Электромиографические исследования (ЭМГ) мышц челюстно-лицевой области являются одним из ведущих методов диагностики в стоматологической практике во всем мире. ЭМГ-исследования жевательных и мимических мышц позволяют определить изменения функционального состояния мышц в фазе жевательного движения, а также при мимических нагрузках. Данные ЭМГ-исследований позволяют диагностировать нейромышечный дисбаланс, выявлять смещение центра окклюзии на этапах протезирования и в процессе ортодонтического лечения.
Резюме: Целью настоящего исследования было количественно оценить отношение между активностью мышц, участвующих в жевании и наклоном плоскости нижней челюсти в группе из 73 здоровых белых мужчин в возрасте 20-36 лет. Пространственные координаты опорных точек мягких тканей – Gnation, левая и правая Gonion были оцифрованы с использованием электромагнитного дигитайзера, ориентация нижней челюсти по отношению к истинной вертикали была оцифрована и проецирована на анатомическую сагиттальную плоскость. Электромиографические (ЭМГ) потенциалы левой и правой жевательных и передних височных мышц были зафиксированы при максимальном произвольном сжатии зубов, была вычислена средняя ЭМГ амплитуда. Были отобраны две группы мужчин с различной лицевой морфологией: все мужчины с тупым углом плоскости нижней челюсти (выше, чем среднее плюс одно значение стандартного отклонения) вошли в первую группу (10 человек с «длинными» лицами), а все мужчины с относительно более горизонтальной плоскостью нижней челюсти (меньше, чем среднее минус одно стандартное отклонение) составили вторую группу (13 человек с «короткими» лицами). Средние ЭМГ потенциалы были подсчитаны в двух группах и сравнивались с использованием t-теста Стьюдента для независимых выборок. Все ЭМГ потенциалы, записанные при максимальном произвольном сжатии зубов в группе с «длинными» лицами были ниже, чем показанные пациентами второй группы, различия были статистически значимы для всех четырех мышц (p < 0.05). В результате, неинвазивный пространственный метод подтвердил, строение лица и мышечная функция существенно связаны, по крайней мере, у мужчин со здоровым стоматогнатическим аппаратом.
Введение
Черепно-лицевой рост является комбинированным результатом генетических и эпигенетических факторов, определяемыми функциональными потребностями и взаимовлиянием мягких и твердых тканей (1). В самом деле, определение взаимоотношений между функцией и морфологическими параметрами всегда было одним из самых интригующих вопросов в биологических исследованиях.
В частности, активность жевательных мышц играет ключевую роль в формировании морфологии лица (2, 3). На максимальную мышечную силу могут влиять несколько факторов: число волокон, их наклон и состав, нейро-активация, а также черепно-лицевая морфология (4). Действительно, большинство из этих факторов человек не может исследовать непосредственно. Только мышечная морфология, размеры и активность (обычно определяемая с помощью электромиографических (ЭМГ) исследований), а также черепно-лицевую морфологию можно измерить in-vivo, а их взаимоотношения широко исследованы с помощью биомеханических моделей (5).
В целом, биомеханические модели указывают на мышечное превосходство у людей с «короткими» лицами, то есть с относительно меньшей передней высоте лица к задней высоте черепа и меньшим гониальным углом (5), но многие существующие исследования все еще конфликтуют друг с другом, как было показано в недавнем обзоре Феррарио и др. (6). В то время как некоторые исследования ЭМГ потенциалов жевательных и височных мышц, силы прикуса и размеров жевательных мышц показывают более высокие значения у пациентов с «короткими» лицами, чем у пациентов с противоположной морфологией, другие исследования говорят об отсутствии связи между этими параметрами (7-14). Также ориентация «поднимающей» мышцы в пространственном измерении по оценке магнитно-резонансным методом, значительно не различается у людей с «длинными» и «короткими» лицами, даже если они соотносятся с гониальным углом и задней высотой черепа (6, 15).
Все предшествующие исследования лицевой морфологии выполнялись в проекции на плоскость на основе рентгенограмм, фотографий или ультразвукового сканирования, таким образом, третье измерение всегда терялось. Данная технология позволяет с помощью неинвазивных и недорогих измерений получить параметры морфологии мягких тканей черепа и лица в трех измерениях в виде цифровых данных, избегая ошибок проецирования (16-19). Более того, измерения могут производиться, когда испытуемые находятся в естественном положении головы, в положении, которое, как было обнаружено ранее, существенно связано с лицевыми морфологическими параметрами (20). Насколько нам известно, ранее не проводилось исследований связи между активностью жевательных мышц и какими-либо вертикальными параметрами лицевой морфологии, определяемыми непосредственно у пациентов с естественным положении головы.
Целью данного исследования была количественная оценка зависимости между ЭМГ-потенциалами жевательных мышц при максимальном произвольном сжатии зубов и наклоном плоскости нижней челюсти в группе здоровых молодых мужчин.
Материалы и методы
Выборка
В исследование принимали участие 73 мужчины европейца из северной Италии. Группа состояла из студентов стоматологических школ в возрасте 20-36 лет (средний возраст 25.15 лет, среднее отклонение 6.12) в соответствии с критерием, описанным Феррарио и др. (17, 18). Все они имели полный набор здоровых зубов (как минимум 28) с прикусом по I классу Энгля с обеих сторон, взаимоотношением первого постоянного 2 мм), сагиттальной щелью и глубиной прикуса от 2 домоляра к клыку ( 4 мм, отсутствием перекрестного прикуса во фронтальном и боковых отделах, отсутствием ортопедических реставраций и перекрытий бугров, отсутствием черепно-лицевых травм и хирургических вмешательств, без височно-нижнечелюстных или черепно-шейных нарушений.
Все испытуемые дали согласие на эксперимент. Все процедуры были неинвазивны, проводились с минимальным беспокойством для пациента. Протокол исследования был одобрен местным этическим комитетом.
Запись и обработка ЭМГ показаний
Рис.1. Наложение биполярных поверхностных электродовна жевательные и передние височные мышцы.
Исследовались жевательная и передняя височные мышцы на обеих сторонах. Биполярные поверхностные электроды были установлены на тела мышц параллельно мышечным волокнам: передняя височная: вертикально вдоль передней границы мышцы (примерно по коронарному шву); жевательная мышца: параллельно мышечным волокнам, верхний полюс электрода на пересечении между линиями trarus-labial commissura и exocanthion-gonion (21, 22).
Для уменьшения сопротивления кожи она тщательно очищалась перед наложением электродов, запись показаний производилась спустя 5-6 минут, что позволяло проводящей пасте достаточно увлажнить поверхность кожи. Использовались одноразовые биполярные электроды с серебром и хлоридом серебра диаметром 10 мм и расстоянием между электродами 21-1 мм (Duo-Thode; Myo-Tronics Inc., Сиеттл, США), на лоб накладывался контрольный одноразовый электрод.
ЭМГ активность регистрировалась с использованием четырех из восьми каналов на аппарате фирмы De Gotzen (Милан, Италия). Аналоговый ЭМГ сигнал усиливался (усиление 150, частота 0-10 кГц, пиковый входной диапазон от 0 до 2000 мВ) с помощью дифференциального усилителя с высоким уровнем фильтра (105 дБ в диапазоне 0-60 Гц, входное сопротивление 10 ГОм), оцифровывался (разрешение 12-б, частота A/D 2230 Гц) и проходил через цифровой фильтр (граница высоких частот на 30 Гц, граница низких частот на 400 Гц, фильтр шума на 50/60 Гц).
В ходе исследования нами использовался портативный электромиограф FREELY EMG, производства компании De Gotzen S.r.l. (Италия), адаптированный специально для стоматологической практики в целях оценки состояния жевательной и мимической мускулатуры. Связь со стационарным персональным компьютером или ноутбуком осуществляется через параллельный порт. Автоматическая обработка полученных данных осуществляется специальным комплексом программ, совместимых с операционной средой Windows, которые позволяют представлять результаты ЭМГ-измерений в виде доступных таблиц и диаграмм. Данные записывались для последующего количественного и качественного анализа. Сигналы усреднялись до 25 мсек, мышечная активность четырех исследуемых мышц оценивалась как среднеквадратическое значение амплитуды (в мкВ). (21).
ЭМГ-активность регистрировалась при максимальном произвольном сжатии мышц в течение 5 сек.: испытуемым было предложено максимально сильно сжать зубы и сохранять силу сжатия в течение всех тестов. Запись производилась в положении сидя при естественном положении головы пациента, без поддержки. Для каждого испытуемого анализировались центральные 3 сек. при максимальном сжатии зубов, для каждой мышцы вычислялась средняя амплитуда в интервале 3 сек.
Оцифровка лицевых опорных точек и лицевые измерения
Процедура сбора данных подробно описана в других работах (16-19). Описывая вкратце, перед оцифровкой, один оператор располагал опорные точки на лице после тщательного осмотра и пальпации и отмечал их на поверхности кожи. При оцифровке все пациенты сидели на деревянном стуле расслабленно, сохраняя естественное положение головы (ЕПГ). Для получения ЕПГ, зеркало размером 25х25 см располагалось на расстоянии 1,5 м перед испытуемым на уровне глаз, и им предлагалось смотреть на отражение своих зрачков. Голова фиксировалась в ЕПГ к спинке стула, испытуемым предлагалось закрыть глаза, сглотнуть, держать зубы в контакте (положение центральной окклюзии) и не двигаться в течение всей процедуры сбора данных (около 60 сек.)
Из общего количества около 50 опорных точек, расположенных в области головы, лица, глаз, носа, ушей, рта и губ (16), только 3 точки были использованы для данного исследования: gnation (gn), gonion справа и слева (go1, go2) (17,18).
Пространственные координаты (x, y, z) опорных точек были получены с помощью электромагнитного дигитайзера (3Draw, Polhemus Inc., Колчестер, США), подсоединенного к компьютеру. Система имела разрешение в диапазоне 0,013 см/см, точность 0,025 см и предоставляла реальные метрические данные, не зависимые от внешних контрольных систем. Дигитализация опорных точек производилась одним оператором.
Пространственная ориентация плоскости нижней челюсти между точками gnation и gonion слева и справа была передана в компьютер. (Рис.2). Для более легкого чтения и избежания отрицательных значений ориентация плоскости определялась как наклон во фронтальной плоскости, наклон в сагиттальной плоскости (угол b по отношению к истинной вертикали, с углами более 90° для плоскостей, идущих сверху-сзади в направлении книзу-кпереди) (17).
Анализ данных и статистические вычисления
В отношении ориентации плоскости нижней челюсти был проведен статистический анализ с использованием прямоугольных компонентов каждого угла. Средние значения составили 110,42°, относительное стандартное отклонение составило 6,55°.
Из общей грумы 73 мужчин были выделены две подгруппы мужчин с различной лицевой морфологией: все мужчины с тупым углом нижней челюсти (выше среднего плюс одно стандартное отклонение, т.е. угол b более 116°) вошли в первую группу (10 человек с «длинными» лицами), и все мужчины с наиболее горизонтальным наклоном плоскости нижней челюсти (менее, чем среднее значение минус величина стандартного отклонения, т.е. угол b менее 104°) образовали вторую группу (13 человек с «короткими» лицами).
В каждой группе был проведен отдельный статистический анализ (получены среднее, стандартное отклонение, коэффициент вариации, процентное соотношение стандартного отклонения к среднему) для следующих показателей (возраст, ориентация нижней челюсти, угол b, средние потенциалы, полученные на жевательных и передних височных мышцах). Статистика всех угловых значений проводилась с учетом отдельных компонентов по каждому углу (17).
Средние значения, вычисленные в двух группах, были сравнены с использованием t-теста Стьюдента для независимых выборок. Для всех анализов был установлен уровень значимости 5% (p≤0.05).
Ошибка метода
При оценке лицевой морфологии единственным источником ошибки была дигитализация координат опорных точек, все последующие вычисления производились с помощью компьютерных алгоритмов с несущественными уровнями ошибки аппроксимации. Метод признан надежным с ошибками Далберга до 1.12° (17).
Воспроизводимость результатов поверхностных ЭМГ-измерений тех же мышц была ранее протестирована в нашей лаборатории и признана хорошей (22).
Результаты
В таблице 1 приведены средние показатели в двух группах мужчин, сравниваемые в настоящем исследовании. Средний возраст существенно не различался в группах с «длинными» и «короткими» лицами.
Как и ожидалось, угол плоскости нижней челюсти был более тупым у мужчин с «длинным» лицом, чем у мужчин с «коротким» лицом. Разница примерно в 20° была существенно значимой в соответствии с критерием Стьюдента для независимых выборок (p<0.001). Все ЭМГ потенциалы, зарегистрированные при максимальном произвольном сжатии зубов, были существенно ниже в группе «длинных» лиц, чем в группе «коротких» лиц, для всех четырех исследуемых мышц (p<0.05). В целом, вариабельность мышечной активности (по данным оценки коэффициента вариации) была более ограничена у 10 человек с «длинными» лицами, чем у 13 мужчин с «короткими» лицами.
В качестве примера, на рис.2 представлен мужчина с «коротким» лицом (угол нижней челюсти b = 103°). ЭМГ потенциалы его жевательных и передних височных мышц при максимальном произвольном сжатии зубов представлены на рис.3. На рис.4 представлен мужчина с противоположной морфологией «длинного» лица (угол плоскости нижней челюсти b = 125°), который показал меньшие ЭМГ потенциалы в том же тесте на сжатие зубов (рис.5).
Таблица 1. Показатели наклона плоскости нижней челюсти (угол b) и ЭМГ потенциалы при максимальном произвольном сжатии зубов в двух группах мужчи.
Сравнение: t-тест Стьюдента для независимых выборок, 21 степень свободы.
КВ – коэффициент вариации, КВ = Стандартное откроление/среднее х 100.
TL – левая височная мышца, TR – правая височная мышца, ML – левая жевательная мышца, MR – правая жевательная мышца.
.jpg)
Рис 2 Рис 3
Рис.2. Оцифрованные опорные точки (gn, gnathion; go, gonion) и нижняя плоскость у пациента с «коротким» лицом. Показаны истинная вертикаль и проекция сагиттальной плоскости на плоскость нижней челюсти (угол b = 103).
Рис.3. ЭМГ потенциалы, полученные на левой и правой жевательных мышцах (ML и MR), левой и правой височных мышцах (TL и TR) мужчины, представленного на рис. 2, при максимальном сжатии зубов. Средние амплитуды: TR = 182 мкВ; TL = 224 мкВ; MR = 151 мкВ; ML 177 мкВ.
Рис 4 Рис 5
Рис.4. Оцифрованные опорные точки (gn, gnathion; go, gonion) и нижняя плоскость у пациента с «длинным» лицом. Показаны истинная вертикаль и проекция сагиттальной плоскости на плоскость нижней челюсти (угол b = 123).
Рис.5. ЭМГ потенциалы, полученные на левой и правой жевательных мышцах (ML и MR), левой и правой височных мышцах (TL и TR) мужчины, представленного на рис. 4, при максимальном сжатии зубов. Средние амплитуды: TR = 66 мкВ; TL = 105 мкВ; MR = 54 мкВ; ML = 95 мкВ.
Дискуссия
В настоящем исследовании сравнивались ЭМГ- потенциалы жевательных мышц, зарегистрированные при максимальном произвольном сжатии зубов в двух группах мужчин с противоположной вертикальной лицевой морфологией. Существенные различия были обнаружены и для жевательных, и для передних височных мышц. При этом у людей с тупым углом плоскости нижней челюсти были выявлены меньшие значения ЭМГ-амплитуд, чем у людей с более горизонтальной плоскостью нижней челюсти (таблица 1).
Этот результат соответствует нескольким предшествующим исследованиям: как предсказывалось теоретически на биомеханических моделях, люди с морфологией «короткого» лица имели более выраженную ЭМГ-активность жевательных мышц, чем люди с «длинными» лицами (2-9, 11-14), в то время как другие исследования сообщали о несущественной связи между лицевой морфологией и мышечной активностью (10,12).
В самом деле, одним из возможных объяснений этого несоответствия результатов может являться различное определение лицевой морфологии: гониальный угол, высота задней части черепа к передней высоте лица, наклон плоскости нижней челюсти рассматривались в едином комплексе. Во всех случаях исследования производились только на плоскости, часто на основе рентгенографических исследований, потенциально опасных, что приводило к ограничению группы испытуемых до отдельных пациентов. Напротив, Килиаридис и Калебо (11) и Килиаридис и др. (14) использовали неинвазивный метод исследований по фотографиям. В этом отношении настоящее исследование уникально, т.к. здесь использовалось неинвазивное пространственное исследование непосредственно лицевой области испытуемых без какого-либо вреда для их здоровья. (17)
Ориентация плоскости нижней челюсти по отношению к истинной вертикали оценивалась по трем точкам и в дальнейшем проецировалась на анатомические фронтальную и сагиттальную плоскости. Проекция на фронтальную плоскость не рассматривалась далее как практически горизонтальная у настоящих здоровых субъектов, результат соответствовал предыдущим исследованиям (17). В самом деле, при исследовании пациентов, эта плоскость может играть существенную роль при проведении трехмерного анализа, что повысит качество исследований в ортодонтии, челюстно-лицевой и пластической хирургии.
Дальнейшие исследования могут быть направлены на выявление взаимозависимости между мышечной амплитудой и другими пространственными лицевыми параметрами - размером нижней челюсти (высота рамуса, глубина нижней челюсти), ее параметрами (гониальный угол), а также всеми значениями, которые могут быть получены с помощью упомянутого неинвазивного дигитайзера при исследованиях на левой и правой сторонах лица (16).
Среднее значение угла b в исходной группе из 73 человек (110,4°) примерно на 10° меньше, чем было установлено в предыдущем исследовании, проведенном в нашей лаборатории среди молодых взрослых людей произвольной выборки (17). Даже если данные пространственные измерения мягких тканей не могут полностью соответствовать данным других исследователей, средние углы плоскости нижней челюсти соответствуют данным рентгенологических исследований Зепа и др. (23) и примерно на 8° меньше, чем представлено в исследованиях Солоу и Таллгрена (20).
Ограничением данного исследования является количество испытуемых. Для оценки различий стоматогнатического аппарата были отобраны только 32% от исходной группы из 73 мужчины со здоровым стоматогнатическим аппаратом. Угол плоскости нижней челюсти у этих 23 испытуемых соответствовал верхней и нижней границам в исходной группе. Этот способ отбора облегчает определение макро-различий, но исключает из рассмотрения промежуточные состояния (остальные 50 мужчин с наклоном плоскости в пределах стандартного отклонения от нормы). Тем не менее, число испытуемых незначительно отличается от других исследований (2-10, 12, 13, 15).
Второе ограничение относится к методу выборки: в исследовании участвовали только здоровые мужчины, таким образом, результаты исследования не могут автоматически распространяться на женщин или же на пациентов с патологией.
Подводя итоги, можно отметить, что данный неинвазивный пространственный метод подтвердил наличие существенной связи между лицевой морфологией и мышечной функцией, по крайней мере, у мужчин со здоровым стоматогнатическим аппаратом.
Литература
1. Enlow DH. Facial growth. Philadelphia, PA: W.B. Saunders;1990.
2. Ueda HM, Ishizuka Y, Miyamoto K, Morimoto N, Tanne K. Relationship between masticatory muscle activity and vertical craniofacial morphology. Angle Orthod 1998;68:233–8.
3. Ueda HM, Miyamoto K, Saifuddin MD, Ishizuka Y, Tanne K. Masticatory muscle activity in children and adults with different facial types. Am J Orthod Dentofac Orthop 2000;118:63–8.
4. Raadsheer MC, Van Eijden TMGJ, Van Ginkel FC, Prahl-Andersen B. Contribution of jaw muscle size and craniofacial morphology to human bite force magnitude. J Dent Res 1999;78:31–42.
5. Throckmorton GS, Finn RA, Bell WH. Biomechanics of differences in lower facial height. Am J Orthod 1980;77:410–20.
6. Ferrario VF, Sforza C, Sartori M, Ciusa V. The mechanical advantage of the masseter muscle in subjects with different vertical and sagittal facial morphology. Clin Orthod Res 1999;2:162–70.
7. Ringqvist M. Isometric bite force and its relation to dimensions of the facial skeleton. Acta Odontol Scand 1973;31:35–42.
8. Proffit WR, Fields HW. Occlusal forces in normal- and long-face children. J Dent Res 1983;62:571–4.
9. Gionhaku N, Lowe AA. Relationship between jaw muscle volume and craniofacial form. J Dent Res 1989;68:805–9.
10. Hannam AG, Wood WW. Relationship between the size and spatial morphology of human masseter and medial pterygoid muscles, the craniofacial skeleton, and jaw biomechanics. Am J Phys Anthropol 1989;80:429–45.
11. Kiliaridis S, Kalebo P. Masseter muscle thickness measured by ultrasonography and its relation to facial morphology. J Dent Res 1991;70:1262–5.
12. van Spronsen PH, Weijs WA, Valk J, Prahl-Andersen B, van Ginkel FC . Relationship between jaw muscle cross-sections and craniofacial morphology in normal adults, studied with magnetic resonance imaging. Eur J Orthod 1991;13:351–61.
13. Bakke M, Tuxen A, Vilmann P, Jensen BR, Vilmann A, Toft M. Ultrasound image of human masseter muscle related to bite force, electromyography, facial morphology, and occlusal factors. Scand J Dent Res 1992;100:164–71.
14. Kiliaridis S, Kjellberg H, Wenneberg B, Engstrom C. The relationship between maximal bite force, bite force endurance, and facial morphology during growth. Acta Odont Scand 1993;51:323–31.
15. van Spronsen PH, Koolstra JH, van Ginkel FC, Weijs WA, Valk J, Prahl-Andersen B. Relationship between the orientation and moment arms of the human jaw muscles and normal craniofacial morphology. Eur J Orthod 1997;19:313–28.
16. Ferrario VF, Sforza C, Poggio CE, Cova M, Tartaglia G. Preliminary evaluation of an electromagnetic three-dimensional digitizer in facial anthropometry. Cleft Palate-Craniofac J 1998;35:9–15.
17. Ferrario VF, Sforza C, Serrao G, Ciusa V. A direct in vivo measurement of the three-dimensional orientation of the occlusal plane and of the sagittal discrepancy of the jaws. Clin Orthod Res 2000;3:15–22.
18. Ferrario VF, Sforza C, Schmitz JH, Ciusa V, Dellavia C. Digitized three-dimensional analysis of normal dento-labial relationships. Prog Orthod 2000;2:14–23.
19. Ferrario VF, Sforza C, Ciusa V, Dellavia C, Tartaglia GM. The effect of sex and age on facial asymmetry in healthy subjects: a cross-sectional study from adolescence to mid-adulthood. J Oral Maxillofac Surg 2001;59:382–8.
20. Solow B, Tallgren A. Head posture and craniofacial morphology. Am J Phys Anthropol 1976;44:417–36.
21. Ferrario VF, Sforza C. Coordinated electromyographic activity of the human masseter and temporalis anterior muscles during mastication. Eur J Oral Sci 1996;104:511–7.
22. Ferrario VF, Sforza C, Colombo A, Ciusa V. An electromyographic investigation of masticatory muscles symmetry in normoocclusion subjects. J Oral Rehabil 2000;27:33–40.
23. Zepa I, Hurmerinta K, Kovero O, Nissinen M, Kononen M, Huggare J. Associations between thoracic kyphosis, head posture, and craniofacial morphology in young adults. Acta Odont Scand 2000;58:237–42.
Статья предоставлена компанией "Валлекс М"