Возрастные изменения постуральной неустойчивости часто встречаются у людей с заболеваниями позвоночника и могут стать причиной падения. Старение, вестибулярный дефицит, заболевания позвоночника, которые вызывают изменения осанки, а также слабая мускулатура туловища и ног — могут изменить их осевой баланс, что оказывает влияние на качество жизни и повседневную деятельность [1]. В настоящее время определено, что поддержание баланса тела в сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскостях является одной из ключевых адаптаций в прямохождении человека и определяется как способность удерживать центр давления (ЦД) в пределах опоры «конуса устойчивости», чтобы избежать падения. Количественной оценкой размеров «конуса устойчивости» (КУ) и энергозатрат, связанных с поддержанием равновесия, является диапазон смещения туловища в трех плоскостях [1].

Вместе с тем в большинстве случаев основой для анализа предоперационного и послеоперационного хирургического статуса пациентов и основным источником постуральной информации относительно пространственной ориентации позвоночника являются только статические рентгенограммы [2]. Однако поскольку повседневная деятельность человека больше связана с динамическим статусом позвоночно-тазового сегмента, а статические и динамические показатели баланса регулируются различными сенсомоторными системами и механизмами нервно-мышечного контроля [3], то и оценку постурального статуса осевого скелета желательно осуществлять в трехмерном измерении [4][5]. В этом аспекте 3D‑видеоанализ в статике и при ходьбе является признанным исследованием, которое в динамике регистрирует и объективно отражает основные величины осевого баланса. Предложенные подходы в оценке динамического осевого баланса туловища рассматривают: движение проекции точки от маркера C7 позвонка относительно проекции точки от S1 позвонка на опорной плоскости; расчет диапазона движения проекции точки от маркера C7 позвонка относительно точки проекции COG (общего центра массы), расположенного в проекции плоскости таза; расчет амплитуды динамического сагиттального (GA-SVA) и фронтального (GA-CVA) баланса как проекции на опорную плоскость середины отрезка маркеров с позвонка С7 и яремной выемки грудины SJH (приближенно к телу позвонка С7) и середины оснований трапеции таза по маркерам в точках бугра верхней задней (RIPS, LIPS) и передней (RIAS , LIAS) подвздошной оси справа и слева (приближенно к телу позвонка S1), расчет баланса в горизонтальной плоскости по углу между линиями плеча и таза (angle acromion-pelvis, АРА) [6]. Обозначенные в методе оценочные величины максимально приближены к рентгенологически установленным точкам расчета.

Вводимый расчетный показатель для обеспечения надежных результатов для диагностического использования в клинической практике оценивается по критериям повторяемости и воспроизводимости получаемых результатов. Повторяемость характеризует степень согласованности повторных измерений, полученных при одинаковых условиях, с тем же исследователем и с тем же оборудованием. Воспроизводимость — степень соответствия между повторными измерениями, полученными с применением одного и того же метода разными операторами [7]. Чтобы сделать выводы о стабильности получаемых результатов, используют коэффициент вариации [8]. Анализ коэффициента вариации временных параметров походки учитывает ходьбу с разной скоростью как функциональную пробу для оценки координационных процессов [9], влияние мышечной усталости после упражнений, таких как ходьба в гору, езда на велосипеде или бег [10].

Изучить локомоторные характеристики осевого баланса тела и установить в трехкоординатном пространстве нормативные статистические ориентиры его балансировочных характеристик.

Место проведения. ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. академика Г.А. Илизарова» (Курган), научная лаборатория Клиники нейроортопедии и системных заболеваний.

Время исследования: февраль 2023 — август 2024 гг.

Популяция: 19 здоровых человек (10 мужчин, 9 женщин); средний возраст 31,1±1,4 года.

Критерии включения: возраст 18–40 лет, отсутствие неврологического и ортопедического диагноза в анамнезе и на момент обследования.

Критерии исключения: другой возраст, наличие неврологической или ортопедической патологии в анамнезе или на момент обследования.

Простая случайная выборка.

Одноцентровое, наблюдательное, динамическое (обследование проводилось 10 раз), проспективное (с интервалом 1–7 дней), нерандомизированное исследование.

В исследовании участвовали мужчины и женщины 18–40 лет, ведущие активный образ жизни с эпизодическим участием в спортивных мероприятиях. Обследуемые ходили самостоятельно с опорой на всю стопу, босиком на 7-метровой дорожке с привычной для них скоростью передвижения. В качестве функциональной пробы использована ходьба с опорой на передний отдел стопы — «на носках», которая является скрининговым тестированием пациентов с неврологическими двигательными нарушениями.

Кинематические параметры походки регистрировались оптическими камерами Qualisys 7+ (8 камер компании Qualisys) с технологией видеозахвата пассивных маркеров. За основу установки светоотражающих маркеров на туловище принята IOR модель (рис. 1). Специально разработанными программами [6][11] определялись и вносились в выходные формы табличные значения динамического осевого баланса по амплитудам колебания проекций реперных точек от центра C7 и S2 позвонков на опорную плоскость в сагиттальной (GA-SVA), фронтальной (GA-CVA) плоскостях и диапазон углов проекции линий плеча и таза в горизонтальной (GA-APA) плоскости (рис. 2, 3).

Расчет показателя повторяемости проводился у каждого обследованного при исследовании одним оператором с интервалом в 1–3 дня, общее количество исследований — 10. Установка маркеров для проведения исследования выполнялась одним исследователем в одних и тех же условиях. Расчет показателя воспроизводимости проводился у одного обследуемого в разные дни (с интервалом 2–7 дней), установка маркеров для проведения исследования выполнялась разными операторами.

Учитывая количество наблюдений в выборочной совокупности, функция распределения используемых в исследовании показателей на нормальность оценивалась по одномерным критериям: Андерсона-Дарлинга и Шапиро-Уилка, коэффициенты асимметрии и эксцесса. И поскольку в отношении показателей динамического осевого баланса в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскостях в условиях обычной ходьбы и при функциональной пробе «ходьба на носках» c порогом принятия решения 0.1 гипотеза на нормальность не отклонялась, то использовалась параметрическая статистика.

Рассчитывались математически ожидаемые (среднеарифметические) значения (M), стандартные (среднеквадратические) отклонения (σ) и коэффициенты вариации, представляемые в процентах (Cv).

Принятые по Г.Н. Зайцеву (1973) уровни вариации соответствуют: Cv>20% — высокому, Cv от 11% до 20% — среднему, Сv≤10% — низкому [13].

Физические показатели балансов представлялись в величинах сигмальных отклонений (SDS) соответственно в сагиттальной (SDS(SVA)), фронтальной (SDS(СVA)) и горизонтальной (SDS(АРА)) плоскостях по формулам (1, 2, 3):

SDS(SVA) = (xSVA-МSVA)/σSVA (1)

SDS(СVA) = (xСVA-МСVA)/σСVA (2)

SDS(АРА) = (xАРА-МАРА)/σАРА (3)

где SDS — сигмальные отклонения физической величины баланса в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскостях; х — значение физической величины баланса конкретного пациента; М — математически ожидаемое значение физической величины баланса по представленной выборочной совокупности; σ — среднеквадратическое отклонение физической величины баланса.

Нормированная величина трехкоординатного параметра осевого баланса (ПОБ) рассчитывалась как среднее значение суммы балансов (сагиттального (SVA), фронтального (CVA) и горизонтального (APA)) выраженных в единицах сигмального отклонения по представленным выборочным совокупностям (4).

ПОБ = (SDS(SVA) + SDS(СVA) + SDS(АРА)) / 3 (4)

Статистическая обработка данных производилась с помощью пакета анализа данных Microsoft Excel-2013 и AtteStat 12.5. Количественные характеристики показателей в выборочных совокупностях представлялись в таблицах в виде (M±σ), а статистическая значимость различий определялась с использованием параметрического критерия Стьюдента. Уровень статистической значимости указывался по критерию «р» при р<0,05.

Все исследования проведены в соответствии с этическими стандартами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками. На проведение исследований было получено разрешение комитета по этике при ФГБУ «НМИЦ ТО им. акад. Г.А. Илизарова». № 2(72) от 07.10.2022 г.

Основные показатели осевого баланса тела в положении стоя с опорой на всю стопу и на передний отдел стопы («на носках») представлены в таблице 1.

В ортостатике у здоровых обследованных не выявлено статистически значимых различий параметров в условиях основной стойки и «на носках».

Показатели динамического осевого баланса при обычной ходьбе и при функциональной пробе ходьба «на носках» представлены в таблицах 2, 3.

При отсутствии значимых различий в скоростях ходьбы обобщенные параметры балансов в трехкоординатном пространстве у мужчин и женщин также значимо не отличались. И хотя отсутствовали половые различия в отношении показателя APA в горизонтальной плоскости, у женщин по сравнению с мужчинами величины баланса SVA в сагиттальной проекции были больше (р=0,0043), а значения CVA — во фронтальной плоскости были меньше (р=0,0011).

При функциональной пробе «ходьба на носках» статистически значимых различий в балансировочной активности между полами не обнаружено, но относительно привычной ходьбы балансировочная амплитуда увеличивается у мужчин в сагиттальной плоскости (р=0,00013), а у женщин во фронтальной плоскости (р=0,0045). В горизонтальной проекции балансировочная активность увеличивается несущественно и статистически не значимо.

Окончательная картина половых различий в балансировочной активности обнаружилась при использовании функциональной пробы «ходьба на носках». В нормированных величинах трехкоординатного параметра осевого баланса (ПОБ) при ходьбе на носках вариационные характеристики баланса у женщин уменьшились на 3,5%, у мужчин существенно возросли: по сравнению с привычной ходьбой на 33,9%, по сравнению с женщинами — на 41,1%.

Значения коэффициентов вариации при оценке повторяемости и воспроизводимости показателей динамического баланса в условиях обычной ходьбы и при функциональной пробе «ходьба на носках» представлены в таблице 4.

Математически ожидаемые значения коэффициентов вариации по результатам десятикратной повторяемости и восьмикратной воспроизводимости конкретного обследуемого в соответствии с его расчетными показателями осевого баланса тела при обычной ходьбе и ходьбе «на носках» соответствовали следующим уровням вариации:

Показатели динамического осевого баланса в горизонтальной, сагиттальной и фронтальной плоскости в условиях привычной ходьбы и при функциональной пробе «ходьба на носках» по всем критериям приближались к функции нормального распределения. Следовательно, несмотря на неоднородность по полу, возрасту и ограниченному числу обследованных в представленных группах, рассмотренные выборочные совокупности не только репрезентативны, но и статистически однородны.

По данным литературы, оценка коэффициентов вариации по параметрам кинематики и кинетики из результатов 3D‑видеоанализа ограничена. В основном в работах уделяется внимание временным параметрам цикла шага. Так, индивидуальная динамика уменьшения коэффициента вариации по длительности цикла шага является клиническим критерием положительной эффективности проводимого лечения у пациентов с идиопатической болезнью Паркинсона [14]. По коэффициенту вариации временных параметров цикла шага отмечена его значимость для прогнозирования мобильности и риска падения у пожилых людей [15], а также определения функциональной зрелости у типично развивающихся дошкольников по изменчивости длины шага (Cv=18,02%) и ширины шага (Cv=13,89%) [16]. Механизм поддержания вертикализации туловища был описан Жаном Феликсом Дюбуссе в 1975 г. как «конус экономии», в котором осевой скелет сбалансирован стопами, нижними конечностями, тазом, поясничным и шейным отделами позвоночника. Данные исследования с использованием системы визуализации, силовых платформ, поверхностной электромиографии закрепили концепцию «конуса экономии» — как фундаментальной гипотетической теории локомоции человека [17]. Полученные нами результаты исследования аналогичны опубликованным данным: динамический осевой баланса тела в сагиттальной и фронтальной плоскостях так же соответствовал критерию «средний» [18]. Данных по горизонтальной плоскости в литературе нами не найдено.

3D‑видеоанализ является самостоятельным исследованием, в динамике отражающим основные постуральные системообразующие составляющие в форме величин осевого баланса. При функциональной пробе «ходьба на носках» вариационные характеристики баланса у женщин уменьшались на 3,5%, у мужчин существенно возрастали: по сравнению с привычной ходьбой на 33,9%, по сравнению с женщинами — на 41,1% за счет усиления балансировочной активности в сагиттальной плоскости. Ротационные значения в горизонтальной плоскости (ротация плеч, таза, угол АРА) статистически значимо не меняются у мужчин и женщин. Механизм поддержания осевого баланса задействует фронтальную и сагиттальную плоскости с увеличением у мужчин значений в сагиттальной, а у женщин во фронтальной плоскости. По данным литературы отмечено, что стратегии компенсаторных механизмов поддержания баланса могут быть различными в разных ситуациях [3][19].

В контексте «конуса экономии энергии» (CОE — cone of economy) предложенного в 1975 г. J. Dubousset, при уменьшении площади опоры усиление балансировочной активности в сагиттальной плоскости является компенсаторным механизмом поддержания общего баланса тела [20]. При ходьбе на носках работа суставных мышц коленного и голеностопного суставов носит преимущественно статический характер; основную работу выполняют мышцы тазобедренного сустава, так как движения ноги происходят главным образом в этом суставе. У женщин сила мышц нижних конечностей меньше, чем у мужчин, и уменьшение площади опоры приводит к большему нарушению стабильности и увеличению боковых (фронтальных) колебаний.

Поскольку в обследованной выборочной совокупности пол и календарный возраст не обнаруживали значимого влияния на функцию распределения показателей осевого баланса, а гауссова стохастика исследуемых показателей по большинству критериев на нормальность не отвергалась, резонно предположить, что сенсомоторные системы, регулирующие и контролирующие динамический постуральный баланс осевого скелета как конечный приспособительный результат, имеют единую видовую генетически детерминированную морфофункциональную организацию [21].

Постуральный баланс тесно связан с функцией равновесия и является основным интегративным функциональным критерием сохранности ориентации тела в пространстве при прямохождении человека. В рамках профилактики вторичных нарушений и реабилитации пациентов полученные результаты позволят оценивать степень влияния остеопороза и остеопатий на сохранность постурального баланса.

В литературе отмечено, что при патологии позвоночника более высокие балансировочные диапазоны колебаний в сагиттальной и фронтальной плоскостях коррелируют с ухудшением качества жизни [22]. Вместе с тем важность кинематической активности и ее вариационных составляющих в горизонтальной плоскости уже в 1965 г. была отмечена в работах братьев Ducroquet [23].

Наряду с информативностью расчетных показателей в клинической практике в обязательном порядке рассматривается их надежность, которая в процессе использования всевозможных функциональных проб оценивается по критериям повторяемости и воспроизводимости получаемых результатов [24]. В проведенном исследовании коэффициенты вариации величин балансов, характеризующие повторяемость и воспроизводимость, были наименьшими для значений АРА (горизонтальная плоскость) и соответствовали критерию «незначительной степени» рассеивания данных. Математически ожидаемые значения коэффициентов вариации балансов в сагиттальной и фронтальной плоскостях соответствовали критерию «средней степени» рассеивания данных. Тем не менее, поскольку постуральная балансировочная регуляция осевого скелета осуществляется одновременно в трехплоскостном взаимодействии, то и динамический осевой баланс тела человека необходимо интегративно оценивать в трехкоординатном пространстве.

Расширенное изучение балансировочных реакций в ответ на произвольные изменения темпа ходьбы могут стать информативными оценочными критериями и использоваться в качестве дополнительных функциональных проб.

Новизна исследования заключается в том, что впервые представлены нормативные значения динамического осевого баланса в трехмерном измерении для возрастной группы зрелого возраста (18–40 лет), что может стать ориентиром для дальнейших исследований у пациентов с нарушениями костного метаболизма, страдающих остеопорозом, остеопатиями и у лиц в возрасте старше 60 лет. Учитывая, различия в физической модальности величин осевого баланса (мм и градусы) и их статистическое постоянство, приближающееся к функции нормального распределения целесообразно использовать нормированные значения баланса, а для количественной функциональной оценки сенсомоторных систем, регулирующих и контролирующих его постуральные величины применять правило сигмальных отклонений.

Предложены реперные нормативные значения динамического осевого баланса тела в возрастной группе 18–40 лет при обычной ходьбе и при функциональной пробе «ходьба на носках». В стохастической иерархии кинематических параметров осевого скелета баланс тела в горизонтальной плоскости — наиболее стабильная величина, которая в зрелом онтогенезе не только не обнаруживает статистически значимой зависимости от пола и календарного возраста, но также значимо не меняется при функциональной пробе «ходьба на носках». Угол APA (диапазон осевого баланса в горизонтальной плоскости), полученный методом 3D‑видеоанализа, имеет «незначительную степень» рассеивания данных, как в выборочной совокупности, так и при оценке повторяемости и воспроизводимости параметров. В оценке регуляторных механизмов постуральной балансировочной активности осевого скелета тела необходимо использовать интегративный трехкоординатный параметр осевого баланса в нормированных величинах.

Источники финансирования. Результаты были получены с использованием ресурсов ФГБУ НМИЦ ТО им. академика Г.А. Илизарова в рамках НИР «Возрастная эволюция динамического баланса осевого скелета в локомоторных стереотипах по данным 3D‑видеоанализа».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи

Участие авторов. Долганова Т.И. — дизайн исследования, концепция статьи, подготовка статьи к печати; Чехлова Л.Ю. — сбор материала и обработка; Долганов Д.В. — анализ материала, обсуждение статьи, внесение в рукопись правки; Черепанов И.Д. — анализ литературы, подготовка данных.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.