Методика оценки болевых ощущений в системе реабилитации позвоночника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика оценки болевых ощущений в системе реабилитации позвоночника

Введение

реабилитация позвоночник нейро механический

В настоящее время развитие автоматизированных систем реабилитации позвоночника и опорно-двигательного аппарата в целом сдерживается отсутствием автоматизированных подходов к оценке индивидуальных болевых ощущений. Это связано, прежде всего со сложными механизмами формирования болевых ощущений и реакций на раздражители. Однако, для систем реабилитации позвоночника оценка индивидуальных болевых показателей (болевой чувствительности и болевого порога) является важной задачей. Не правильная оценка индивидуальных показателей боли вызывает ошибочное принятие решений при формировании управляющих воздействий на исполнительные механизмы реабилитационного комплекса. Вследствие этого пациенту могут быть причинены повреждения несовместимые с жизнью.

В большинстве случаев болевые ощущения в области позвоночника связаны с развитием следующих видов боли: ноцицептивной - возникает при активизации рецепторов боли; невропатической - возникает при повреждениях сомато-сенсорной системы, в частности позвоночных корешков спинномозговых нервов, позвоночного канала; психогенной - возникает из-за индивидуальных психо-эмоциональных особенностей пациента или психических нарушений [1-3]. Однако, следует отметить, что корреляция между уровнем болевых ощущений и поражением или воспалением суставов отсутствует, а причина такого поведения на данный момент не исследована [4]. Так же, в ряде работ [2, 5], описывающих последние исследования, корреляция между типом и размером грыжи и выраженными признаками радикулопатии отсутствует. Отсутствуют различия и между сенсорными и эмоционально-аффективными характеристиками болевого синдрома, подразумевая, что болевой синдром является результатом взаимодействия ряда совокупных механизмов. В настоящее время межиндивидуальные различия боли связывают с патологией генов, кодирующих некоторые механизмы иммунных и воспалительных процессов, патологию иммунных каналов [2].

Таким образом, оценка болевых параметров должна учитывать сложный механизм формировании боли, включая психо-физиологические особенности пациента, а полученные показатели должны точно соответствовать степени восприятия пациента.

1.Функционирование нервной системы

Механизм управления опорно-двигательным аппаратом можно описать многоуровневой моделью параллельной обработки данных с многомерностью каждого уровня и наличием обратных связей. Качество управления нейромеханической системой определяется состоянием её уровней от биохимического до психо-эмоционального и сознательного. Небольшие отклонения от допустимых значений на каком либо участке работы нейромеханической системы могут привести к ощутимым отклонениям в работе опорно-двигательного аппарата.

Осуществление двигательной функции позвоночника и опорно-двигательного аппарата в целом происходит на основе иерархического подхода функционирования многосвязных систем, реализуемого нервно-мышечной системой человека [6, 7]. По уровням иерархии все типы движений можно классифицировать на рефлекторные, синергетические, синтетического сенсорного поля и целенаправленные. каждое движение характеризуется набором параметров, описывающих анатомическую и функциональную структуру нервно-мышечного аппарата, взаимодействие компонентов нервно-мышечной системы, временное изменение структуры и временное изменение взаимодействия компонентов, тип (знак) обратной связи [6].

Частота возбуждения афферентных нейронов зависит от силы и интенсивности воздействия раздражителя, величины генерируемого рецепторного тока, концентрации открытых потенциалозависимых ионных каналов. Слабое воздействие раздражителя вызывает одиночные или низкочастотные сигналы в афферентных нейронах, а сильное воздействие (в плоть до химического, температурного или механического повреждения) вызывают высокочастотные сигналы (единицы, десятки Гц) [8, 9]. Частоту и амплитуду эфферентных нейронов ограничивают отрицательные обратные связи (тормозные афферентные нейроны обратной связи).

Задержка реакции на раздражитель связана с временем проведения биохимических и химико-электрических процессов, типом и параметрами рецепторов, нейронов, эффекторов, состава рецепторной дуги (кольца).

Прохождение сигналов по нейронам определяется разностью потенциалов на внутренней и внешней стороне мембраны нейрона, которая обеспечивается концентрацией ионов натрия, кальция, калия и хлора и концентрацией активных (открытых) ионных каналов, соединяющих внутреннюю и внешнюю сторону мембраны нейрона [9-11].

Отклонения в функционировании опорно-двигательного аппарата могут возникать из-за появления болевых ощущений (слабых или сильных) вследствие заболевания внутренних органов или повреждения каких либо участков организма. Рефлекторное поведение нервной системы организма при раздражении ноцицепторов стремится к отдалению от раздражителя. В случае наличия болевых ощущений в организме происходит рефлекторное изменение позы, осанки, движений с целью достижения возможного наименьшего воздействия на поврежденные (больные) участки. Продолжительные болевые ощущения могут привести к формированию новых программ (рефлексов) и закреплению искаженной позы, осанки или движения.

Распределение индивидуального порога болевой чувствительности находится в широком диапазоне, является симметричным с накоплением в центральных значениях с постепенным убыванием по мере удаления от центра, незначительной правосторонней ассиметрией, вызываемая возрастными параметрами. Аналогичные зависимости проявляются у животных и указывают на общебиологические внутривидовые закономерности [12].

При повреждении нервных тканей последовательно возникает ряд процессов приводящих к гибели поврежденных нервных клеток и последующей гибели неповрежденных. Согласно современным представлениям основными факторами, приводящих к разрушению нервных клеток, являются нарушение микроциркуляции, гипоксия и ишемия, при этом имеется связь между степенью повреждения нейронов и изменением уровня постоянного потенциала и мембранным потенциалом нейронов [13, 14]. Повреждение нервных тканей спинного мозга изменяет частоту и амплитуду сигналов спинного мозга и зависит от величины давления (сдавливания) и степени повреждения нервного волокна.

Таким образом, повреждение спинного мозга вызывает увеличение спонтанной электрической активности, а при значительном повреждении дальнейшим снижении спонтанной электрической активности. При этом частотные характеристики активности спинного мозга соответствуют частотным характеристикам активности коры головного мозга, но с меньшей амплитудой (в спинном мозге). Разрыв спинного мозга повышает уровень постоянного потенциала и снижает значения на электроспинограмме сегментов, лежащих ниже травмы, увеличение электрофизиологических изменений по мере удаления ниже от повреждения. Снижение уровня постоянного потенциала, суммарной амплитуды на электроспинограммах, уменьшение величины электрофизиологических отклонений свойственно сегментам, лежащих выше зоны повреждения. При давлении на спинной мозг происходит сдвиг уровня постоянного потенциала и снижение амплитуды на электроспинограммах. Выраженность нарушений в сигналах снижается при удалении от места давления. При снижении давления на спинной мозг происходит реполяризация и повторное увеличение амплитуды на электроспинограммах, полное восстановление уровня постоянного потенциала не происходит. Таким образом, комплексная обработка значений уровня постоянного потенциала и электрической активности спинного мозга позволяет оценить электрофизиологические нарушения и функциональные изменения спинного мозга как в зоне повреждения, так и в соседних областях [13].

Зависимости отклонений от нормальных значений сигналов нейронов, рефлексов и движений от патологий нервно-мышечного аппарата и повреждений дает возможность решения обратной задачи - оценивать возможные нарушения нервно-мышечного аппарата по отклонениям в пространственно-временных параметрах движений. Контроль параметров движений с последующей оценкой патологий опорно-двигательного аппарата позволяет не только проводить экспресс диагностику нервно-мышечной системы, но и вырабатывать управленческие решения при реабилитации опорно-двигательного аппарата с применением экзоскелетов.

2.Методика оценки болевых ощущений

Оценка болевых ощущений в процессе реабилитации осуществляется в соответствии с принципами работы систем реабилитации построенных на базе акселерометрических методов контроля движений [15-17]. Принцип их работы заключается в следующем. На основании данных гониометрии и томографии строится индивидуальная модель пациента, которая корректируется в процессе реабилитации. Индивидуальная модель пациента включает в себя угловую модель движений, модель костно-хрящевой системы, модель нервной системы. Контроль и коррекция движений осуществляется на основе принятия управленческих решений формируемых нейросетевым блоком при обработке отклонений движений от установленной нормы, оценочных значения трения кинематических пар, нагрузки, механического воздействия на нервную систему и возможных последствий совершения дальнейших движений (рисунок 1) [18, 19].

Параметры нервной системы оцениваются по движениям и воздействиям на рецепторы на основании специализированных методик. Для диагностики отдельного участка (совокупности участков) нервной системы формируется ряд диагностических упражнений и экспериментов. Группа диагностических упражнений и экспериментов направлена на проверку однотипных рефлекторных колец. При переходе к диагностике более высоких уровней функционирования нервной системы группы диагностических упражнений и экспериментов базируются на методиках диагностики низших уровней, с добавлением специфических подходов, характеризующих задачи проверяемого уровня.

Рисунок 1 - Оценка болевых ощущений

Диагностика конкретных рефлекторных колец движения является сложной на данный момент не осуществимой задачей, что связано с их большим количеством. Однако провести обобщенную диагностику рефлекса возможно. Диагностика рецепторов и афферентных путей рефлекторной дуги возможно для рецепторов, которые человек может ощутить. Кроме этого учитывается принцип метамерности. Диагностика эфферентных путей проводится рефлекторным способом. Диагностика афферентных обратных связей проводится рефлекторным способом в сравнении с противоположным кольцом одного уровня и аналогичных рефлексов на вышележащих уровнях спинного мозга.

При реабилитации в модель нервной системы включаются параметры, характеризующие болевые ощущения при совершении двигательных действий. Болевые параметры получаются на основании совокупных данных, получаемых от пациента и биомеханической модели пациента (описывающей так же напряженно-упругие свойства нервной ткани) при оценке мест и величины давления на ноцицепторные нейроны (нервные волокна). В модели нервной системы так же включаются параметры повреждений или патологий костно-хрящевой, мышечной и нервной системы, что повышает достоверность получаемых оценок. Механическое или химическое воздействие на участки нервной системы дает возможность оценить возникновение болевых ощущений и изменение параметров (частоты и амплитуды) сигналов проходящих через пораженные участки нервной системы.

Первоначальная оценка болевой чувствительности и болевого порога может осуществляться на основании получаемых электроэнцефалографических, электромиографических и рентенографических данных. При этом оценка болевой чувствительности осуществляется на здоровых (не травмированных) участках, так и в окрестностях имеющихся травм (по возможности). Разница в оценочных значениях, полученных на разных участках, дает степень нечувствительности (приглушенности болевых ощущений) на травмированных участках. Данная разница должна учитываться в нейро-механической модели пациента.

Заключение

Предлагаемая методика оценки болевой чувствительности пациента повышает эффективность систем диагностики и реабилитации, позволяет построить индивидуальную шкалу боли и корректировать её в процессе реабилитации и жизнедеятельности человека под его физиологические особенности и текущее состояние.

Статья выполнена при поддержке гранта РФФИ 16-08-00992_А

Список литературы

1. Чурюканов М.В. Боль в спине: ключевые моменты правильной оценки и обоснованной коррекции // Российский журнал боли. 2013. № 3 (40). С. 22-25

2. Крупаткин А.И., Кулешов А.А., Соколова Т.В., Господ А.О. Особенности хронического болевого синдрома при различных типах межпозвонковой грыжи // Российский журнал боли. 2016. № 1 (49). С. 41-47

3. Московец О.Н., Демина Н.А., Рабинович С.А. Влияние эмоционального состояния на болевую чувствительность зубов у пациентов на амбулаторном стоматологическом приеме // Боль. 2003. № 1 (1). С. 44-46

4. Саковец Т.Г. Особенности нейропатичесчкой боли при поражении суставов // Практическая медицина. 2014. № 4-1 (80). С. 103-106

5. Черненко О.А., Ахадов Т.А., Яхно Н.Н. Соотношение клинических данных и результатов магнитно-резонансных томографии при болях в пояснице // Неврологический журнал. 1996. № 2. С. 12-16

6. Назаров А.И. От рефлекторного кольца к многосвязной системе // Методология и история психологии. 2009. Т. 4. № 2. С. 32-44

7. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности // Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2011. № 6. С. 4-10

8. Филиппова Л.В., Ноздрачев А.Д. Современные концепции механизмов кодирования висцеральных болевых стимулов // Физиология человека. 2010. Т. 36. № 1. С. 125-137

9. Карымова Е.А., Катина И.Е., Плахова В.Б., Подзорова С.А., Кулов М.А., Иванов В.К., Крылов Б.В. Возможный механизм кодирования ноцицептивных сигналов: роль медленных натриевых каналов // Сенсорные системы. 2008. Т. 22. № 3. С. 257-270

10. Pokrovsky A.N. On the single neuron model that should be used in network modelling // International RNNS/IEEE Symposium on Neuroinformatics and Neurocomputers. 1995. pp. 140-147

11. Pokrovsky A.N. Averaged impulse activity in a neuronal net model // Biophysics. 1993. V. 38 (2). pp. 319-323

12. Мулик А.Б., Шатыр Ю.А., Постнова М.В. Биометрическая характеристика болевой чувствительности организма // Сенсорные системы. 2013. Т. 27. № 1. С. 60-67

13. Суфианова Г.З., Шапкин А.Г. Повреждение нервной ткани. Механизмы, модели, методы оценки // М.: Издательство РАМН, 2014. 288 с.

14. Шаницин И.Н., Иванов А.Н., Бажанов С.П., Ульянов В.Ю., Норкин И.А., Нинель В.Г., Пучиньян Д.М. Методы изучения измерений в спинном мозге при травматических повреждениях периферического нерва // Региональное кровообращение и микроциркуляция. Т. 13. № 1 (49). С. 13-22

15. Dorofeev, N., Podmasteriev, K., Kuzichkin, O., Grecheneva, A. Improving the efficiency of the human spine diagnostics systems // CEUR Workshop ProceedingsVolume 1839, 2017, Pages 41-51.

16. Grecheneva, A., Kuzichkin, O., Dorofeev, N. The algorithm for express-analysis of human functional systems considering of the goniometric control data // International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEMVolume 17, Issue 61, 2017, Pages 1081-1088

17. Богданова Л.П. Адаптивное биоуправление в восстановлении движений у больных травматической болезнью спинного мозга при осложненном переломе позвоночника // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2014. № 4 (46). С. 129-137

18. Grecheneva, A.V., Dorofeev, N.V., Kuzichkin, O.R., Konstantinov, I.S. Diagnosis of Neuro-physiological State of a Person on the Biomechanical Parameters // Procedia Computer Science, Volume 103, 2017, Pages 260-265

19. Греченева А.В., Кузичкин О.Р., Дорофеев Н.В., Константинов И.С. Применение акселерометрических датчиков в измерительных гониометрических системах // Информационные системы и технологии. 2015. № 4. С. 5-10

Размещено на Allbest.ru