Нарушение навыков ходьбы может возникать по разным причинам, основными из которых на сегодняшний день являются инсульт и травмы. В то же время основными причинами кровоизлияний в мозг являются инсульт и ДТП.[1]
В связи с этим важное значение имеет работа по реабилитации пациентов, частично или полностью утративших способность к самостоятельной ходьбе из-за кровоизлияния в мозг при инсульте и травм позвоночника и нижних конечностей. Настоящим прорывом в этой сфере стало внедрение роботизированных комплексов с биологической обратной связью (БОС), виртуальной реальностью (ВР) и функциональной электростимуляцией (ФЭС).
В статье разберём особенности применения роботизированных комплексов для локомоторной терапии позвоночника и нижних конечностей и их популярные модели отечественных и зарубежных производителей.
Содержание:
- Нарушение навыков ходьбы: причины и следствия
- Роботизированные комплексы для локомоторной терапии с БОС
Нарушение навыков ходьбы: причины и следствия
Причиной нарушения навыков ходьбы может быть как внешнее влияние – травма, – так и внутренние нарушения, такие как кровоизлияния в мозг – инсульты.
При этом нарушения навыков ходьбы, распространённое среди пожилых людей, является фактором риска падений и получения травм.[2] Результаты популяционного исследования свидетельствуют, что распространенность нарушений ходьбы среди людей в возрасте старше 70 лет достигает 35%. Если в возрасте до 60 лет 85 % людей имеют нормальную походку, то в 85 лет и старше этот показатель снижается до 18 %.[3] Инсульт является главной причиной инвалидизации – 3,2 на 10 000 населения.[4]
Другой частый случай, требующий восстановительной локомоторной терапии – травмы, полученные в результате дорожно-транспортных происшествий, бытовые травмы, а также отдельный и весьма значительный сегмент – ранения в результате боевых действий на СВО.
Все эти случаи требуют эффективного лечения и восстановления навыков ходьбы, а также утраченных из-за травм когнитивных функций, связанных с ходьбой.[5]
Роботизированные комплексы для локомоторной терапии с БОС
Роботизированная нейрореабилитация занимает особое место в комплексе мер по реабилитации пациентов с двигательными нарушениями вследствие травм и инсультов.
Современные роботизированные комплексы позволяют проводить занятия по восстановлению навыков ходьбы безопасно и с высокой эффективностью, обусловленной применением подвесов для перемещения и поддержки пациентов, их разгрузки, симуляторов с виртуальной реальностью для вовлечения пациентов в процесс, а также функциональной электростимуляции для ускорения реабилитации.
При этом пациент получает бо́льшую свободу в выполнении упражнений без поддержки персонала, что повышает его степень удовлетворённости процессом. А с медицинского персонала снимается значительная часть физической работы, такой как перемещение пациента к тренажёру и обратно и поддержка при выполнении упражнений. Такой подход удобен и выгоден обеим сторонам и намного ускоряет процесс каждой тренировки и восстановление навыков ходьбы.
Преимущества современных роботизированных комплексов
Роботизированные комплексы удовлетворяют основополагающим принципам нейрореабилитации: раннее начало, мультидисциплинарность, систематичность, комплексность, длительность, социальная направленность, активное участие в реабилитационном процессе больного, использование методов адекватного контроля и эффективности, лучший профиль безопасности для пациента и меньшая механическая трудозатратность для медицинского персонала.[6]
Эффективность роботизированных комплексов для восстановления навыков ходьбы у пациентов после травм и инсультов подтверждают современные исследования.[7]
Принцип двигательного научения и нейропластичность
Применение роботизированных комплексов для локомоторной терапии основано на принципе нейропластичности мозга и способности его к двигательному научению.
Двигательное научение – это двигательная адаптация, в основе которой лежит коррекция ошибок между заданными и выполненными движениями. Двигательная адаптация становится возможной благодаря применению систем биологической обратной связи. При этом, хотя для реализации двигательной адаптации нужны часы и месяцы, её «забывание» при прекращении тренировок происходит довольно быстро.
Для закрепления в памяти головного мозга двигательного акта необходимо сделать упражнение не менее 400 раз, что возможно только с роботизированными системами.
Тренировки на современных роботизированных комплексах с БОС индуцирует пластичность нейронов двигательной коры больших полушарий мозга за счет внешнего стимулирующего воздействия.[8]
Поддержка и страховка
Одной из главных проблем пациентов, перенёсших травмы и инсульты и утративших способность к самостоятельной ходьбе частично или полностью при его восстановлении является нарушение паттерна ходьбы. Причиной этого могут быть различные нарушения: «перетаскивание» стопы и пальцев ног, применение разных компенсаторных стратегий из-за ослабления парезов и параличей мышц (foot drop) и т. д.[9]
Применение экзоскелета позволяет не только разгрузить пациента, но и сохранить физиологически правильный паттерн ходьбы, избежав компенсаторных движений, которые без стороннего контроля пациент совершает неосознанно. Фиксация стоп и ног пациента в правильном положении и его направление делают занятия на тренажёрах более эффективными, а разнообразные по конструкции подвесы разгружают его и облегчают процесс совершения шага.
Кроме того, в ряде роботизированных комплексов для локомоторной терапии, таких как NeuroHelper, реализована функция подъёма и перемещения пациента на дорожку и обратно без физического участия медперсонала, что значительно облегчает работу специалистов по реабилитации и делает тренировки более комфортными и для пациентов, и для медицинского персонала.
Функциональная электростимуляция
Функциональная электростимуляция (ФЭС) – технология, позволяющая начать восстановительную терапию, даже если пациент совершенно не способен сделать шаг самостоятельно. Её внедрение в реабилитацию стало настоящим прорывом и позволило ускорить процесс восстановления пациентов после инсультов и травм, в том числе минимизируя негативные последствия для их когнитивных функций.
Впервые метод функциональной электростимуляции был использован в 1961 году американским ученым В. Либерсоном. Запатентован он был в 1965 году как метод стимуляции нервно-мышечных образований человека. Суть метода состоит в электростимуляции мышц, приводящем к их сокращению, что и инициирует шаг. Либерсон использовал ФЭС малоберцового нерва во время ходьбы. После было разработано устройство для помощи пациентам при ходьбе, созданы принципы безопасности нервно-мышечной стимуляции, способствующей наращиванию силы в пораженных мышцах и увеличению диапазона активных движений в голеностопном суставе паретичной конечности.[10]
В России развитие этого метода реабилитации связано с именем Анатолия Самойловича Витензона, разработавшего метод искусственной коррекции движения с помощью исключительно фазовой электростимуляции мышц. Важно отметить, что ФЭС не изменяет программу мышечных сокращений при ходьбе, а только усиливает их. Таким образом, тренировки на роботизированном комплексе с функцией ФЭС обеспечивают постепенное восстановление навыков ходьбы в комфортном для пациента ритме и с нетравматичной нагрузкой.[11]
Современные ФЭС стали компактнее: нет необходимости во внешних датчиках, проводах. Также следует отметить функциональные усовершенствования: форма импульса стала ближе к физиологической электрической активности организма человека. Надёжность тренажёров также выросла, что отмечают специалисты. Кроме того, теперь можно использовать индивидуальные настройки ходьбы для пациентов с учетом нозологии, уровня активности, толерантности к стимуляции, состояния кожных покровов, болевого порога и ощущений от стимуляции.[12]
Биологическая обратная связь
Применение в роботизированных комплексах систем биологической обратной связи позволяет повысить комфорт и безопасность тренировок и также получить данные для научно-исследовательской работы в области нейрореабилитации, что в будущем позволит повысить качество восстановления пациентов и экономическую эффективность лечебных учреждений.
Приоритетным направлением реабилитации пациентов после инсультов во всём мире в последние 20 лет является двигательная реабилитация с применением высокотехнологичных роботизированных комплексов с биологической обратной связью, что позволяет проводить стандартизированные тренировочные сессии с одновременным получением информации о прогрессе восстановления функций, что важно для принятия клинических решений и исследований.[13]
В основе тренировок на тренажёрах с ФЭС лежит механизм нейропластичности мозга, о котором сказано выше. Он позволяет сформировать следы двигательной памяти, которые и используются процессе восстановления и лежат в основе реализации биологических обратных связей «пациент – реабилитационный комплекс».[14]
Для оценки состояния головного мозга на основе его электрической активности при проведении реабилитационных мероприятий с использованием тренажёров с ФЭС применяют метод электроэнцефалографической (ЭЭГ) биологической обратной связи. Система ИИ «мозг – компьютер» (BCI) способна распознавать определённые паттерны биологических потенциалов головного мозга и обеспечивать коммуникацию пациента с окружающей средой с помощью передачи ЭЭГ-сигналов на внешние исполнительные устройства[15], в нашем случае – на экзоскелет – без вовлечения периферического нервно-мышечного аппарата.
В процессе нормального двигательного обучения нервная система не сталкивается с проявлениями нейромышечных нарушений – изменением тонуса мышц, мышечной слабостью и поврежденными или разбалансированными сенсорными системами. Головной мозг не контролирует мышцы напрямую, а координирует соответствие кинематическим спецификациям, корректируя мышечную активность для обеспечения оптимального движения. Это демонстрирует необходимость фокусировки реабилитационных воздействий не на отдельных мышцах и увеличении их силы, а на движениях и двигательном обучении. Эти цели стоят перед современными роботизированными технологиями с BCI и адаптивными алгоритмами, позволяющими сочетать антигравитационную поддержку паретичной конечности, встроенный механизм корректировки движения и функции дополненной реальности для приближения тренировок к условиям повседневной жизни.[16]
Виртуальная реальность
Важную роль в восстановлении двигательных навыков играет внедрение вместе с биологической обратной связью виртуальной среды (ВС) для тренировки определённых навыков и отслеживания прогресса и ошибок, допускаемых пациентом. Современные тренажёры с виртуальной реальностью (ВР) позволяют оптимизировать процессы обработки, хранения, поиска и анализа данных на всех этапах жизненного цикла виртуальных тренажёров. Их практическое применение требует создания сценария работы и управления на основе индивидуальных особенностей пользователя.[17]
Индивидуальные настройки виртуальной реальности и БОС позволяют эффективно прорабатывать навыки движения с пациентами с различными типами и тяжестью повреждений.
Кроме того, работа с виртуальной реальностью мотивирует пациентов больше вкладываться в процесс тренировок, поскольку на мониторе перед собой они видят пример того, каких результатов могут достигнуть, приложив больше усилий, например начать ходить, сгибать руку или ногу и т. д. Для пациентов, угнетённых состоянием неподвижности и ограниченности их физических возможностей наглядность виртуальной среды крайне важна.
Обзор роботизированных комплексов для локомоторной терапии с БОС
Роботизированный комплекс локомоторной терапии с БОС NeuroHelper
Примером эффективного современного реабилитационного тренажёра с БОС и ФЭС для восстановления навыков ходьбы является роботизированный комплекс с биологической обратной связью NeuroHelper.
Назначение комплекса – локомоторная терапия пациентов с нарушением двигательных функций нижних конечностей и позвоночника в медучреждениях.
Экзоскелет со встроенной и синхронизированной 8/16-канальной системой ЭМГ и ФЭС поддерживает физиологически правильный паттерн ходьбы, что снижает время на реабилитацию пациентов.
Особенность комплекса состоит в том, что инициировать шаг пациент может несколькими способами: наклоном туловища, нажатием кнопки на пульте, попыткой сделать шаг самостоятельно.
Надёжная поддержка и разгрузка пациента позволяют применять комплекс для восстановления навыков ходьбы у больных, частично или полностью утративших их. При этом физическое участие медперсонала в тренировке минимально: перенос пациента на дорожку и обратно осуществляется механически. Это позволяет снизить нагрузку на сотрудников медучреждения и повысить степень самостоятельности пациентов, что благоприятно сказывается на атмосфере тренировок и настроении больных.
Система оснащена виртуальной реальностью с различными локациями для большего вовлечения пациента в процесс.
Роботизированный реабилитационный тренажер LEXO
Роботизированный реабилитационный тренажёр LEXO с БОС производства компании Tyromotion применяется для восстановления навыков ходьбы у взрослых пациентов, перенесших инсульт, ЧМТ, пациентов с церебральным параличом, рассеянным склерозом, другими заболеваниями центральной нервной системы.
Поддержка и разгрузка пациента, система виртуальной реальности и простые индивидуальные настройки пользователя позволяют эффективно использовать этот тренажёр для восстановления двигательных навыков.
А БОС с несколькими модальностями повышает информативность тренировок для составления дальнейшего плана занятий в зависимости от изменений в состоянии пациента.
Подвес Орторент С++
Доступным решением для медучреждений является разработка российской компании «Орторент» – стационарный реабилитационный подвес для вертикализации пациента Орторент С++ с роботизированной кинематической системой имитации шага.
Эффективная и безопасная поддержка пациента исключает травмы во время занятий, а также позволяет контролировать немобильных пациентов. Применение беспроводной передачи данных обеспечивает высокое качество биологической обратной связи (БОС) при использовании подвеса.
Создание программ обучения для каждого пациента, что способствует высокой индивидуализации лечебного плана и повышает эффективность занятий.
Заключение
- Нарушение навыков ходьбы является одним из основных факторов снижения качества жизни людей, непосредственно связанным с такими проблемами, как травмы после ДТП и инсульты.
- Нейропластичность мозга позволяет восстанавливать двигательные навыки и связанные с ними когнитивные функции человека посредством повторяющихся тренировок.
- Роботизированные комплексы с БОС, ФЭС и ВР значительно повысили эффективность восстановительной локомоторной терапии после травм и заболеваний центральной нервной системы и опорно-двигательного аппарата.
