Аппаратная реабилитация неврологических больных с позиций доказательной медицины
Распространенность заболеваний и травм нервной системы до настоящего времени не имеет тенденции к снижению и, несмотря на успехи в лечении острых состояний и последующей реабилитации, приводит к росту числа хронических больных со снижением двигательной активности и качества жизни и стойкой инвалидизацией в 60–80 % случаев. Повреждения нервной системы приводят к формированию вторичных компенсаций не только двигательной, но и всех прочих систем, обеспечивающих полноценность функциональной активности больных. Даже при стабилизации патологического процесса в нервной системе двигательные и тесно связанные с ними соматические расстройства носят медленно прогрессирующий характер и без своевременной коррекции приводят к стойким необратимым структурным изменениям в органах, тканях и системах организма. В настоящее время аппаратные технологии широко применяются на всех этапах нейрореабилитации. Аппаратно-программное компьютерное сопровождение современных медицинских реабилитационных технологий позволяет создавать базу данных, сохранять и фиксировать разнообразные физиологические параметры, контролировать педагогические и физиологические параметры тренировок и специализированных занятий в реальном времени и динамике, в том числе дистанционно, вносить коррективы в процесс тренировки и курса лечения. Это выводит процесс реабилитации на новый уровень, оказывает положительное влияние на всех этапах вос становления больного, позволяет успешно и эффективно управлять процессом восстановления пациентов с патологией нервной системы. Процессы репарации и нейропластичности всегда протекают на фоне нарушений периферической гемодинамики, трофики тканей, мышечной гипотрофии, независимо от выраженности спастики, нарушений опорно-двигательного аппарата. Именно поэтому мобилизация пациента, т. е. движение, является одним из фундаментальных компонентов реабилитации.
Разнообразные средства аппаратной двигательной реабилитации, так же, как и лечебные упражнения, оказывают влияние на функциональное состояние внутренних органов, опорно-двигательный аппарат, модулируют пластичность нервной системы, протекание трофических процессов в тканях и психоэмоциональный статус пациентов.
Все аппараты и тренажеры, применяемые в реабилитации, по способности развивать определенные двигательные качества можно подразделить на следующие виды:
1 – аппараты, увеличивающие амплитуду движения в крупных и средних суставах конечностей и позвоночника (гибкость);
2 – силовые тренажеры, способствующие росту мышечной массы и увеличению силы (сила);
3 – циклические тренажеры, позволяющие благодаря однотипным повторяющимся движениям в первую очередь оказать воздействие на сердечно-сосудистую и дыхательную систему, микроциркуляцию, трофику работающих мышц и внутренних органов (выносливость и скорость);
4 – тренажеры, улучшающие вертикальную устойчивость тела (координация и стабилоустойчивость);
5 – аппараты для тренировки мелкой моторики, повышающие точность и силу схвата (ловкость);
6 – аппараты и/или тренажеры полимодального воздействия, комбинированные, гибридные тренажеры, в которых сочетаются механические, антигравитационные, электрические раздражители и элементы виртуальной реальности;
7 – тренажерные системы нового поколения, интерфейс «мозг – компьютер» (Brain computer interface).
Некоторые модели аппаратов обеспечивают пассивное выполнение движения без волевого участия больного. Это так называемые аппараты повторяющегося пассивного движения (сontinuous passive motion, англ.), в обиходе часто называемые аппаратами пассивной разработки суставов. Другие тренажеры обеспечивают выполнение движений больными самостоятельно в объеме их функциональных возможностей, в третьих сочетаются оба режима, т. е. активно – пассивно, при которых аппарат помогает пациенту выполнить задание тренировки по скорости, силе, точности, заданному направлению и диапазону. К роботизированным тренажерам относятся все компьютеризированные аппараты и устройства для реабилитации, которые оказывают помощь в выполнении движения, в норме выполняемым индивидом самостоятельно.
Простейшие роботизированные механотерапевтические аппараты широко используются в условиях интенсивной терапии в острой стадии острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК), черепно-мозговой травмы (ЧМТ), спинномозговой травмы (СМТ). Основная цель применения аппаратов на этом этапе реабилитации – профилактика микроциркуляторных нарушений, тромбоза глубоких вен, вторичных изменений нервно-мышечного, связочно-суставного аппарата в условиях гипокинезии в горизонтальном положении тела. Движения носят циклический характер, чаще в форме вело или степ-тренировок, имеют малую интенсивность нагрузки, что гарантирует аэробный режим ее выполнения.
В настоящее время роботизированные механотерапевтические аппараты Орторент и др., специально адаптированные для пациентов с различной степенью спастичности и способностью к произвольной моторике, применяются сразу по стабилизации состояния пациентов и далее на различных этапах реабилитации. Пассивная мобилизация мышц конечностей и суставов позволяет на ранних этапах улучшить трофику тканей, обеспечить профилактику развития пролежней, сохранить эластичность и растяжимость мышц в зоне повреждения, подвижность суставов нижних конечностей, особенно голеностопных суставов. Применение простейших элементарных механотерапевтических аппаратов у больных в острой стадии заболевания или травмы нервной системы не стимулирует выработку двигательного навыка, однако профилактическое значение этих тренировок с минимальным риском перегрузки жизненно важных органов и травматизации мягких периартикулярных тканей нельзя недооценивать.
Рекомендуется проводить тренировки по 20 минут не менее 2 раз в день в течение всего времени пребывания в палате (блоке) интенсивной терапии при мониторинге гемодинамических показателей и сатурации кислорода. Эффективность применения пассивной аппаратной разработки плечевого сустава по 25 минут в день, 5 раз в неделю, у пациентов в ранние сроки после инсульта по эффективности снижения болевого синдрома, увеличения подвижности сустава и роста функциональной активности руки по шкале Фугла – Мейера не уступает общепринятым традиционным занятиям лечебной гимнастикой. Продолжение тренировок до 22 недель способствует укреплению периартикулярной мускулатуры плечевого сустава. Несмотря на то что в литературе сложилось устойчивое представление о небольшой эффективности аппаратных методов реабилитации в восстановлении функционального дефицита верхней конечности в сравнении с другими неаппаратными методами, ортопедические расстройства, безусловно, поддаются коррекции. У больных с травмой спинного мозга применение моторизованных пассивных велотренировок нижними конечностями вызывает нормализацию электрофизиологической активности мотонейронов, по данным ряда авторов, снижает уровень спастичности. В эксперименте на здоровых испытуемых показано, что комбинированное воздействие степ-тренировки, функциональной электромиостимуляции мышц бедра и голени и вертикализации до 70° на поворотном столе при водит к увеличению ЧСС и АД, повышению кровенаполнения в абдоминальной части нижней полой вены, а у пациентов в остром периоде тяжелого полушарного ишемического инсульта 5–12 процедур вертикализации на поворотном столе обеспечивают улучшение функции внешнего дыхания и вентиляции в базальных отделах легких, снижают частоту развития гипостатической пневмонии и тромбоза глубоких вен нижних конечностей, позволяют в короткие сроки адаптировать пациента к вставанию с минимальной угрозой развития ортостатического коллапса. Было показано, что постепенная вертикализация пациента в пределах 20°до 60° угла наклона стола, частоте степпинга 24–32 шага в минуту в течение 12–30 минут не приводит к развитию ортостатической гипотензии Доказана эффективность и безопасность одновременного проведения вертикализации и электростимуляции мышц голени у больных в остром периоде нарушения мозгового кровообращения, начиная с 9-го (±4) дня от начала инсульта, по 30 минут 5 раз в неделю в течение 2 недель. Сочетание разных по механизму действия физиологических факторов сопровождалось регрессом очаговой симптоматики по NIHSS с 11,5 ± 1,3 до 6,3 ± 0,7 балла, улучшением функционального исхода по индексу Бартел с 36,6 ± 3,8 до 61,9 ± 5,3 балла, уменьшением степени пареза по шкале Л. Мак-Пика и М. Вейсcа, нарастанием двигательной функции по шкале Фугла – Мейера, а также увеличением электрической активности мышц ног и улучшением подвижности коленного и голеностопного суставов. Сочетанные с вертикализацией степ-тренировки Erigo у пациентов с инсультом вызывали двусторонние реакции: стимулировали появление произвольной активности в нижней конечности на стороне пареза и снижали повышенную контрактильность мышц контрлатеральной стороны. У больных в промежуточном периоде спинальной травмы даже при высоком уровне поражения стартовая вертикализация на Erigo в сочетании с электростимуляцией до угла подъема 60° не вызывала клинически значимых колебаний церебральной гемодинамики, а курс вертикализации способствовал снижению спастичности, увеличению подвижности дистальных суставов нижних конечностей, адаптации реакций гемодинамики к вертикализации.
Тренировки в ходьбе по дорожке и с роботами, по-видимому, наиболее часто применяемая и, как ни парадоксально, наименее изученная сфера реабилитации пациентов с острыми и хроническими неврологическими заболеваниями. Проведенный метаанализ 23 исследований с участием 999 пациентов с инсультом показал небольшую терапевтическую ценность сочетания роботизированных ассистивных технологий восстановления ходьбы (РАТХ) с традиционным восстановлением, особенно у пациентов в острой стадии, по сравнению с обще принятой традиционной тренировкой. Однако у пациентов с травматическим повреждением головного мозга и пациентов с рассеянным склерозом применение РАТХ оказывает заметное положительное влияние на улучшение функции ходьбы и качество походки.
В то же время опубликованы результаты нескольких исследований, в которых содержится информация об эффективности РАТХ-тренировки. Эти тренировки широко применяются в программах реабилитации пациентов с различными неврологическими нарушениями, такими как болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, травматическая болезнь спинного мозга, инсульт, с целью восстановления походки.
В проведенном в 2014 году ретроспективном исследовании при сравнении РАТХ в тренажере «Локомат» с общепринятыми методами двигательного восстановления 107 случаев нового церебрального инсульта в подострой и хронической стадии (до 1 года) было показано преимущество сочетанного аппаратного и общепринятого воздействия на восстановление походки, баланса, функционального статуса, когнитивную функцию и качество жизни пациента с инсультом. Роботизированные локомат-тренировки проводились 2 раза в неделю в сочетании с общепринятой терапией 3 раза в неделю, всего 30 сеансов. По общепринятой программе реабилитации пациенты получали не менее 30 сеансов 5 раз в неделю.
Применяли модифицированную шкалу спастичности Ashworth (MASS), шкалу восстановления Brunnstrom (BRS), меру функциональной независимости (FIM), шкалу баланса Берга (BBS), краткую шкалу оценки психического статуса исследование (MMSE) и оценку качества жизни (краткая версия SF-36). В результате лечения достигнуты значительные улучшения всех параметров (за исключением показателей спастичности в нижней конечности) у пациентов в обеих группах. Однако степень выраженность положительных результатов была выше в группе комплексной реабилитации (p < 0,05). Также сравнение по категории нижних конечностей по шкале BRS было значительно лучше в группе с роботизированными тренировками, чем без них. В контролируемом рандомизированном исследовании 2016 года изучали влияние тренировки в «Локомате» (РАТХ) и тренировки ходьбы на беговой дорожке с инструктором на пространственно-временные параметры походки и баланс у 18 пациентов с хроническим инсультом.
Было проведено 20 тренировок (1 ч./дн., 5 дн./нед.) в течение 4 недель. Оценивали параметры шага: скорость походки, количество шагов в минуту (каденция), длину шага и время двойной опоры и шкалы баланса Берга (BBS). Исследование показало, что скорость ходьбы, каденция, длина шага, оценка по шкале Берга были значительно выше, а время двойной опоры было ниже в группе роботизированных тренировок, чем в группе восстановления ходьбы с инструктором.
В контрольном рандомизированном исследовании, опубликованном в 2017 году, было продемонстрировано значительное преимущество применения комплексной реабилитации с включением тренировки в роботизированных ортезах «Локомат» (30-минутная ходьба 3 раза в неделю, 12 недель) у 19 пациентов с болезнью Паркинсона на формирование вертикальной устойчивости и параметров и скорости ходьбы. В исследовании 2017 года показано, что проведение локомат-тренировок в условиях виртуальной реальности у пациентов с рассеянным склерозом также повышает эффективность восстановления параметров ходьбы, улучшения баланса тела в статике и динамике. По мнению исследователей, наблюдаемый клинический эффект РАТХ-тренировки в условиях виртуальной реальности обусловлен одновременным синхронизирующим вовлечением различных отделов мозга в обеспечение движения и последующего обучения. Несмотря на продолжающуюся дискуссию между сторонниками роботизированных тренировок ходьбы и традиционными тренировками с инструктором ЛФК, убедительные данные о неэффективности роботизированных тренировок в восстановлении качества ходьбы у больных с инсультом и травмой спинного мозга в настоящее время отсутствуют.
Проведенный метаанализ с участием 250 пациентов с травмой спинного мозга показал, что в случае начала локомоторных роботизированных тренировок в срок менее 6 месяцев от начала травмы достоверно увеличивается расстояние ходьбы, нарастает сила мышц ног, улучшается функциональный уровень (WISCI-II), повышается независимость (FIM-L) пациентов, в сравнении с тренировкой ходьбы по земле.
В обзоре Tefertiller C, Pharo B, и др. (2011) сделан вывод о том, что роботизированная ходьба по дорожке в большей степени, чем обычные тренировки, улучшает локомоторную активность пациентов в острой стадии травматической болезни спинного мозга с неполным перерывом. И применение роботизированных тренировок можно рассматривать как перспективный функциональной метод улучшения локомоторной способности, что в конечном счете позволит пациентам SCI поддерживать здоровый образ жизни и повышать уровень их физической активности. В настоящее время продолжаются работы по изучению механизмов, лежащих в основе функционального улучшения у пациентов с неврологической патологией под влиянием роботизированных методов воздействия. Основой биологического феномена «нейропластичность» является способность различных отделов ЦНС к реорганизации за счет структурных изменений вещества мозга, качественных и количественных нейрональных перестроек, за счет функциональных систем ЦНС, изменения нейрональных связей и глиальных элементов, а также развитие новых сенсомоторных путей и интеграций в ЦНС в процессе восстановления.
В основу многих существующих двигательных технологий положен базовый принцип, который заключается в том, что повторяющаяся, усложняющаяся и закрепленная двигательная тренировка с участием пораженного сегмента тела и конечности индуцирует изменения пластичности в нейронных сетях, поддерживающих моторный контроль и обучение.
Теоретическим обоснованием рассмотрения позитивного прогноза в применении роботизированных технологий для запуска и совершенствования процессов нейропластичности является:
– факт реорганизации моторной коры при выполнении произвольных движений и улучшения работы мышц;
– предположения, что повторение пассивно индуцированных движений может также привести к улучшению моторики.
Доказательная база инициации процессов нейропластичности роботиндуцированными движениями у здоровых людей и с неврологическими заболеваниями посто янно растет. В исследовании на здоровых испытуемых сравнивали состояние активации в контралатеральной первичной двигательной коре (cM1) методом функциональной МРТ (fMRI) и возбудимость двигательной коры,на основании данных транскраниальной магнитной стимуляции (ТМS), после 30-минутного выполнения произвольных (активных) или пассивных (роботом) сгибаний в лучезапястном суставе. После выполнения задания в активном режиме выполнение тестовых заданий было значительно лучше, чем после пассивного. Как активные, так и пассивные движения, контролируемые fMRI, активировались cM1; однако выполнение движения в активном режиме приводило к более заметному, чем в пассивном, увеличению активации fMRI cM1, кривых рекрутирования и внутрикортикального облегчения (ТМS). Это согласуется и подтверждает концепцию ключевой роли произвольной моторики в двигательном обучении и нейрореабилитации. Аппаратное пассивное движение ингибирует процессы торможения коры, способствует локальному растормаживанию корковых областей.
Проведено исследование по изучению кортикальной активности во время выполнения произвольного движения, пассивного роботассистивного движения, выполняемых в рамках односторонних и бимануальных протоколов у 8 здоровых субъектов. Контроль осуществляли методом 21-канальной электроэнцефалографии (ЭЭГ) с последующим определением событий-зависимой синхронизации/десинхронизации (ERS/ERD) и локализацией моторно-зависимых падений ά-и β-активности. Пассивные задания выполняли с помощью роботов Bi-Manu Track. Протокол исследования заключался в выполнении однодневных экспериментальных сеансов: по 11 подходов одной рукой, двумя руками, в активном, с помощью робота (пассивных) и активнопассивных движений. Было обнаружено, что активное одностороннее движение руки значительно активировало контралатеральную сторону; билатеральная активизация отмечалась у всех субъектов при унилатеральном и билатеральном выполнении активного задания, так же, как и десинхронизация ά-и β-ритма во время пассивных роботизированных заданий. Во время активно-пассивных движений, когда правая рука управляла левой, преобладала активация контралатеральной стороны. И, наоборот, когда левая рука передвигала правую, активация была билатеральной, особенно в ά-диапазоне. Во время выполнения односторонней двигательной задачи наблюдалась значительная контралатеральная десинхронизация ЭЭГ, а во время бимануальной – двусторонняя ERD. Авторы показали, что как при выполнении односторонних, так и двусторонних двигательных задач в активном режиме у всех испытуемых отмечалась двусторонняя корковая активация, а при пассивных роботизированных движениях – десинхронизации ά-и β-ритмов ЭЭГ.
Для определения закономерностей асимметрии активации в первичной моторной коре и подкорковых областях при движении суставов нижних конечностей 18 здоровых добровольцев с доминирующей правой нижней конечностью выполняли односторонние повторяющиеся движения в коленном, голеностопном и межфаланговых суставах пальцев правой и левой ноги под контролем функциональной магнитно-резонансной томографии (ФМРТ). Испытуемые получали задание выполнять движения в суставах в соответствии с хорошо известными паттернами. Интенсивность движений контролировались в аудиорежиме ЧСС = 72 удара/мин. (1,2 Гц). Активация головного мозга при движении суставов недоминирующей конечности была более двусторонней, чем при таком же движении, выполняемом доминирующей стороной. Движение пальцев имело более сильную латеральную структуру активации по сравнению с проксимальными суставами нижних конечностей, что подразумевало различную функциональную специализацию. Движения голеностопного сустава и пальцев вызвали одинаковые изменения частоты МР-сигнала в большинстве областей мозга, тогда как движение коленного сустава было связано с другим паттерном. Индекс латерализации в первичной сенсомоторной коре и базальных ганглиев в значительной степени зависел от факта доминирования, а индекс латерализации в мозжечке существенно зависел от движения в суставах, увеличиваясь от проксимальных к дистальным отделам конечности.
Тем не менее принято считать, что нейропластичность поддерживается в основном выполнением сложных двигательных задач с постепенным ростом степени сложности, а не просто повторяющимися движениями. В исследованиях 2003, 2004 годов с участием здоровых испытуемых было показано, что активное произвольное движение в лучезапястном суставе приводит к более заметному росту активности в контралатеральной первичной двигательной коре, возбуждения в рекрутированных мотонейронах и интракортикальное облегчение по сравнению с пассивным (роботизированным) двигательным навыком.
Аналогичные исследования с участием нижних конечностей также показало, что наибольший рост возбудимости мотонейронов был получен не только при выполнении активного произвольного, но и пассивного выполнения сгибания/разгибания голеностопного сустава под визуально-моторным контролем. В экспериментах на ишемизированных животных продолжается поиск средств, воздействующих одновременно на периферический и центральный анализатор. Применение длительной тренировки ишемизированных мышей в роботизированном устройстве, которое имитирует человеческое робототехническое устройство для реабилитации верхних конечностей, полностью восстанавливало нарушенные параметры активности коры до исходных значений. В настоящее время предпринимаются попытки объединить роботизированное обучение с лечением «пластичностью» для достижения функциональных преимуществ, которые распространяются на различные моторные задачи.
Так, во время ходьбы по беговой дорожке с частичной разгрузкой массы тела пациенты с клинически полными клинически неполным повреждением спинного мозга могут демонстрировать устойчивый нейромышечный рекрутинг. У пациентов с травмой спинного мозга после роботизированной тренировки ходьбы также определялись изменения в схемах спинальных рефлексов, которые имели сходство с таковыми у здоровых испытуемых, и повторное появление физиологической фазовой модуляции H-рефлекса в камбаловидной мышце во время ходьбы. Хотя роботизированные устройства не предусматривают освоение естественной ходьбы по земле, повороты или преодоление препятствий, пациенты с тяжелыми функциональными нарушениями, безусловно, выигрывают от повторяющегося стабильного контролируемого шага. В то же время перед пациентами с более легкими нарушениями необходимо ставить сложные локомоторные задачи. Еще одним важным аспектом роботизированных степпинговых устройств является то, что они не оказывают активной помощи движению в голеностопном суставе.
Для формирования паттерна ходьбы основное внимание в аппаратах уделяется помощи в движении тазобедренного и коленного суставов. Именно эта особенность роботизированного паттерна ходьбы может играть ключевую роль для пациентов с сохранившейся локомоторной способностью.
Активный и пассивный роботизированный степпинг, имитирующий паттерн физиологической ходьбы (MARCOS), по данным ФМРТ, вызывал у 24 здоровых испытуемых активацию сенсомоторной зоны и расширение кортикальных и подкорковых областей с более высокой относительной активацией этих областей во время активного движения. Активация передней поясной коры и медиальной лобной зоны свидетельствует об ингибировании моторного отклика при пассивном движении у здоровых участников. Активация активными произвольными движениями была в 5 раз выше, чем пассивными.
Исследования продольной визуализации зафиксировали увеличение нейронной активности в среднем мозге и мозжечке после длительной аэробной тренировки ходьбы у пациентов с хроническим инсультом и травматической болезнью спинного мозга. Как было показано во время ФМРТ, корковые и подкорковые области участвуют в восстановлении ходьбы в процессе тренировок при хроническом инсульте. Тренировки роботизированной ходьбы с разгрузкой массы тела по дорожке длительного вмешательства привели у пациентов после неполной ТБСМ к большей сенсомоторной и мозжечковой активации, а у пациентов после инсульта – к большему кортикомоторному ответу ТМС с зоны коркового представительства нижней конечности. Наконец, роботизированная тренировка ходьбы на беговой дорожке (с сопутствующей когнитивной и визуальной БОС-тренировкой) увеличила сенсомоторную нейронную активацию и функциональную связность при исследовании черепно-мозговой травмы взрослого человека.
Заключение
Нейрогенные расстройства и заболевания нервной системы могут значительно препятствовать передвижению и снижают независимость жизни. Но, несмотря на многочисленные клинические наблюдения и проведенные научные исследования, о нервных механизмах, лежащих в основе восстановления функциональной активности, известно недостаточно, и практически ничего не известно о влиянии роботизированной терапии верхней и нижней конечности на процессы нейропластичности. К сожалению, перенести оптимистичные данные, полученные в экспериментах на животных по восстановлению нарушенных функций при нейрогенных повреждениях с помощью роботизированных технологий, в клиническую практику и получить такой же обнадеживающий эффект не всегда удается. Для получения более точного физиологически и функционально оправданного алгоритма применения аппаратных, роботизированных технологий необходимо проведение дальнейших исследований и клинической практики.
© М. Р. МАКАРОВА, Е. А. ТУРОВА
ГАУЗ «Московский научно-практический центр медицинской реабилитации,
восстановительной и спортивной медицины Департамента здравоохранения Москвы», Москва
ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» МЗ РФ, Москва