The Use of Different Types of Mechanical Support Stimulation in the Correction of Motor Disorders

Толық мәтін

Фундаментальные исследования, проведенные в интересах космической биологии и медицины, выявили, что фактор устранения опоры (в невесомости или ее наземных моделях) и, следовательно, снижение уровня опорной афферентации, является причиной рефлекторного снижения мышечного тонуса [1, 2], структурных изменений мышечной периферии [1, 2]. Кроме того, дефицит опорного афферентного притока непосредственно связан с нарушениями координации движений [1–4]. Аналогичные явления наблюдались у пациентов, иммобилизованных в течение длительного времени, а также у пожилых людей [5, 6]. На основании того, что имитация опоры за счет механической стимуляции в космических исследованиях частично устраняла негативное влияние гипогравитации на двигательную систему человека [7], данный подход был применен и в наземной медицине [8].

В настоящее время существует достаточное количество сведений о высокой эффективности применения опорной подошвенной стимуляции в реабилитационной и клинической практике [8–13]. Ряд исследований указывает на возможность улучшения двигательных способностей за счет дополнительных опорных сигналов, передаваемых через подошвенную поверхность стоп [11, 14].

Несмотря на значительный прогресс в изучении возможностей применения опорной стимуляции, трудно определить ее наиболее эффективные параметры: интенсивность, локализацию, частоту и тип стимуляции.

Целью данного обзора было собрать актуальные сведения о существующих подходах к механической опорной стимуляции. Данная работа может быть полезной для практикующих врачей, а также внесет свой вклад в совершенствование существующих и в разработку новых медицинских устройств для опорной стимуляции у неврологических пациентов.

Пневматическая имитация опорной нагрузки на большие области стоп

Опорная стимуляция оказывает благоприятное влияние на локомоторные и постуральные характеристики у пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата [15, 16]. Одной из таких технологий является имитатор опорной нагрузки “Корвит”, разработанный Институтом медико-биологических проблем РАН (г. Москва) совместно с компанией ООО “ВИТ” (г. Санкт-Петербург). Уникальность данной технологии заключается в том, что пневмокамеры, встроенные в ортезы в зонах плюсны и пятки, имитируют фазу опоры в цикле шага за счет механического давления на области, которые содержат большое число механорецепторов, в режиме естественной локомоции (75 шаг/мин, давление – 40 кПа). Оказываемое механическое давление активирует экстензорные моторные центры коры головного мозга [10]. Основу терапевтического действия устройства “Корвит” составляет создание или увеличение интенсивности опорной афферентации, в результате чего возможна регуляция соотношения процессов возбуждения и торможения в центральной нервной системе подобно процессу реализации естественной ходьбы. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению спастичности мышц, а также развитию функциональных связей в головном мозге, способствующих восстановлению координации движений.

Результаты применения этой технологии в реабилитационных и восстановительных целях демонстрируют ее высокую эффективность при детском церебральном параличе (ДЦП) [9, 17], на всех этапах реабилитации после инсульта (включая острый период) [15, 18, 19], при патологии позвоночника, очаговом поражении головного мозга (в том числе после черепно-мозговой травмы), длительной иммобилизации пациентов различного нозологического профиля, тяжелой полинейропатии (например, синдром Гийена–Барре) [20], переломах костей нижних конечностей, а также для предотвращения развития ортостатической непереносимости при вертикализации. Более того, конфигурация имитатора опорной нагрузки “Корвит” позволяет проводить реабилитацию независимо от степени подвижности пациента [11].

Одним из примеров эффективного применения устройства “Корвит” являются результаты 3-недельного исследования влияния механической стимуляции опорных зон стоп на восстановление функции опоры и ходьбы в остром периоде среднетяжелого и тяжелого инсульта (1–7 день) с участием 45 пациентов (основная группа – 24 пациента, контрольная группа – 21 пациент) [19]. В основной группе, помимо традиционной восстановительной терапии, с первых часов развития инсульта 2 раза в сутки 5 раз в неделю применяли механическую стимуляцию опорных зон стоп в режиме медленной ходьбы. Результаты исследования показали, что пациенты в основной группе раньше, чем пациенты в контрольной группе, могли самостоятельно сидеть с опущенными ногами (на 6-е сут; в контрольной – на 9-е сут), вставать на ноги (на 10-е сут; в контрольной – на 14-е сут) и ходить (на 12-е сут; в контрольной – на 16-е сут). В исследовании также было показано, что применение механической стимуляции стоп с первых суток после инсульта и в течение последующих 21 сут приводило к нормализации мышечного тонуса в паретичной ноге и предотвращало развитие выраженной спастичности в разгибателях стопы [16, 19]. Как правило, подобные изменения сопровождаются реорганизацией корковых структур с формированием паттерна активации супраспинальных систем контроля локомоций [10, 11, 16].

Информация об эффективности применения подошвенного имитатора “Корвит” содержится не только в литературе, но и в отзывах российских медицинских учреждений. Так, в 2010 г. в ФГБУ “НМХЦ им. Н.И. Пирогова” Минздрава России (г. Москва) было проведено исследование, направленное на оценку эффективности применения подошвенного имитатора “Корвит” в программе комплексной нейрореабилитации у пациентов с неврологическими заболеваниями. У пациентов с церебральным инсультом, которые дополнительно применяли опорную стимуляцию в раннем восстановительном периоде, к концу курса реабилитации отмечали снижение степени пареза на 2.1 ± 0.8 балла по шестибальной шкале (в контрольной группе снижение составляло 0.9 ± 0.3 балла). Кроме того, 9 из 17 пациентов основной группы (n = 22) со спинномозговой травмой в промежуточном периоде с синдромом неполного нарушения проводимости, которые были не в состоянии ходить до тренировки, обрели способность ходить без посторонней помощи, а у 6 таких пациентов наблюдалось улучшение способности передвигаться с посторонней помощью. При этом в контрольной группе (n = 16) динамика восстановления была значительно медленнее (А.Н. Кузнецов, В. Д. Даминов. Отзыв на применение подошвенного имитатора опорной нагрузки (модель “Корвит”). ФГУ “НМХЦ им. Н.И. Пирогова Росздрава”, https://korvit.org/en/wp-content/uploads/sites/2/2022/06/otzyv-nmhcz-im.pirogova.pdf).

Опыт стимуляции подошвенной части стопы у детей раннего возраста с двигательными расстройствами, описанный В.Д. Левченковой и др. в 2012 г. [9], также показал высокую эффективность применения аппарата “Корвит” в реабилитационной практике. В исследовании с участием 87 пациентов в возрасте от 1 до 16 лет с различными формами ДЦП проводили курс из 10 сеансов подошвенной стимуляции в режиме естественной ходьбы (длительностью 10–15 мин каждый). Давление в пневмокамерах подбиралось индивидуально (от 20 до 40 кПа). После курса у 5 из 37 детей в возрасте до 4-х лет появились навыки самостоятельной ходьбы, а у 8 из 15 детей в возрасте до 2-х лет появилась способность самостоятельно садиться из положения лежа, а также стоять и передвигаться с помощью ползунков [9]. Позже подобный опыт применения подошвенного стимулятора был описан А.Г. Притыко и др. [17], отметившими положительную динамику локомоторных функций у детей с двигательными нарушениями, а также достоверную положительную динамику речевого и психического развития.

Сегодня “Корвит” является надежным и эффективным устройством для реабилитации пациентов с различными неврологическими и двигательными нарушениями. Однако это не единственное устройство, которое обеспечивает механическую стимуляцию опорных зон в целях реабилитации. В открытых литературных источниках также описано микромобильное компрессионное устройство для стоп, устанавливаемое в обувные стельки (Footbeat, AVEX LLC, Grand Junction, США) [21]. Основные элементы данного устройства – перезаряжаемые моторизованные толкающие рычаги и прижимные подушки (площадью 18.6 см²). Они располагаются под аркой продольного свода стопы и оказывают на него давление в 3.76 Н/см² каждые 35 с. Стимуляция осуществляется как в положении сидя, так и в положении лежа. Показано, что данное устройство имело положительный терапевтический эффект на восприятие вибрации, контроль равновесия и походку у людей с диабетической периферической невропатией [21].

Точечное давление на небольшие области стоп

В литературе также встречаются виды стимуляции механорецепторов опорных зон стоп, основанные на следующих принципах: точечное давление [13, 22], использование текстурированных поверхностей или стелек [23, 24] и проведение подошвенного массажа [25, 26].

Показано, что точечное давление на опорные области подошвы стоп благоприятно влияло на постуральный контроль [13, 14, 22, 27–29]. Так, в 2001 г. C. Maurer et al. [22] в исследовании с участием здоровых испытуемых и пациентов с хроническим двусторонним нарушением вестибулярной функции показали, что надавливание на переднюю часть подошвенной поверхности стопы с помощью подвижной пластины со штифтами, выступающими на 1.2 мм (диаметр штифтов с закругленными вершинами 3 мм; расстояние между штифтами – 15 мм), выполняемое с частотой, соответствующей нормальному колебанию тела, вызывало стабильные постуральные реакции как в группе здоровых испытуемых, так и у пациентов.

В последние годы в качестве потенциальной стратегии реабилитации пациентов с болезнью Паркинсона с проявляющимся сенсорным дефицитом и клиническими симптомами, связанными с нарушениями походки, используют метод автоматизированной механической периферической стимуляции (АМПС) [29–34], в том числе с помощью устройства Gondola (GONDOLA MEDICAL TECHNOLOGIES SA, Швейцария). Данное устройство состоит из ортезов для ног со встроенными электродвигателями, которые металлическими штифтами диаметром 2 мм оказывают давление в двух целевых точках, расположенных по центру подушечки большого пальца и в проекции головки первой плюсневой кости. Согласно литературным источникам, данные области потенциально наиболее чувствительны к вибрации и прикосновениям у пациентов с болезнью Паркинсона [31]. Кроме того, F. Barbic et al. [35] обнаружили, что стимуляция этих областей подошвы стопы улучшает параметры походки и может влиять на вегетативный профиль сердца у пациентов с болезнью Паркинсона. В некоторых исследованиях [13, 32] соблюдали схожий протокол: испытуемые с болезнью Паркинсона подвергались 2-минутной АМПС один раз в 3–4 дня в течение 4-х нед. Стимуляцию проводили на основе низкого давления в диапазоне 0.3–0.9 Н/мм², значения которого для каждого пациента подбирались индивидуально [13]. A. Kleiner et al. в исследовании 2015 г. проводили 4 цикла одновременной стимуляции целевых зон длительностью 24 с каждая, во время которой пациенты с болезнью Паркинсона находились в положении лежа, а в исследовании 2018 г. – 8 циклов (2 в неделю в течение 4-х нед.) последовательной раздельной стимуляции 4 целевых зон длительностью 6 с каждая [30, 31]. Применение АМПС у пациентов с болезнью Паркинсона по протоколам, описанным в этих исследованиях, улучшало пространственно-временные параметры походки [30, 31].

В исследовании L. Brognara et al. [28] пациенты с болезнью Паркинсона в течение 5 мин использовали 3-D стельку, на которой в тех же местах, что и в устройстве Gondola, располагались два затупленных конуса размером 5 × 2 × 7 мм. В результате применения 3-D стельки у пациентов уменьшалась асимметрия, вариабельность длины шага и сил опорных реакций, однако никаких изменений в скорости, частоте, длительности шага, фазе переноса и периодах одиночной и двойной опоры не происходило [28]. Аналогичная выборочная механическая стимуляция подошв (в тех же точках) у 16 пациентов с идиопатической болезнью Паркинсона способствовала увеличению средней длины шага и скорости походки по сравнению с исходным уровнем значений. У 8 пациентов наблюдалось частичное восстановление равновесия. Кроме того, через 24 ч после точечной механической стимуляции стоп наблюдались изменения в вегетативном профиле сердечно-сосудистой системы: снижение симпатической модуляции сосудов в состоянии покоя и большее усиление сердечной и сосудистой симпатической модуляции при вертикальной стойке [35]. Авторы предположили, что влияние на вегетативный контроль сердечно-сосудистой системы может быть обусловлено активацией тактильных и/или ноцицептивных афферентных путей, проецирующихся на продолговатый мозг, а повторение механической стимуляции стоп каждые 48–72 ч в сочетании с определенной фармакологической стратегией может стабилизировать походку и улучшить вегетативную сердечно-сосудистую систему у пациентов с болезнью Паркинсона [35]. Сеанс АМПС подошвенных зон стоп у 28 пациентов с болезнью Паркинсона изменял ЭМГ-активность мышц голеностопного сустава во время ходьбы и улучшал функциональную работоспособность, не влияя на кинематику походки [34]. При этом N. Zelada-Astudillo et al. [33] показали, что добавление АМПС к физическим упражнениям улучшало функцию вегетативного контроля сердца и аэробные возможности у пациентов с болезнью Паркинсона, предположив, что АМПС обладает потенциалом для изменения сенсомоторной интеграции. При этом отсутствовало значимое влияние АМПС на постуральные характеристики [32].

Использование текстурированных поверхностей или стелек

По сравнению с точечной стимуляцией использование текстурированных стелек, напротив, оказывало не на локомоторные, а на постуральные характеристики у пациентов с болезнью Паркинсона. Так, в 2013 г. F. Qiu et al. [24] показали, что использование такими пациентами текстурированных стелек способствовало уменьшению колебаний центра давления в медиально-латеральном направлении при стойке на мягкой опоре при закрытых глазах. Авторы предположили, что данное улучшение связано с усилением соматосенсорной информации, поступающей от стоп. При этом использовали текстурированные стельки из мягкого материала (этиленвинилацетат плотностью 270 кг/м³) толщиной 1.5 мм, содержащие равномерно распределенные по поверхности гранулы диаметром 5 мм и высотой 3.1 мм, а также два бортика, расположенные по боковому периметру и вокруг пятки (3.1 мм в высоту и 3.1 мм в ширину) [24]. E. Lirani-Silva et al. [36] показали, что непрерывное использование текстурированных стелек с полусферическими выступами (диаметром 9 мм), расположенными на дистальной фаланге большого пальца, головках плюснефаланговых суставов и пятке, в течение одной недели улучшало чувствительность стоп и походку у пациентов с болезнью Паркинсона.

Аналогичные результаты в 2020 г. получили M. Huang et al. [27] в исследовании с участием пожилых женщин, показав, что стелька с медиальной поддержкой свода стопы и силиконовыми выступами на головках плюсневых костей и латеральной части пятки (KE-1300T, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Япония) повышала устойчивость вертикального положения в передне-заднем и медиально-латеральном направлениях при стойке на мягкой опоре. Кроме того, N. Asgari et al. [37] показали, что наличие мозолей на подошвах стоп не снижало эффективность использования текстурированных стелек.

Кроме того, материал, толщина и жесткость подошв обуви могут оказывать влияние не только на контроль вертикального положения [38–39], но и на вергентность глаз, особенно на изменение амплитуды аккомодации [38].

Использование текстурированных стелек также широко применяется при реабилитации пациентов после инсульта. Например, J. Wang et al. [40] отмечали, что у пациентов с гемиплегией, вызванной инсультом (n = 25), которые на протяжении 4 нед. ежедневно в течение часа использовали стельки c боковым клином 5° и супинатором из этилвинилацетата высокой плотности (ICB Dual Density Orthotics, Jiangsu Suyun Medical Equipment Co. Ltd., Китай), а также с дополнительными подушечками для передней части стопы и поперечного свода в районе плюсны, наблюдались значительные улучшения характеристик походки, равновесия, увеличение нагрузки на пораженную сторону при вертикальной стойке и ходьбе, а также улучшение двигательных способностей в повседневной жизни.

Ручной массаж стоп

Данный метод считается наиболее доступным, поскольку не требует дополнительного оборудования. Показано, что применение подошвенного массажа способствует улучшению постуральной устойчивости [25, 26]. Например, в работе T.E. Yumin et al. [25] описано положительное влияние классического и фрикционного массажа на уровень функциональной подвижности и равновесия у пациентов с сахарным диабетом II типа (n = 38), которое заключалось в уменьшении времени выполнения теста Timed Up & Go, улучшении показателя функциональной досягаемости и увеличении длительности стойки на одной ноге в тестах с открытыми и закрытыми глазами. E.A. Wikstrom et al. [26] получили аналогичные результаты, свидетельствующие об улучшении постуральной устойчивости у пациентов с хронической нестабильностью голеностопного сустава, после одного 5-минутного сеанса подошвенного массажа (традиционного, самостоятельного или с использованием сенсорной щетки). Авторы также предположили, что наблюдаемые эффекты обусловлены стимуляцией подошвенных кожных рецепторов, а не мышечно-сухожильных рецепторов [26].

Вибрационная стимуляция стоп

Вибрационное воздействие на подошвенную часть стопы используется для активации низкопороговых кожных афферентов [12, 41]. Вибротактильная стимуляция подошвы стопы под продольным сводом с частотой 50 Гц активирует тельца Мейснера и Пачини, индуцируя экстероцептивный сигнал от кожных механорецепторов. Это в свою очередь вызывает активацию нейронов в двигательных центрах, преимущественно контрлатерально в первичной двигательной коре [42]. Высокочастотная (100 Гц) низкоамплитудная вибростимуляция передней и задней частей подошвенной поверхности стопы вызывает постуральные реакции, направление которых зависит от того, на какую именно часть стопы направлен вибрационный стимул, или от разницы в частоте вибрации при одновременной стимуляции передней и задней частей подошвы стопы [12]. Так, направление смещения центра давления всегда противоположно тому, в какой части стопы применяется вибростимуляция [12]. Влияние вибростимуляции на постуральный контроль стало причиной использования данного метода в клинической практике.

Одно из первых упоминаний клинического применения метода подошвенной вибростимуляции встречается в исследовании I.V. Manyakhina et al. [43], в котором приняли участие 95 пациентов с инсультом (65 пациентов – с геморрагическим, 30 пациентов – с ишемическим). Стимуляция осуществлялась ежедневно в течение 10 дней по специально разработанной методике при помощи вибростимулирующей обуви (Институт машиностроения Академии наук СССР, г. Москва); используемая частота вибрации создавала эффект биомеханического резонанса и имитировала ритм естественной ходьбы. У пациентов с ишемическим инсультом такая вибростимуляция способствовала более раннему восстановлению двигательного стереотипа при условии стабильных показателей гемодинамики. Применение локальной вибростимуляции опорных точек стоп у пациентов с геморрагическим инсультом, осложненным пневмонией, улучшило показатели функции внешнего дыхания благодаря ускоренной сенсибилизации пациентов [43].

M. Khalifeloo et al. [44] в 2018 г. исследовали влияние подошвенной вибростимуляции (с частотой 100 Гц и длительностью 5 мин), применяемой к пораженной ноге, на постуральный баланс и походку пациентов, перенесших инсульт. Устройство для вибростимуляции состояло из двух вибраторов, установленных внутри бокса, угол которого можно было регулировать для осуществления стимуляции больших областей стоп (Erteashate Tebbie Iranian Co., Иран). У пациентов значительно улучшались результаты теста Timed Up & Go, уменьшалась спастичность мышц-сгибателей и увеличивался диапазон пассивных движений голеностопного сустава, однако показатели постурографического теста при открытых и закрытых глазах существенно не улучшались [44]. Аналогичные результаты были получены в рандомизированном контролируемом исследовании B. Önal et al. [45], в котором у 15 пациентов, перенесших инсульт, после 4-недельного курса локальной вибрационной терапии с частотой 80 Гц совместно с традиционной физиотерапией наблюдалось большее улучшение показателей статического и динамического равновесия по сравнению с участниками контрольной группы (n = 15), что свидетельствует о пользе применения вибростимуляции при реабилитации пациентов с инсультом.

Метод вибрационной стимуляции также применяется при болезни Паркинсона. Так, в исследовании P. Novak и V. Novak [46] оценивали влияние 6-минутной ходьбы с вибростимуляцией, синхронизированной с шагом, на походку данной группы пациентов. Носимое вибрационное устройство представляло собой обувные стельки с тремя встроенными миниатюрными вибродисковыми двигателями – один под пяткой и два под плюсной стопы. Устройство выдавало сверхпороговый вибрационный импульс частотой 70 Гц при касании пяткой или передней частью стопы и отключалось во время фазы переноса цикла ходьбы. Такая вибростимуляция снижала вариабельность шага, увеличивала скорость ходьбы, длительность шага, длину шага и частоту сердечных сокращений.

Вибростельки нашли применение и у больных сахарным диабетом с периферической нейропатией легкой и средней степени тяжести [47]. Так, в исследовании с участием 20 пациентов применение вибромедицинской стельки с добавлением случайного белого шума (с фильтрацией нижних частот до 100 Гц) в области пятки, головок плюсневых костей и подушечки большого пальца обеих стоп при ходьбе у всех участников способствовало улучшению подошвенной чувствительности после 30-минутной ходьбы. Авторы также предположили, что ежедневное использование данного устройства снизит риск образования язв у пациентов с диабетической невропатией. Более того, в ряде работ [12, 48, 49] было показано, что использование подпороговой подошвенной вибростимуляции у пациентов с диабетической невропатией улучшает постуральную устойчивость, а сверхпороговой вибрации – модулирует постуральные колебания.

Кроме того, L. Lauzier et al. [50] выяснили, что вибрация с частотой 50 Гц, оказываемая с помощью портативной вибрационной платформы на всю поверхность подошвы стопы, так же как и мягкая опорная поверхность, вызывали постуральный дисбаланс у пожилых людей, что проявлялось в увеличении амплитуды колебаний и скорости перемещений центра давления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пневмомеханическая стимуляция больших участков стоп демонстрирует наиболее многообещающие клинические результаты. Можно предположить, что применение данного метода активирует большее число механорецепторов подошвы стопы, а также обеспечивает более интенсивный опорный афферентный приток по сравнению с другими рассматриваемыми методами [10, 11]. Длительная стимуляция с последовательным воздействием на зоны передней части стопы и пятки в режиме естественной ходьбы, вероятно, позволяет активировать как быстро адаптирующиеся, так и медленно адаптирующиеся механорецепторы [51]. Это приводит к нейропластическим преобразованиям, необходимым для компенсации частичной потери функциональных связей в мозге, используемых для реализации и контроля ходьбы [11]. В то же время пневматический принцип работы устройства может быть заменен другим механизмом, обеспечивающим аналогичный принцип механической стимуляции.

Перспективными являются устройства, которые можно использовать в положении лежа и сидя. Например, имитатор опорной нагрузки “Корвит” может применяться с первого дня после инсульта до вертикализации пациента, значительно улучшая дальнейший прогноз качества жизни без риска для пациентов [11]. В тех случаях, когда пациент может самостоятельно ходить или заниматься на беговой дорожке, двигательная тренировка, вероятно, будет более эффективной для создания необходимого опорного афферентного стимула. В то же время выраженная дисфункция двигательного контроля может привести к неадекватным опорным сигналам при патологической ходьбе [19]. В этом случае также будет целесообразно применение поддерживающей опорной стимуляции в положении сидя или лежа.

Следует отметить, что актуальными являются исследования и разработки, направленные на совершенствование протоколов пневмомеханической стимуляции больших участков стоп. В частности, в настоящее время коллективом ведется активная работа по совершенствованию технологии имитатора опорной нагрузки “Корвит”.

Финансирование работы. Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 24-25-00354. (https://rscf.ru/project/24-25-00354/).

Конфликт интересов. Авторы данной работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Вклад авторов в публикацию. А.А. Савеко, М.П. Бекренева – разработка основной идеи рукописи. М.П. Бекренева, А.М. Рябова – написание первого варианта обзорной статьи. А.А. Савеко – редактирование рукописи. М.П. Бекренева – основная ответственность за окончательное содержание. Все авторы одобрили окончательную версию публикации.

Авторлар туралы

M. Bekreneva

Institute of Biomedical Problems, RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: mbekreneva@gmail.com
Ресей, Moscow

A. Riabova

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: mbekreneva@gmail.com
Ресей, Moscow

A. Saveko

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: mbekreneva@gmail.com
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар