Биомеханические методы реабилитации патологии походки и баланса тела

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

14.00.51. - Восстановительная медицина, лечебная физкультура и

спортивная медицина, курортология и физиотерапия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Биомеханические методы реабилитации патологии походки и баланса тела

Скворцов Дмитрий Владимирович

Москва - 2008

Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Научный консультант

доктор медицинских наук, профессор Поляев Борис Александрович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Цыкунов Михаил Борисович

ФГУ ЦИТО им. Н.Н. Приорова

доктор медицинских наук,профессор

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».

Защита состоится 15 декабря 2008 года в 14 часов

на заседании диссертационного совета Д 208.072.07 при Российском

государственном медицинском университете

по адресу: 117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГМУ

по адресу: 117997, Москва, ул. Островитянова, д. 1

Автореферат разослан «_____» ______________ 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор Г. Е. Иванова

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Больные с патологией органов опоры и движения остаются одним из сложных контингентов для системы медицинской реабилитации. Существенной проблемой данной категории является диагностика нарушений двигательной функции и определение динамики её развития. Для исследования функции движения и опоры применяются инструментальные двигательные тесты: ходьба (Витензон А.С., 1998; Клиническая биомеханика, 1980; Kirtly C., 2006; Parry J., 1992; Whittle M.W., 1991; Winter D.A., 1990) и исследование баланса в вертикальной стойке (Клиническая биомеханика, 1980; Winter D.A., 1995; Bronstein A.M., Brandt T., Woollacott M., 1996).

С середины 70-х годов ХХ века в области исследования походки формируется набор необходимых первичных параметров и соответствующих им методов исследования (Витензон А.С., 1983; Клиническая биомеханика, 1980; Янсон Х.А., 1975; Inman V.T., Ralston H.J., Told F., 1981; Murray M.P., 1967; Whittle M.W., 1991; Winter D.A., 1991) -- это: регистрация временных, кинематических характеристик и реакций опоры.

Для исследования баланса в вертикальной стойке применяется метод стабилометрии -- метод регистрации положения и колебаний проекции общего центра масс на плоскость опоры с помощью стабилометрической платформы. Для метода стабилометрии определены технический и методический стандарты (Bizzo G. et al., 1985; Kapteyn T.S. et al., 1983).

Несмотря на активное развитие клинических биомеханических исследований, их диагностические возможности остаются неопределёнными в силу фрагментарности и концентрации на узконаправленных исследованиях. Это не позволяет раскрыть картину имеющейся двигательной патологии и определить возможности данных методов в её диагностике.

Известны работы, где методы биомеханики походки и стабилометрия использовались для оценки лечебных воздействий (Витензон А.С. с соавт., 1999; Янсон Х.А., 1975; Bronstein A.M., Brandt T., Woollacott M., 1996; Perry J., 1992; Pyykko I. et al., 1999; Whittle M.W., 1991). При этом возможность применения биомеханических методов исследования походки и вертикальной стойки для определения эффективности лечебных воздействий остаётся неопределённой.

Биомеханические методы используются непосредственно в процессе лечения. Имеются два основных направления. Метод искусственной коррекции движений (Витензон А.С. с соавт., 1999), где биомеханические параметры походки применяются для проведения электрической стимуляции мышц синхронно с максимумом их естественной активности. И метод тренировки функции равновесия с биологической обратной связью (БОС) от стабилометрических параметров (Афанасьева Е.В., 2004; Жаворонкова Л.А. с соавт., 2003; Gagey P.M., Weber B., 1995). Использование данных методов ограничивается аппаратными и методическими возможностями. Так же отечественной промышленностью не выпускается аппаратура, удовлетворяющая современным требованиям, а зарубежная остаётся малодоступной.

На основании вышеизложенного, определение диагностических, контрольных и лечебных возможностей методов биомеханики в процессе восстановительного лечения больных с двигательными нарушениями представляет особую актуальность.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Повышение эффективности восстановительного лечения больных с патологией двигательной сферы с помощью биомеханических методов коррекции на основании углублённого изучения количественных и качественных параметров походки и вертикальной стойки.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования.

Модифицировать технические методы исследования и коррекции биомеханики походки и вертикальной стойки.

Провести сравнительный анализ собственных и литературных данных о биомеханических параметрах походки и вертикальной стойки в норме.

Изучить постуральный баланс и влияние на него возраста, пола, установки стоп, дыхательных движений, а также групповую и индивидуальную изменчивость параметров при короткой и длительной экспозиции между повторными исследованиями для использования в процессе восстановительного лечения больных с двигательной патологией.

Разработать практическую экспресс методику исследования постурального баланса методом стабилометрии.

Изучить диагностические возможности методов регистрации биомеханических параметров походки и вертикальной стойки для объективной оценки состояния системы регуляции движений и последующей коррекции выявленных нарушений.

Провести оценку эффективности модифицированного метода искусственной коррекции движений у больных с хронической поясничной люмбоишалгией и рассеянным склерозом методами биомеханики.

Оценить возможность применения стабилометрического исследования для определения эффективности мануальной терапии у больных с хронической поясничной люмбоишалгией.

Провести оценку возможности применения стабилометрического исследования для определения результата: комплексного лечения, тренировки равновесия с применением биологической обратной связи и лечебной гимнастики у больных с нарушением функции равновесия, сопровождающейся эмоциональными расстройствами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Впервые обобщён практический опыт использования биомеханических методов регистрации временных, кинематических и динамических параметров походки и вертикальной стойки с целью диагностики патологии функции движения.

Определены методы и биомеханические параметры, которые в наибольшей степени отвечают целям клинической функциональной диагностики двигательной патологии.

Разработаны программно-аппаратные комплексы исследования походки и вертикальной стойки, которые в отличие от аналогов интегрируют разнородные методики исследования в целостную систему, что позволяет проводить исследования в короткие сроки одним врачом без привлечения специального технического персонала.

Разработан оригинальный программно-аппаратный комплекс с использованием принципа биологической обратной связи с возможностью целенаправленного управления процессом восстановления постуральной устойчивости. реабилитация патология походка

Разработан оригинальный программно-аппаратный комплекс искусственной коррекции движений, позволяющий точно адаптировать программу стимуляции мышц и применять данный метод у больных с тяжёлой сочетанной патологией (периферические и центральные парезы, рассеянный склероз и др.).

Исследована биомеханика походки и вертикальной стойки в норме, что позволило уточнить нормативные параметры и определить, что их групповая и индивидуальная вариабельность имеют сходные пределы. Также установлен ранее неописанный феномен изменения ведущей сенсорной модальности, что существенно корректирует представления о балансе человека в норме.

Уточнена функциональная картина двигательных нарушений и двигательная симптоматика больных с поясничной люмбоишалгией в подостром периоде, в резидуальном периоде инсульта, с рассеянным склерозом и с патологией равновесия, сопровождающейся расстройствами эмоциональной сферы в процессе лечения.

Подтвержден факт подчинения колебаний проекции центра давления фундаментальному закону поведения любых флуктуирующих систем и определена его формулировка применительно к данным постурального исследования, позволяющая её использовать с целью клинического анализа стабилометрических данных.

Исследована возможность оценки эффективности комплексного лечения, метода искусственной коррекции движений, лечебной физкультуры, метода биологической обратной связи по стабилометрическим параметрам и мануальной терапии методами биомеханики.

Предложена модель организационной структуры интеграции технологий биомеханической диагностики и реабилитации патологии двигательной функции в практическую лечебную работу.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

В системе восстановительного лечения больных с нарушениями функции опоры и движения необходимо проводить инструментальную биомеханическую диагностику двигательной патологии. В качестве основных диагностических тестов следует использовать ходьбу и вертикальную стойку. Исследование биомеханических характеристик функции опоры и движения в динамике позволяет объективно определить эффективность проводимого восстановительного лечения.

Клинически сходные формы заболеваний центральной и периферической нервной системы могут иметь существенно отличающиеся биомеханические характеристики нарушенных двигательных функций.

Разработанные методы биомеханической диагностики и реабилитации позволяют осуществлять объективную функциональную диагностику двигательной патологии, контроль над эффективностью лечебных воздействий и целенаправленным восстановлением функции опоры и движения.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Определены основные методы и параметры функционального исследования двигательной функции на примере таких тестов как ходьба и вертикальная стойка. Разработаны промышленные образцы оборудования для исследования биомеханики походки и вертикальной стойки и проведения восстановительного лечения функции движения и опоры. Определены нормативные параметры походки и вертикального положения тела, а также их вариабельность и повторяемость. Получены данные, позволяющие использовать биомеханические методы для проведения диагностики двигательной патологии и оценки эффективности различных методов лечения. Разработана общая модель внедрения биомеханических технологий в практику восстановительного лечения больных с двигательной патологией.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты исследования внедрены в работу поликлиники восстановительного лечения №7 ЦАО, городских клинических больниц №№ 1; 8; 18; 55; Российской детской клинической больницы; Федерального Центра патологии речи и нейрореабилитации г. Москвы, Детского реабилитационного центра Бонум г. Екатеринбурга, Самарской Государственной Медицинской Академии, Красноярской Государственной Медицинской Академии, НИИ Авиакосмической Медицины г. Москвы, НИИ Колопроктологии г. Москвы; НИИ нейрохирургии им. Поленова г. Санкт-Петербурга; НИИ Медико-биологических проблем г. Москвы; НИИ детской ортопедии им. Г.И.Турнера г. Санкт-Петербурга; НИИ Наркологии г. Москвы; НИИТО г. Нижнего Новгорода; Центре реабилитации детей г. Архангельска, РЦЦ «Детство» Московской области, Казахстанский НИИТО г. Астаны; Кафедра неврологии РМАПО г. Москвы; Кафедра травматологии-ортопедии и военно-полевой хирургии Ивановской Государственной Медицинской Академии и других лечебных учреждениях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации доложены на заседаниях: двадцатой научно-практической конференции детских ортопедов-травматологов г. Москвы (1997); научно-практической конференции «Актуальные вопросы мануальной медицины» (2000), на втором всероссийском съезде мануальных терапевтов (г. Санкт-Петербург, ноябрь, 2002 г.), на второй научно-практической конференции «Организация, методология и клиническая практика восстановительной медицины и медицинской реабилитации» (г. Москва, 2005); на конгрессе «Восстановительная медицина и реабилитация» (г. Москва, 2004, 2005, 2006 гг.); на 3-м международном Конгрессе «Современные технологии в травматологии и ортопедии» (г. Москва, 2006); на IX Всероссийском съезде неврологов (г. Ярославль, 2006); на международных конференциях «Высокие технологии восстановительной медицины: профессиональное долголетие и качество жизни» (г. Сочи, 2001-2006 гг.); на Чтениях для врачей функциональной диагностики (г. Москвы, 2006); на Международном конгрессе «Восстановительная медицина и реабилитация» (2005-2007 гг.); American Society of Biomechanics 17th Annual Meeting (October 21-23, 1993, Iowa City, Iowa); GCMAS Annual Meeting University of Waterloo (Canada, 1995), ESMAC Annual Meeting, Basel, Switzerland (1997), ISPG Annual Meeting (Maastriht, Netherlands, 2000); 9-th annual IFESS Conference (6-9 September 2004, Bournemouth, UK); The International Congress on Gait and Mental Function (February 3-5, 2006, Madrid) и др.

Публикации

Опубликовано 58 печатных работ, из них: три монографии, две монографии в соавторстве, 27 журнальных публикаций, из них 20 в изданиях, рекомендуемых ВАК, 2 патента: Способ программируемой электростимуляции мышц и устройство для его осуществления (Патент РФ № 2265461, 2004 г); Компьютерный мультимедийный медицинский комплекс (Патент РФ №48783, 2005 г.).

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация написана на русском языке, на 294 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографии и приложения. Диссертация содержит 52 таблицы, 52 рисунка с графиками и фотографиями. Библиографический указатель включает 288 источников (109 отечественных и 179 зарубежных).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Объект, материал и методы исследования

В соответствии с целью работы и решением поставленных задач было проведено исследование 601 обследуемых обоего пола, из них мужчин 368 и женщин 243 в возрасте от 19 до 80 лет, средний возраст составил 41,6±5,5 лет.

Обследованные составили три группы: группа «А»: изучения нормативных параметров; группа «Б»: изучения диагностических возможностей исследуемых биомеханических методов; группа «В»: изучения возможности использования биомеханических методов для определения эффективности различных видов лечения.

Группа «А» включала несколько подгрупп: изучения походки (27 человек); изучения баланса в вертикальной стойке (220 человек) при различной постановке стоп: стопы параллельно (американский стандарт) -- 38 человек, естественное положение (европейский стандарт) -- 26 человек, стопы вместе -- 26 человек, изучения влияния дыхательных движений (12 человек) и определения нормативных значений показателя функции равновесия (ПФР) (118 человек).

Группа «Б» состояла из нескольких подгрупп больных: поясничная люмбоишалгия в подострой стадии (30 человек) и пациентов с заболеванием центральной нервной системы (118 человек). Последняя состояла из подгрупп: больные в резидуальной стадии инсульта с парезом лёгкой степени (17 человек), больные с глубоким правосторонним гемипарезом в резидуальной стадии (54 человека), больные с рассеянным склерозом (47 человек), с патологией равновесия, сопровождающейся расстройствами эмоциональной сферы (49 человек).

В группе «В» сформированы подгруппы: курс искусственной коррекции движений (ИКД) у больных с хронической формой люмбоишалгии (21 человек) и у больных с рассеянным склерозом (6 человек); курс мануальной терапии (МТ) у больных с хронической формой люмбоишалгии (6 человек); комплексная терапия больных с патологией равновесия, сопровождающейся расстройствами эмоциональной сферы (49 человек); курс тренировки с БОС и специализированной лечебной гимнастики у больных с патологией равновесия, сопровождающейся расстройствами эмоциональной сферы (75 человек). В последней группе были сформированы три подгруппы, которые дополнительно получали курс тренировки с БОС (27 человек), курс специальной лечебной гимнастики (21 человек) и комбинацию этих методов (27 человек).

Статистическая обработка результатов исследования проводилась методами вариационной параметрической статистики (Лакин Г.Ф., 1990; Гланц С., 1999) средствами электронного табличного процессора Excel с использованием стандартных статистических функций и методов оценки.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Нами были разработаны программно-аппаратные комплексы исследования и реабилитации функции движения и опоры совместно со специалистами Научно-медицинской фирмы «МБН» (г. Москва).

Исследование походки. Для регистрации основных параметров биомеханики походки был разработан специализированный программно-аппаратный комплекс «БИОМЕХАНИКА-МБН» (регистрационное удостоверение №ФСР 2007/00082). Комплекс включает пакет программного обеспечения «Клинический анализ движений». Посредством комплекса регистрировались временные, кинематические и динамические характеристики шага.

Исследование баланса в основной стойке. Стабилометрическое исследование проводилось при помощи динамометрической платформы, входящей в состав комплекса «БИОМЕХАНИКА-МБН», а также с помощью специализированного комплекса «СТАБИЛО-МБН» (регистрационное удостоверение №29/03010403/5416-03) с использованием специально разработанного пакета программного обеспечения «Стабилометрия».

Методики тренировки равновесия с использованием БОС реализуются в комплексе «СТАБИЛО-МБН» с помощью двухмониторного компьютера с разделением задач (Скворцов Д.В., Патент РФ №48783, 2005 г.) и специализированного программного пакета «БОС-Стабило», включающего инструменты управления положением центра давления (ЦД), амплитудой его колебаний и поддержания мотивации тренирующегося.

Метод искусственной коррекции движений осуществлялся на комплексе «СТИМУЛ-МБН» (регистрационное удостоверение №ФС 022а2004/0355-04) с пакетом программного обеспечения «МБН-Стимул». Технические и методические решения, использованные в комплексе «СТИМУЛ-МБН» защищены патентом (Патент РФ №2265461, 2004 г.).

Тест функции равновесия. На основе разработанного ранее теста (Лучихин Л.А., 1991) нами предложена модификация с использованием нормированного параметра -- скорости движения ЦД. Предложенный нами новый показатель получил название показателя функции равновесия (ПФР), который позволяет определить функциональное состояние системы контроля баланса и сенсорных систем.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

НОРМАТИВНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Нормативные характеристики походки и основной стойки

Для получения нормативных данных проведены исследования походки и баланса в вертикальной стойке. В результате исследования группы нормы (ходьба) были получены временные, кинематические и динамические параметры нормальной походки. В графическом виде временные и кинематические характеристики цикла шага представлены на рисунке (рис. 1).

Динамические параметры для вертикальной и продольной составляющей реакции опоры представлены на рисунке (рис. 2).

Полученные биомеханические данные нормальной походки являются качественно и количественно сопоставимыми с таковыми в литературе (Витензон А.С. 1998; Клиническая биомеханика, 1980; Inman V.T., Ralston H.J., Todd F., 1981; Perry J., 1992; Whittle M.W., 1991; Winter D.A., 1990). Таким образом, результаты исследования движений в суставах нижних конечностей на разработанном нами комплексе «Биомеханика-МБН» можно отнести к объективным качественным и количественным характеристикам кинематики движений в суставах нижних конечностей во время ходьбы.

Рисунок 1. Гониограмма тазобедренного сустава. По горизонтали: % цикла шага, по вертикали: амплитуда в градусах, горизонтальная линия с индексом «0»: нейтральное положение сустава, ПДО и ВДО: первый и второй периоды двойной опоры, ПО: вертикальная линия, обозначающая конец периода опоры. Буквами с индексом обозначены основные амплитуды.

Рисунок 2. График вертикальной составляющей реакции опоры. По горизонтали: % цикла шага, по вертикали: амплитуда в % веса тела, горизонтальная линия с индексом «100%»: 100% веса тела обследуемого, ПДО и ВДО: первый и второй периоды двойной опоры, ПО: вертикальная линия, обозначающая конец периода опоры. Буквами с индексом обозначены основные амплитуды.

Исследование постуральной устойчивости у здоровых испытуемых при различной постановке стоп на опору показало, что стабильность вертикальной стойки существенно отличается в зависимости от постановки стоп на опору. Показатель скорости перемещения центра давления (ЦД) имеет минимальное значение для установки в соответствии с Европейским стандартом -- 6,20±0,1 мм/c, возрастает для установки по Американскому стандарту -- 7,51±0,2 мм/c и максимальная для положения «стопы вместе» -- 8,99±0,2 мм/c.

Полученные нормативные данные по основным параметрам: положение ЦД во фронтальной и сагиттальной плоскости, площадь статокинезиограммы и скорость ЦД находятся в пределах известных в литературе. Для установки стоп в Европейском стандарте, полученные параметры так же согласуются с опубликованными (Normes 85; Gagey P.M., Weber B., 1995). Для положения стопы вместе, амплитуда колебаний, и скорость имеют более высокие пределы, так как данное положение заведомо менее устойчиво.

Таким образом, в результате проведённого нами исследования биомеханики баланса вертикальной стойки групп здоровых лиц можно констатировать, что получаемые с помощью разработанного нами комплекса «Стабило-МБН» характеристики баланса в вертикальной стойке качественно и количественно согласуются с известными в литературе, а проводимое на разработанном нами комплексе «Стабило-МБН» исследование вертикальной стойки можно отнести к объективным исследованиям качественных и количественных характеристик биомеханики баланса человека в положении стоя.

Рисунок 3. Значение показателя функции равновесия (условные единицы) для мужчин и женщин в шести возрастных группах от 17 до 70 лет.

Исследование возрастных и половых особенностей стабильности с использованием параметра ПФР показало (рис. 3), что его наибольшее значение наблюдается в младшей возрастной группе -- 4,2±1,52 для возраста 17-20 лет.

Далее с возрастом стабильность постепенно снижается до значения 2,1±0,81 в возрастной категории 51-60 лет. Данный процесс резко усиливается после 60 лет у мужчин и после 50 лет у женщин и ПФР принимает значение 1,5±0,52 в группе 70-85 лет. При этом женщины до возраста 50 и более лет показывают лучшую по сравнению с мужчинами стабильность от 1,2 в младшей возрастной группе, до 0,2 в группе 41-50 лет.

Исследование вариабельности постуральных параметров обнаружило, что большинство рассматриваемых показателей отличается большой вариабельностью с коэффициентом вариабельности 30-40% и выше. Меньшей обладают параметры скорости перемещения ЦД (коэф. вар. 13,70% для открытых и 20,43% для закрытых глаз) и комплексные параметры, такие как показатель стабильности (1,79%). Для большинства стабилометрических параметров свойственна высокая вариабельность, которая отличается от параметра к параметру. Её происхождение носит случайный характер и не обнаруживает определенной тенденции.

Исследование повторяемости стабилометрических параметров при двух последовательных регистрациях с короткой экспозицией обнаружило отсутствие достоверных отличий (р>0,05). Таким образом, повторные исследования с короткой экспозицией обладают высокой повторяемостью результата.

Исследование вариабельности стабилометрических параметров при суточной экспозиции показало, что они обладают вариабельностью, сравнимой с таковой для группы нормы (коэффициент вариабельности 30-50%), которая так же носит случайный характер, т.е. их изменения представляют собой колебания около неизменного положения: коэффициент наклона линии тренда для них стремится к 0. Таким образом, можно констатировать, что вариабельность не имеет системного свойства. Кроме количественных изменений состояние баланса может иметь и качественные отличия. Так «коэффициент Ромберга» может принимать значения менее 100% (ведущей является проприоцептивная система) и значительно более 100% (ведущей является зрительная система). Такие изменения «коэффициента Ромберга» зарегистрированы нами у обследуемых с нормальной зрительной функцией (рис. 4).

Рисунок 4. Графики изменения коэффицинета Ромберга и линия тренда. По горизонтали: номера исследований по порядку, по вертикали: значения коэффициента Ромберга. Слева: данные обследуемого Т.Н.Ш-о, справа: Л.А.К-й.

Данный феномен смены ведущей сенсорной модальности не был описан ранее в литературе и требует дальнейшего изучения. Можно отметить, что он значительно расширяет известные границы нормы и не позволяет им придавать статус догмы.

Исследование влияния дыхательных движений на стабильность баланса в основной стойке показало, что дыхательные движения увеличивают амплитуду колебаний ЦД и снижают их частоту. Показатель площади статокинезиограмм равен 67,86±20,46 мм2 при свободном дыхании и 43,40±9,29 мм2 в апное, а показатель скорости перемещения ЦД соответственно 8,29±2,50 мм/с и 5,55±1,08 мм/с. Таким образом, в отсутствие дыхания баланс в вертикальной стойке имеет более стабильные характеристики по амплитудам и частотам колебаний, скорости ЦД и площади статокинезиограммы. Непосредственно частота дыхания у здорового человека не имеет собственной репрезентации в спектре частот колебаний в сагиттальной или фронтальной плоскости.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристика походки и основной стойки у больных с поясничной люмбоишалгией

Результат исследования группы больных с подострой формой поясничной люмбоишалгии показал, что обследованная группа функционально разнородна и имеет существенно отличающуюся картину биомеханических нарушений. При этом временные характеристики шага не показали существенных отличий от нормы, но обнаружили компенсаторные реакции за счёт изменения внутренней временной структуры цикла шага. Кинематика движений крупных суставов нижней конечности изменена в сторону снижения амплитуд движений. Со стороны динамической функции нижних конечностей обнаружено снижение диапазона переменных динамических нагрузок до 24-30% веса тела обследуемого против 35% в норме. Имеется снижение амплитуд максимумов реакций опоры по вертикальной составляющей до 100-104% веса тела обследуемого при норме 113%, и продольной составляющей в впервой половине периода опоры до 6-10% веса тела обследуемого при норме 18%. Кроме того, характерным симптомом является высокая симметрия показателей для правой и левой стороны.

Основная стойка характеризуется снижением стабильности и наличием смещения ЦД во фронтальной и в меньшей мере в сагиттальной плоскости. Увеличение площади статокинезиограммы особенно выражено для подгрупп с двусторонним и левосторонним поражением. В последней подгруппе отличие достоверно (р<0,05). Наиболее чувствительным оказался параметр скорости ЦД (V), который достоверно увеличен для всех подгрупп (р<0,05) до величины 11-13 мм/с при норме 7,5 мм/с. По данным нашего исследования только 50% пациентов с монолатеральным поражением имеют физиологическую реакцию разгрузки поражённой конечности, т.е. проекция центра тяжести тела находится на интактной стороне. Для остальных имеет место перегрузка поражённой конечности, т. е. ЦД находится на поражённой стороне.

Характеристика походки и основной стойки у больных в резидуальной стадии инсульта с парезом лёгкой степени

Изменения биомеханики походки показывают неспецифическую симптоматику, являющуюся симптомокомплексом снижения темпа шага. Из специфичных для этой категории больных характеристик мы обнаружили: функциональные последствия недостаточности четырёхглавой мышцы бедра, которая проявляется в виде механизма пассивного замыкания коленного сустава, и недостаточность трёхглавой мышцы голени, выражающаяся в снижении амплитуды отталкивания продольной составляющей реакции опоры (p<0,05) и уменьшения амплитуды подошвенного сгибания голеностопного сустава.

Для обеих подгрупп с право- и левосторонним гемипарезом характерно отклонение ЦД на здоровую сторону. Положение ЦД в сагиттальной плоскости характеризуется смещением вперёд, в среднем, на величину около 9 мм для обеих групп но не достигает уровня достоверности (р>0,05). Колебания ЦД превышают норму как для фронтальной, так и для сагиттальной плоскости, при этом для фронтальной плоскости отличие достигает статистически значимого уровня (р<0,05). Площадь статокинезиограммы так же превышает норму, что достоверно для подгруппы с левосторонним гемипарезом (р<0,05). Скорость ЦД так же достоверно выше нормы для обеих подгрупп (р<0,05) и составляет 13,2±1,3 мм/с для больных с левосторонним гемипарезом и 12,7±0,6 мм/с для больных с правосторонним гемипарезом (норма 7,5±0,2 мм/с).

Характеристика походки и основной стойки у больных с рассеянным склерозом

Полученные данные по биомеханике походки показывают наличие симптомов, характеризующих общее не специфическое снижение функциональной активности больных с рассеянным склерозом за счёт снижения скорости ходьбы. Временные характеристики ходьбы показывают наличие симптомов разгрузки и выраженную асимметрию между сторонами. Наиболее сложным периодом цикла шага для больных с рассеянным склерозом является начало периода опоры. При этом достоверные изменения имеются только для правой стороны (р<0,05). Амплитуды суставов снижены, как и амплитуды реакций опоры. Последние так же демонстрируют наличие асимметрии. В начале периода опоры для обеих конечностей величина вертикальной составляющей не достигает веса тела, что является симптомом высокой степени снижения функциональных возможностей (р<0,05). Величина амплитуд торможения и ускорения продольной составляющей так же снижена более чем в два раза (р<0,05).

Больные с рассеянным склерозом имеют существенные отличия стабильности баланса в вертикальной стойке от нормы. Клинически они заключаются в наличии фронтальной асимметрии (смещения центра тяжести в сторону), достоверного смещения центра тяжести вперёд (р<0,05), а также значительного увеличения колебаний ЦД и скорости его перемещений (р<0,05).

Постуральная характеристика больных с глубоким правосторонним гемипарезом

Большинство больных (61%) имеет известные из литературы симптомы расстройства функции равновесия и постуральные параметры достоверно отличаются от нормы (р<0,05). При этом в исследуемой группе обнаружены функциональные подгруппы больных, симптомы которых можно отнести к парадоксальным, такие как: гиперстабильность, сопровождающаяся типичным смещением ЦД на здоровую сторону (13%); смещение ЦД на больную сторону (7%), сопровождающееся гиперстабильностью баланса; нормальное симметричное положение ЦД во фронтальной плоскости, сопровождающееся его смещением вперёд (19%).

Таким образом, больные с правосторонним гемипарезом функционально разнородны, что проявляется различными моторными образцами баланса в вертикальном положении. Продемонстрированная значительным контингентом больных гиперстабильность, т.е. состояние, близкое к нормальной стабильности, даёт основание предполагать наличие реабилитационного потенциала или потенциально реализуемого физиологического ресурса, который может быть активирован при определённых условиях.

Постуральная характеристика больных с патологией функции равновесия, сопровождающейся эмоциональными расстройствами

Больные данной группы показали существенное снижение функции равновесия по сравнению с нормой и увеличение значений параметров: «коэффициент Ромберга», амплитуды колебаний ЦД во фронтальной плоскости, длине и скорости ЦД, как в положении «глаза открыты», так и в положении «глаза закрыты» (р<0,05). В положении «глаза закрыты» значительно возрастает и величина площади статокинезиограммы (р<0,05) -- 314,45±22,68 мм2, против 191,56±14,08 мм2 в норме.

Функциональное состояние обследованных характеризуется тотальным снижением стабильности баланса тела в вертикальном положении тела. Высокие значения «коэффициента Ромберга» являются симптомом того, что проприоцептивная система работает в значительно меньшей степени, чем это требуется в норме. Поэтому больший удельный вес в поддержании баланса тела начинает играть зрительная система. Одновременное увеличение амплитуд колебаний ЦД и скорости перемещения ЦД свидетельствует о нерациональном с точки зрения биомеханики механизме баланса тела в основной стойке.

Следующая, отмеченная нами закономерность, имеет общий характер. Длина статокинезиограммы полностью определяется скоростью движений ЦД и определяется по формуле:

L=V*t, где

L -- длина статокинезиограммы, V -- скорость ЦД, t -- время регистрации. Длина статокинезиограммы, таким образом,-- производный параметр от скорости ЦД. При этом параметр «L» зависит от времени регистрации. В отличие от него параметр «V» является первично нормированным. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что появление и использование производного параметра «L» не является практически обоснованным и его следует заменить параметром «V».

ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ЛЕЧЕНИЯ

Результат воздействия методом искусственной коррекции движений

Результат применения метода ИКД для больных с поясничной люмбоишалгией показал, что временные характеристики шага в результате курса лечения как для больной, так и для здоровой конечности конвергируют к норме. Из-за значительного разброса данных отличия не достигают уровня значимости (p>0,05).

Стабилометрические параметры так же не обнаруживают статистически достоверных отличий до и после лечения. Но показывают значимые изменения положения ЦД, выражающиеся в изменении положения ЦД и его амплитуд его колебаний при индивидуальном анализе. В силу того, что больные имею разную сторону поражения и существенно отличающиеся реакции на проведённое лечение, при стандартном вариационном статистическом анализе они не могут быть обнаружены.

До начала лечения движения в тазобедренном суставе поражённой стороны значительно снижены сгибание до 20,53±3,41 и разгибание -4,70±1,69 градусов. После окончания курса лечения амплитуда движений возрастает для сгибания до 24,03±3,05 градусов (р<0,04) и разгибания до 8,34±1,21 градуса (р<0,01). На 5 градусов возрастает амплитуда и второго сгибания тазобедренного сустава (р<0,01). Это отчётливый симптом восстановления нормальной функции сустава и окружающих его мышц. При этом показатели здоровой стороны не показывают достоверных изменений.

Результат исследования реакций опоры не обнаружил статистически достоверных отличий, но показал отличия на индивидуальном уровне.

Оценка результата применения метода искусственной коррекции движений у больных с рассеянным склерозом показала, что изменения амплитуды движений в тазобедренных суставах неоднозначные: результирующая амплитуда может как увеличиваться, так и уменьшаться. Изменения стабилометрических показателей ввиду малого количества наблюдений так же не достигают статистически значимого порога. Тем не менее, тенденция становится очевидной,-- это: смещение ЦД назад к нормальному положению. При этом после курса лечения произошло значительное уменьшение скорости ЦД в положении «глаза закрыты», что является очевидным симптомом возрастания роли проприоцептивной функции. Из клинических особенностей, непосредственно связанных с проведением ИКД, можно отметить следующие: значительное снижение спастичности мышц, которое определялось уже после первой процедуры ИКД, улучшение функции тазовых органов, субъективное улучшение походки и функции равновесия.

Таким образом, полученные функциональные данные позволяют сделать вывод о том, что метод ИКД имеет нормализующее влияние на биомеханику походки и основной стойки у больных с поясничной люмбоишалгией и рассеянным склерозом.

Оценка возможности применения метода стабилометрии с целью контроля эффективности проведения мануальной терапии, комплексного лечения, тренировки с БОС и лечебной гимнастики

При проведении стабилометрического исследования до и после мануальной терапии (МТ) выявлено, что положение ЦД и его колебания, измеренные во фронтальной и сагиттальной плоскости, не изменяются существенно в результате проведения МТ. Достоверно уменьшается скорость ЦД, максимальная амплитуда во фронтальной плоскости и площадь статокинезиограммы (р<0,05). Все три изменения -- объективные симптомы улучшения стабильности баланса, т.е. позитивной динамики изменения состояния в результате сеанса МТ.

Полученные данные обнаружили, что непосредственно после проведения МТ изменения положения ЦД не происходит, но стабильность существенно повышается, особенно в положении «глаза открыты». Зарегистрировано достоверное уменьшение площади статокинезиограммы и скорости ЦД. Для положения «глаза закрыты» происходит только достоверное уменьшение скорости ЦД, что также является положительным симптомом.

Полученные данные показывают, что стабильность основной стойки у больных с поясничной люмбоишалгией обеспечивается преимущественно за счёт проприоцептивной системы, но после сеанса МТ возрастает значение зрительного анализатора.

Таким образом, метод стабилометрии позволяет на основании объективных критериев производить оценку результата МТ.

Стабилометрическое исследование больных с патологией функции равновесия, сопровождающейся эмоциональными расстройствами, в процессе комплексного лечения показало, что результаты стабилометрического исследования, проведённые в день поступления, на 15 день и 30 день стационарного лечения характеризуются следующим:

стабильность вертикальной стойки снижена по сравнения с нормой по большинству стабилометрических параметров (р<0,05),

зрительный анализатор играет существенно большую роль в поддержании равновесия, чем в норме, что выражается в увеличении значения «коэффициента Ромберга» до 244-271 при норме 193,

на 15-день лечения стабильность больных достоверно снижается по сравнению с обследованием при поступлении (р<0,05), данное состояние остаётся практически без изменений до конца курса лечения (30-й день).

Таким образом, можно констатировать, что в результате проведения традиционного курса лечения постуральная устойчивость больных значительно снижается, а стабилометрическое исследование позволяет обнаружить вызываемые комплексной терапией функциональные изменения двигательной сферы.

Исследование группы больных с патологией функции равновесия, сопровождающейся эмоциональными расстройствами, которая получала дополнительно курс тренировок с БОС по стабилометрическим параметрам показало:

«коэффициент Ромберга» достоверно увеличился (р<0,05) и превысил значение, как для нормы, так и для группы сравнения,

произошло достоверное увеличение стабильности, но только для положения «глаза открыты» (р<0,05),

ЦД имеет достоверное смещение назад, что было одной из задач тренировки с БОС (р<0,05).

Исследование группы больных, получавших дополнительно курс специальной лечебной гимнастики, выявило:

«коэффициент Ромберга» уменьшился за счёт достоверного уменьшения площади статокинезиограммы в положении «глаза закрыты» (р<0,05),

достоверное увеличение стабильности вертикальной стойки только для положения «глаза закрыты» (р<0,05).

Полученные симптомы указывают на увеличение стабильности в положении «глаза закрыты», что происходит за счёт улучшения работы проприоцептивного аппарата.

Исследование группы больных, которые получали дополнительно и курс тренировок с БОС и специальную лечебную гимнастику показало: увеличение стабильности вертикальной стойки как в положении «глаза открыты», так и в положении «глаза закрыты», для последнего изменения высокодостоверны (р<0,05). Таким образом, произошло улучшение функционирования проприоцептивной системы и некоторое улучшение функции зрительно-моторной связи.

Таким образом, тренировки с БОС и специальная лечебная гимнастика позволяют целенаправленно улучшить параметры стабильности у данного контингента больных. Стабильность вертикального положения тела в группе больных, получавших тренировки с БОС, возросла за счёт увеличения роли зрительно-моторных связей, а в группе, получавшей специальную лечебную гимнастику,-- за счёт улучшения функции проприоцептивной системы. Целенаправленная тренировка с БОС позволяет изменить положение ЦД. Применение обоих методов позволяет получить лучший результат.

ВОЗМОЖНОСТИ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ВОССТАНОВИТЕЛЬНОМ ЛЕЧЕНИИ

Фундаментальная закономерность колебаний центра давления

По данным анализа основных частот колебаний ЦД в сагиттальной и фронтальной плоскости для групп нормы, больных с правосторонним гемипарезом и патологией равновесия, сопровождающейся расстройствами эмоциональной сферы, можно отметить одну фундаментальную закономерность: чем ниже частота колебания, тем больше его амплитуда и, соответственно, чем выше частота колебания, тем ниже его амплитуда. Данная закономерность базируется на физической природе процесса колебаний сложных систем. В соответствии с фундаментальной теоремой о равномерном распределении энергии по степеням свободы (теорема Больцмана) для тела, находящегося в равновесии, энергия распределяется равномерно между всеми степенями свободы. Данное явление представляет собой фундаментальную закономерность поведения любых флуктуирующих систем в биологии и технике.

В общем виде данная закономерность описывается формулой:

P(f) -- спектр энергии, f -- частота колебаний.

Такие хаотические флуктуации в технике получили название шум. Шум, основной закономерностью которого является обратная пропорциональность амплитуды к частоте, в физических науках принято обозначать как 1/f-шум или фликкерный шум. Основное отличие фликкерного шума от других видов шумов, именно обратно пропорциональная зависимость спектральной плотности мощности от частоты, т.е. с увеличением частоты колебаний уменьшается их амплитуда.

Таким образом, анализ полученных данных как в группах нормы, так и в группах больных, позволяет сделать следующее заключение. Колебания ЦД в сагиттальной и фронтальной плоскости подчиняются фундаментальной закономерности: высокоамплитудные колебания являются низкочастотными, а низкоамплитудные -- высокочастотными.

Так как обнаруженная закономерность соотношения амплитуды и частоты колебаний носит физический, фундаментальный характер, то данное обстоятельство может быть использовано для анализа данных стабилометрического исследования. Прежде всего, при анализе спектра частот колебаний подчинение спектра закону (величина амплитуды обратно пропорциональна значению частоты) «говорит» о том, что имеющиеся колебания носят свободный характер. В отличие от этого, изменение данного соотношения колебаний и их амплитуд может носить только вынужденный характер, например, за счёт неконтролируемого сознательно сокращения мышц (треморы, клонусы) или при изменении чувствительности сенсорного поля и других причин. Клинический пример представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Приведены графики спектра частот в сагиттальной плоскости. Слева: исследование больной Г.И.Б-ва с последствиями гемморагического инсульта, с правосторонним гемипарезом,-- график соответствует закону 1/f. Справа: исследование больного В.Я.С-ко с последствиями черепно-мозговой травмы, правосторонний гемипарез, левосторонняя пирамидная недостаточность, атаксия,-- график не соответствует закону 1/f. По вертикали: амплитуда в миллиметрах, по горизонтали: частота в герцах.

Таким образом, колебания во фронтальной и сагиттальной плоскостях ЦД здорового и отчасти больного человека в положении основной стойки подчиняются фундаментальному закону 1/f. Соответствие спектра частот колебаний данному закону у больного можно рассматривать как физиологически компенсированное состояние и декомпенсированное при отсутствии такового.

Системный функциональный подход к реабилитации больных с двигательной патологией

Современные технологии биомеханической диагностики, применяемые в клинической практике, можно разделить на два основных направления: клинический анализ движений (КАД) и стабилометрия. КАД значительной частью представлен направлением, использующим ходьбу человека, как глобальный двигательный тест, а стабилометрия использует в качестве двигательного теста процесс баланса в вертикальной стойке. Благодаря КАД и стабилометрии в настоящее время, можно говорить о формировании самостоятельного направления -- функциональной диагностики двигательной патологии (ФДДП).

Внедрение ФДДП позволяет внести в формулировку диагноза -- функциональный компонент диагноза (ФКД), т.е. характеристику имеющихся у пациента двигательных расстройств: нестабильность вертикальной стойки, асимметричное положение ЦД, наличие механизма пассивного замыкания коленного сустава, снижения опороспособности конечности и др. При этом биомеханические параметры можно использовать не только для диагностики или прогнозирования, но и непосредственно для восстановления нарушенной функции посредством БОС и ИКД.

В разработанном нами отечественном стабилометрическом комплексе «МБН-Стабило» мы использовали оригинальный принцип разделения задач между двумя мониторами компьютера (Скворцов Д.В. Патент РФ № 48783, 2005 г.). С целью проведения целенаправленного изменения положения и стабильности ЦД нами были разработаны специальные программные инструменты управления и наблюдения за процессом тренировки в реальном режиме времени. Данные инструменты позволяют осуществлять изолированное управление положением ЦД во фронтальной и сагиттальной плоскости и амплитудой его колебаний. Эффективность данного подхода была доказана в группе больных с патологией функции равновесия, сопровождающейся эмоциональными расстройствами, по результатам проведения тренировки с БОС. В процессе восстановления повторное стабилометрическое исследование используется для контроля над эффективностью. Весь комплекс методик восстановления баланса тела и управления данным процессом получил название биомеханического постурального реконструирования (БПР).

Один из немногих методов, который позволяет прогнозируемо изменять патологическую походку,-- метод ИКД. Нами было выполнено существенное усовершенствование метода ИКД, которое позволило осуществлять точную «привязку» временной синхронизации стимулирующих импульсов, что позволяет использовать данный метод для больных с различной двигательной патологией и проводить первичную диагностику двигательной патологии (Патент РФ №2265461, 2004 г.).

Использование усовершенствованного метода ИКД под контролем КАД и стабилометрии совместно с традиционными клиническими методами диагностики и реабилитации позволяет говорить о качественно ином уровне технологии восстановления таких локомоций, как ходьба -- биомеханическом локомоторном реконструировании (БЛР).

На основании известного из литературы опыта, собственных исследований, а также разработки практических методов диагностики и реабилитации двигательной патологии нами была предложена схема применения КАД, стабилометрии, БПР и БЛР в условиях практического здравоохранения (рис. 6).

На предлагаемой схеме технологии КАД и стабилометрии используются как диагностические и участвуют при первичном обследовании в формировании ФКД. Последующие КАД и стабилометрические исследования в динамике позволяют определить индивидуальную реакцию больного на проводимое лечение и, соответственно, скорректировать его. В этом варианте функциональная информация, поступающая в результате КАД и стабилометрического исследования, выполняет роль объективной обратной связи для лечащего врача о изменении функционального состояния пациента. Технологии БПР и БЛР проводятся по показаниям (с использованием ФКД) и под контролем со стороны ИПТ и стабилометрии соответственно.

Рисунок 6. Общая схема технологии диагностики и восстановительного лечения больных с двигательной патологией. Стрелками показано направление поступления информации (в одну сторону или двусторонний обмен).

В соответствии с данной схемой объективному контролю посредством КАД и ИПТ на предмет эффективности подвергаются и другие применяемые для данного больного методы восстановительного лечения, а не только БПР и БЛР. Для этого проводится сравнение результатов двух и более последовательных исследований. Для оценки прямого влияния конкретного используемого метода лечения проводится исследование непосредственно до и сразу после применения лечебного метода. Для оценки общей динамики могут использоваться результаты обследования с интервалом сутки и более.

Таким образом, нами предложена система восстановительного лечения больных с двигательной патологией предполагающая обязательное включение в процесс диагностики, наряду с другими методами, технологий КАД и ИПТ, а в процесс лечения -- технологий БПР и БЛР.

ВЫВОДЫ

Биомеханические методы выявления патологии двигательной сферы являются важным разделом восстановительной медицины, содержащим оригинальные технологии диагностики, лечения и контроля над его эффективностью, а проведение биомеханической диагностики является обязательным диагностическим исследованием в процессе восстановительного лечения больных с нарушением функции движения и опоры с целью диагностики двигательной патологии и объективного контроля над динамикой их изменения.

Разработанные методы диагностики патологии походки и баланса в вертикальной стойке представляют собой стандартизированные программно-аппаратные комплексы объективной оценки их количественных характеристик. Разработанные методы реабилитации позволяют осуществлять управляемое изменение биомеханических характеристик: постурального баланса (положения проекции центра тяжести тела и его колебаний) и походки (кинематики нижних конечностей) применительно к задачам восстановительного лечения.

В норме стабильность вертикальной стойки прямо зависит от положения стоп на опоре и является максимальной для положения стоп, близком к естественному, и минимальной для положения стопы вместе. Дыхательные экскурсии увеличивают амплитуду колебаний центра тяжести и снижают их частоту.

Первичные биомеханические характеристики баланса в вертикальной стойке обладают значительной, до 50% вариабельностью, а комплексные параметры -- малой до 2-3%. Повторные исследования с короткой экспозицией показывают высокую воспроизводимость параметров (р>0,05), а с длительной -- низкую (р<0,05). Таким образом, исследования с короткой экспозицией до и после лечебного воздействия позволяют оценить его непосредственный эффект по первичным биомеханическим параметрам, а для исследований с длительной экспозицией большее значение для оценки имеют комплексные параметры.

Соотношение участия зрительной и проприоцептивной систем в контроле баланса в норме изменяется в течение суток, при этом ведущей может быть любая из них и «коэффициент Ромберга» принимает значения как выше 100% (преобладание зрительной системы), так и ниже 100% (преобладание проприоцептивной). Таким образом, феномен изменения сенсорной модальности существенно расширяет известные границы нормы.

...