa erottuivat sen mukaan, minkä ikäinen potilas oli amputoinnin yhteydessä ja kuinka monta vuotta hän oli elänyt tekonivelen kanssa. Potilaat, jotka käyttivät proteesia useampia vuosia, esittivät parempia proprioseptiivisen aistimuksen arvoja.

Mittausarvoissa ei myöskään todettu tilastollisesti merkitseviä eroja kahden vallitsevan proteesin välillä, jotka oli asennettu tutkimukseen osallistuneille (, ). Tarkemmin sanottuna elektronista C-jalka-niveltä käyttäneiden testipotilaiden minimikulma oli 7,7° ja maksimikulma 22,7° keskimääräisen kulman ollessa M: 15,38° (SD: 4,93°), kun taas hydraulista polviniveltä käyttäneiden potilaiden minimikulma oli 4° ja maksimikulma 18° M: 13.43° (SD: 4.31°) (Taulukko 3).

Mittausten luotettavuutta voidaan pitää tyydyttävänä, sillä edellä mainittujen mittausten arvo a (kerroin alfa) todettiin suuremmaksi kuin 0,80 ja tarkalleen yhtä suureksi kuin 0,95 ja 0,97 terveen ja leikatun alaraajan osalta .

4. Pohdinta

Tässä tutkimuksessa tutkittiin alaraajan proprioseptiivista aistimusta ennalta määrätyn kulman aktiivisella toistomenetelmällä suljetussa kineettisen ketjun ympäristössä käyttäen tervettä raajaa sisäisenä kontrolliryhmänä. Tämä kulma valittiin, koska se on edustava kulma polven 10°-60°:n toiminnallisella alueella, jota tarvitaan normaalissa kävelyssä sekä seisontavaiheessa että heilahdusvaiheen alussa. Näyttää jopa siltä, että mekanoreseptorien aktivoituminen on suurempaa tässä kulmassa .

Kuten tulosanalyysistä käy ilmi, tilastollisesti merkitsevää eroa tekonivelellä varustetun raajan ja terveen raajan arvoissa ei havaittu.

Tämä seikka viittaa siihen, että vaikka tutkimukseen osallistuneilla havaittiin proprioseptiivisen aistimuksen alentuneita arvoja tietyssä määrin, heillä ei esiintynyt vakavaa alaraajan ja erityisesti polvinivelen proprioseptiivisen informaation vähenemistä polven yläpuolisen amputaation ja proteesin asettamisen jälkeen ainakaan yhden vuoden ajan.

Nämä tulokset ovat yhdenmukaisia aikaisempien tutkijoiden havaintojen kanssa, jotka eivät myöskään kirjanneet merkittävää vähenemistä nivelen asentotuntemuksen (Joint Position Sense, JPS) osalta amputaation ja tekonivelen asentamisen jälkeen .

Eakin ym. mittasivat kykyä passiiviseen toistoon ennalta määrätyssä kulmassa fleksiossa 5°, 10°, 15°, 20° ja 25° suljetussa kineettisen ketjun ympäristössä. Tutkijat eivät pystyneet havaitsemaan merkittäviä proprioseptiikan puutteita kohdekulmien osalta ja suhteessa terveeseen jalkaan edellisellä menetelmällä. Päinvastoin, proteesilla varustetussa raajassa havaittiin heikentynyt proprioseptiivinen aistimus passiivisen liikeradan havaitsemismenetelmällä .

Samankaltaisia tuloksia kirjasivat Liao ja Skinner potilailla, joilla oli polven alapuolinen amputaatio ja joilla arvioitiin nivelen asennon aistimusta tilassa sekä polvinivelen kinesteettistä havaitsemista. Kyseisessä tutkimuksessa ei kirjattu merkittävää proprioseptiivisen informaation vähenemistä mittaamalla potilaan kykyä toistaa ennalta määrätty kulma amputoidulla raajalla, kun taas tässäkin tutkimuksessa havaittiin myös amputoitua raajaa luonnehtivan kinestesian alentuneita arvoja .

Näyttää siltä, että ihmiset, joilla on polven yläpuolinen amputaatio, kompensoivat polvinivelen menetystä ja sitä seuraavaa mekanoreseptoreiden menettämistä vaihtoehtoisilla mekanismeilla, jotka varjelevat keinotekoisesta polviniveleen liittyvää aistia.

Näihin mekanismeihin kuuluvat todennäköisesti lonkkanivel ja tyngän ihon reseptorit, jotka saavat impulsseja proteesin aiheuttamasta paineesta .

Tässä tutkimuksessa esitetty proprioseptiivinen kyky lisääntyi, kun se suhteutettiin amputoinnista ja proteesin asettamisesta kuluneeseen aikaan, mikä viittaa kompensoivien mekanismien kehittymiseen niiden anatomisten rakenteiden menettämisestä, jotka parantavat alaraajan proprioseptiivistä aistimusta ajan kuluessa .

Vierekkäisten nivelten rooli kinesteettisen informaation ylläpitämisessä näyttää olevan hyvin tärkeä. Dhillon ym. raportoivat kyynärpään yläpuolella vähintään 4 vuotta sitten amputoitujen potilaiden kohdalla, että jäljellä olevat toiminnalliset yhteydet ovat elinkelpoisia tai pystyvät palautumaan liikunnan jälkeen. Lisäksi sensoriset neuronit näyttävät olevan kestävämpiä kuin motoriset neuronit. Proprioseptiikka, jopa vähentyneenä, osoittautui kykeneväksi palautumaan jopa vanhoissa amputaatioissa .

Proprioseptiikan paraneminen proteesin pitkäaikaisen käytön jälkeen näkyy tämän tutkimuksen tuloksissa, sillä iäkkäät potilaat, joilla proteesi oli sijoitettu pitkäaikaisesti, esittivät parempia arvoja mittauksissa.

Polven yläpuolisen amputaation yhteydessä menetetään polvi ja merkittävä määrä mekanoreseptoreita, jotka tukevat alaraajan proprioseptiikkaa . Lisäksi myös quadricepsin ja hamstringsin proprioseptiikka on häiriintynyt .

Epäonnistuminen proprioseptiikan puutteiden havaitsemisessa tässä työssä käytetyllä menetelmällä, toisin kuin muilla kinestesiaa mittaavilla menetelmillä, johtuu luultavasti erilaisista hermomekanismeista, jotka aktivoituvat tässä tutkimuksessa käytetyn 15°:n taivutuskulman toistamisen aikana .

Amputaation jälkeen noudatettu kuntoutusohjelma vaikuttaa amputoidussa alaraajassa esiintyvän proprioseptiivisen aistimuksen lopputulokseen. On olemassa lukuisia fysioterapian lähestymistapoja, joissa keskitytään kuntoutuksen eri näkökohtiin, kuten proprioseptiikan parantamiseen tai lihasvoiman palauttamiseen. Tässä tutkimuksessa osallistujat eivät noudattaneet samaa kuntoutusohjelmaa, mikä voi jossain määrin vaikuttaa tämän työn tuloksiin.

Tutkimuksen toinen heikkous on otoksen heterogeenisuus potilaiden iän ja sukupuolen suhteen sekä se, että vaaditut mittaukset suoritettiin sairaalassa eikä fyysisessä toimintaympäristössä.

Lisäksi tarvitaan satunnaistettuja tutkimuksia alaraajan proprioseptiikan monimutkaisen ilmiön tutkimiseksi amputaation ja tekonivelen asettamisen jälkeen erilaisilla menetelmillä, joilla mitataan proprioseptiikan eri osatekijöitä mahdollisimman lähellä normaalia kävelyä olevassa ympäristössä.