Взаимосвязь изменения активности жевательных мышц и моторных зон коры головного мозга при лечении пациентов с дистальной окклюзией

Любая система образована совокупностью элементарных структур, устанавливающих связи между собой. Эти взаимосвязанные структуры имеют определенную внутреннюю организацию. Изменение одного элемента, если оно не компенсируется, вызывает функциональное изменение всей системы [7]. Это утверждение правомочно и для зубочелюстной системы [9]. В рамках реализации системного подхода существует необходимость определения прогностически значимых предикторов адекватного ортодонтического лечения и адаптации зубочелюстного комплекса к изменившимся условиям функционирования. Использование одного критерия — функциональной активности жевательной мускулатуры — явно недостаточно для получения целостной картины динамических изменений, возникающих в ответ на коррекцию положения зубного ряда и нижней челюсти. При изменении позиции нижней челюсти меняется поток афферентных проприоцептивных импульсов от периодонта и структур височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС), что должно отразиться на активности моторной коры головного мозга и изменении паттерна активации жевательных мышц, так как рисунок движения определяется его сенсорным эскизом. Согласно теории построения движений Н.А. Бернштейна [2] моторный навык формируется с участием иерархически организованных моторных центров нервной системы, где каждый уровень отвечает конкретным целям и выполняет определенную функцию. Чем более сложное и непривычное движение совершает человек, тем большее количество центров включается в работу, обеспечивая адекватную ситуации моторику. С другой стороны, все биологические системы, в том числе зубочелюстная, функционируют согласно принципу минимальных энерготрат [1], поэтому энергетически более выгодным двигательным паттерном будет тот, который осуществляется с участием меньшего пула нейронов.

Исходя из этих постулатов, адаптивность двигательного навыка может быть оценена по объему активированных моторных зон головного мозга при выполнении определенных стереотипных действий [13]. С одной стороны, движение должно быть органично вписано в контекст решаемой индивидуумом задачи, для этого требуются ресурсы моторных центров нервной системы. С другой стороны, оно должно выполняться с минимальными для организма энерготратами [1]. Такова диалектика адаптации к новым условиям функционирования. Если в процессе становления нового двигательного паттерна возникают противоречия, то могут появиться боли, ограничение мобильности в двигательных сегментах, что может происходить при ортодонтическом лечении [3, 5, 14]. Это говорит о низкой адаптивности двигательного штампа, который реализуется в условиях ятрогенного (артифициального) изменения соотношений исполнительных органов движения — мышц, суставов, связочного аппарата [6, 15].

В литературе представлены отдельные клинические случаи ортодонтического лечения пациентов c динамикой изменений показателей фМРТ [4, 8, 10—12]. Представленные данные подчеркивают необходимость мониторинга функционального состояния зубочелюстной системы и центральной нервной системы при проведении ортодонтического лечения, что необходимо для выявления закономерностей процессов адаптации структур ЦНС к изменениям окклюзионных взаимоотношений.

В исследование включены 20 пациентов (12 женщин, 8 мужчин), средний возраст 22,5±1,5 года с дистальной окклюзией, которые имели показания к коррекции прикуса.

Всем пациентам проводилась поверхностная электромиография (ЭМГ) мышц дна полости рта, mm. temporalis, mm. masseter, оценивающая симметричность работы мышц. Биопотенциал мышц измерялся в состоянии покоя и максимального сжатия челюстей. Для стандартизации функциональных моторных проб, выполняемых при проведении ЭМГ и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), мы сознательно отказались от воспроизведения пациентом жевательных движений. Так как при картировании моторной коры головного мозга жевание может вызвать появление большого количества артефактов.

Исследование проводилось в пять этапов: 1) до ортодонтической коррекции; 2) перед установкой аппарата Twin force; 3) после переднего смещения нижней челюсти и повышения прикуса на аппарате Twin force; 4) после снятия брекет-систем; 5) спустя 1,5 мес после окончания лечения.

Коррекция дистальной окклюзии проводилась с использованием керамических брекетов Damon фирмы «Ormco». Керамика как материал был выбран ввиду того, что при проведении МРТ-исследования в случае использования ферромагнетиков возможно появление артефактов при регистрации активности головного мозга. Кроме того, существует риск травматизации вследствие повышения температуры и дислокации металлоконструкций в магнитном поле. Выдвижение нижней челюсти вперед с повышением прикуса производилось на аппарате Twin force фирмы «Ortho Orgonizers». Аппарат применялся в среднем в течение 3 мес, общий средний срок лечения пациентов составил 1,5 года.

Электромиография осуществлялась на четырехканальном миографе Синапсис для стоматологических исследований фирмы «Нейротех» (Россия). После измерения биопотенциала отдельных мышц рассчитывался суммарный потенциал правой и левой стороны.

Для регистрации изменения активности коры головного мозга проводилась фМРТ. Исследование проводилось на томографе Siemens Magnetom Avanto (Германия) с индукцией магнитного поля 1,5 Т, стандартная катушка MATRIX, регистрировались функциональные изображения, структурные изображения, карты неоднородности магнитного поля. Оценивались следующие показатели фМРТ — индекс латерализации, объем зоны активации коры головного мозга в вокселах. Суть метода состоит в оценке увеличения локального кровотока при выполнении двигательной или когнитивной задачи. Этот показатель безусловно косвенный, но очень высокоспецифичный. Изменения кровотока отображаются на картах головного мозга, где активированные зоны обозначены цветом (рис. 1).

Индекс латерализации позволяет оценить симметрию работы моторной коры. Значения индекса более 0,1 мы приняли в качестве порогового значения для определения функциональной асимметрии моторной коры. При значении индекса менее 0,1 активность моторных зон двух полушарий мозга определялась нами как симметричная. Объем активации измерялся в вокселах. Размер воксела функциональных изображений составил 3,6×3,6×4 мм. Индекс латерализации рассчитывается по формуле: (объем вокселов левого полушария — объем вокселов правого полушария)/сумма вокселов правого и левого полушария. Регистрировались чередующиеся блоки, имитирующие жевание и состояние покоя. Оценивалось изменение кровотока в моторных зонах коры головного мозга при выполнении проб, что является признаком активации определенного пула нейронов, обеспечивающих акт жевания.

У 80% пациентов до начала ортодонтического лечения по результатам фМРТ регистрировалась несимметричная активация коры головного мозга. В 60% случаев был зафиксирован преобладающий односторонний биопотенциал жевательных мышц.

Первоначальная гипотеза заключалась в том, что активность включенных в акт жевания мышц находится в прямой зависимости от активности моторной коры. Предполагалось, что при снижении окклюзионных контактов и уменьшении биопотенциала жевательных мышц вследствие адаптации к прикусу должен снижаться объем активированных моторных зон головного мозга. И наоборот, увеличение активности моторной коры неминуемо ведет к возрастанию биопотенциала жевательных мышц, участвующих в акте жевания. Однако результаты исследования такой зависимости не выявили.

Так, в таблице,

Средний суммарный биопотенциал жевательных мышц до лечения составил 834,5±95,8 и 820,5±45,9 мкВ слева и справа соответственно.

На втором этапе перед постановкой аппарата Twin force активность жевательных мышц снизилась до 620,5± 54,7 мкВ слева и 593,3±57,4 мкВ справа. В таблице наглядно представлено достоверное снижение суммарного биопотенциала жевательных мышц с двух сторон от первого этапа лечения ко второму.

После окончания использования аппарата Twin force, на третьем этапе, продолжилось снижение биопотенциалов жевательных мышц с левой стороны до 450,5±53,4 мкВ, с правой стороны до 447,3±45,6 мкВ. Достоверными также являются изменения биопотенциалов между первым и третьим этапом лечения (см. таблицу). Данная динамика, вероятно, обусловлена снижением количества окклюзионных контактов в процессе лечения, так как применение аппарата Twin force приводит к разобщению прикуса.

После снятия аппарата Twin force на четвертом этапе лечения за счет межчелюстных эластиков было существенно увеличено количество окклюзионных контактов, что привело к повышению суммарного биопотенциала с двух сторон. Так, средний биопотенциал с левой стороны составил 870,5±68,6 мкВ, а с правой стороны 837,3±48,5 мкВ.

Достоверными являются изменения коэффициента латерализации по данным фМРТ диагностики между вторым и третьим этапами лечения (см. таблицу). Это может быть связано со значительным снижением активности жевательных мышц за счет повышения высоты прикуса и разобщения зубных рядов. Данные изменения приводят к перестройке привычного жевательного паттерна не только на периферии, но и в моторных зонах ЦНС. Выраженность изменений тем значительнее, чем более новые и сложные движение должна совершать нижняя челюсть в процессе жевания.

Корреляционный анализ выявил отрицательную корреляционную связь от r= –1 до –0,97 между ЭМГ активностью жевательных мышц с правой и левой сторон на втором этапе лечения и объемом зон активации нейронов моторной коры на четвертом этапе лечения. Подобная зависимость прослеживается между двусторонней активацией моторных зон коры и билатеральной активностью жевательных мышц на четвертом этапе, а так же между количеством зон активации нейронов на четвертом этапе с двух сторон и билатеральными биопотенциалами жевательных мышц на пятом этапе. Во всех описанных корреляциях прослеживается обратная связь. Это говорит о том, что уменьшение активности ЭМГ показателей приводит к увеличению активности моторных нейронов и, наоборот, увеличение активности моторных нейронов приводит к уменьшению активности ЭМГ показателей.

Наличие корреляционных связей лишь подчеркивает связь между активностью моторной коры и функциональной активностью жевательных мышц. Отсутствие достоверных различий между разными этапами лечения, вероятно, связано с индивидуальными типологическими нормами обследованных пациентов и специфическим ходом адаптации при изменении окклюзионных контактов. Корреляционные связи, возникающие между показателями ЭМГ жевательных мышц и активностью моторной коры, отражают динамические процессы нейропластичности, протекающие под влиянием изменения количества и качества окклюзионных контактов. Корреляционные связи между показателями ЭМГ и фМРТ на разных этапах лечения свидетельствуют о формировании новых паттернов движения нижней челюсти под влиянием манипуляций, производимых в процессе лечения. Процесс построения нового паттерна движения требует определенного времени, в отличие от рефлекторной молниеносной реакции жевательных мышц, относящихся к периферической части системы адаптации.

Полученные в ходе исследования данные требуют уточнения по мере увеличения числа обследованных пациентов и возможного деления на группы по принципу адаптационной реакции жевательных мышц на те или иные изменения окклюзионных контактов на разных стадиях лечения.

Пациентка У., 26 лет. Диагноз: дистальная окклюзия, угол SNA =82°, угол SNB =76°, сужение зубоальвеолярных дуг, скученное положение резцов (рис. 2).

Для предотвращения скусывания брекетов произведено разобщение зубных рядов окклюзионными композитными накладками в области 44 и 34 зубов (рис. 5).

Ситуация после трех месяцев применения аппарата Twin force (рис. 8).

Ортодонтическое лечение завершилось созданием плотного фиссуробугоркового контакта. Достигнуто соотношение моляров и клыков по 1-му классу Энгля (рис. 11).

Спустя 1,5 мес после завершения активной стадии ортодонтического лечения произошло адаптивное смещение зубов под воздействием силы жевательных мышц с увеличением окклюзионных контактов, при этом сохранилась стабильность фронтальных зубов (рис. 14).

Выявленные изменения функциональной активности жевательных мышц и активности коры головного мозга в процессе ортодонтического лечения позволяют разделить пациентов на две группы: адаптированных к дистальной окклюзии и дезадаптированных к прикусу, согласно паттерну активации мышц и нейронов головного мозга. Данные фМРТ могут рассматриваться как объективный критерий адекватного функционирования зубочелюстной системы и должны учитываться при проведении коррекции прикуса. Можно предположить, что появление дополнительной активации коры головного мозга на фоне ортодонтического лечения является неблагоприятным фактором, отражающим формирование неадекватного моторного паттерна жевательных мышц

В случае адекватно проводимого ортодонтического лечения отмечается последовательно возрастающая гармонизация работы жевательных мышц, выражающаяся в снижении асимметрии мышечной активности по данным ЭМГ-исследования в динамике. Результаты фМРТ показывают снижение объема зон активации головного мозга, а также снижение значения коэффициента латерализации. При неадекватном перераспределении усилий жевательных мышц, верифицированном ЭМГ-исследованием, на каком-либо из промежуточных этапов ортодонтического лечения, возможно, следует пересмотреть тактику ортодонтической коррекции.

1. Эффективность ортодонтического лечения невозможно оценить только по результатам поверхностной ЭМГ. Симметричность включения жевательных мышц и корреляционная связь с показателями фМРТ зависят от индивидуальных типологических норм каждого пациента.

2. Корреляционные связи свидетельствуют об обратной зависимости между ЭМГ показателями и активностью моторной коры по данным фМРТ.

3. При изменении окклюзионных взаимоотношений может происходить значительное усиление активации корковых структур головного мозга, что может отражать дезадаптацию зубочелюстной системы. Уменьшение значений таких показателей фМРТ, как коэффициент латерализации и объем активированных областей коры в динамике, может являться критерием адекватности проводимого ортодонтического лечения.

4. Электромиография оценивает «периферическое» проявление адаптации зубочелюстной системы, которое не является исключительным маркером оптимальности проводимого лечения. Центральные механизмы адаптации реализуются посредством изменения нейрональной активности коры головного мозга.

По мере перестройки прикуса и нормализации жевательной функции активность моторных зон должна становиться все меньше, что будет говорить о переходе жевания на уровень стволовых рефлексов. Ортодонты часто сталкиваются с пациентами, которых не удовлетворяют результаты проведенного стоматологического лечения. Эти пациенты говорят, что не могут найти удобного положения челюсти при жевании. Парафункциональная активность жевательных мышц в некоторых случаях может быть связана с незавершенным переходом от осознанного жевания на уровне моторной коры на уровень автоматизированного, рефлекторного жевания на уровне ствола головного мозга.

Использование фМРТ позволяет на всех этапах оценить адекватность проводимого ортодонтического лечения и адаптацию нейромышечной системы зубочелюстного комплекса к изменяющимся условиям функционирования.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для корреспонденции: Марков Николай Михайлович — к.м.н., старший научный сотрудник отделения функциональной диагностики ФГБУ «ЦНИИС и ЧЛХ» Минздрава России; тел.: +7(917)542-2510; e-mail: markovnm@mail.ru