Процесс внедрения роботизированных и электромеханических систем в программы медицинской реабилитации пациентов с нарушением функции нижних конечностей получил активное развитие в последние годы, что связано с возможностью автоматизировать, индивидуализировать и интенсифицировать эту трудоемкую отрасль медицины.
Возможности роботизированной механотерапии и экзоскелета
Роботизированная механотерапия (РМ) представляет собой внешние механизированные ортезы с сервоприводами, оснащенные аппаратно-программным управлением. Выделяют два основных типа экзоскелетов:
1. Экзоскелеты, связанные с беговой дорожкой и системой разгрузки веса, преимуществом которых является надежная фиксация больного без рисков падения и травм, а также регулируемая настройка трека ходьбы (угол наклона дорожки, скорость полотна).
2. Экзоскелеты свободного перемещения (ExoAtlet I), которые чаще всего не имеют системы разгрузки веса или свободно перемещаются вместе с больным, обладают мобильностью и могут использоваться в повседневной жизни.
Восстановление ходьбы с помощью РМ осуществляется путем интенсивной, повторяющейся и целеориентированной двигательной активности, которая формирует правильный паттерн движений. Упражнения требуют физических усилий, внимания и вовлеченности в процесс. Экзоскелеты последнего поколения (ExoAtlelt I) оснащены синхронизированной функциональной электростимуляцией (ФЭС) мышц спины и нижних конечностей, что потенцирует эффект механотерапии и реорганизует нарушенный стереотип движений.
РОБОТИЗИРОВАННЫЕ УСТРОЙСТВА ПОЗВОЛЯЮТ АДАПТИРОВАТЬ ПРОГРАММУ ИНДИВИДУАЛЬНО ПОД ПОТРЕБНОСТИ КАЖДОГО ПАЦИЕНТА
Роботизированные устройства регистрируют ряд параметров: угол выноса бедра и голени, объем движений в голеностопном суставе, площадь опоры, скорость и вектор переноса центра тяжести при ходьбе, что позволяет индивидуализировать особенности нарушений походки и адаптировать программу под потребности пациента.
Одной из модальностей в терапии нарушений ходьбы является проприоцептивная стимуляция. Рецепторный аппарат подошвы благодаря воздействию, имитирующему шаговые движения, инициирует процесс восстановления движений нижней конечности и сохраняет познотонические рефлексы при поражении проводящих путей в головном мозге, особенно в условиях недостаточной нисходящей стимуляции. Для уменьшения негативного влияния отсутствия гравитации и последующей атрофии гравитационно-зависимых мышц используется подошвенная стимуляция, показавшая свою эффективность в ряде исследований.
Нами была изучена эффективность экзоскелета ExoAtlet I с интегрированной функциональной электростимуляцией (ФЭС) для восстановления функции ходьбы у пациентов в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта (ИИ).
Исследование проводили на базе филиала 3 ГАУЗ МНПЦ МРВСМ имени С. И. Спасокукоцкого ДЗМ. Курс реабилитации проходили 127 пациентов с тяжелыми нарушениями функции ходьбы и равновесия, в раннем восстановительном периоде ИИ. Из них — 68 мужчин, 59 женщин, средний возраст 63,0 ± 4,7 лет. Правосторонний гемипарез имелся у 58 больных (45,6 %), левосторонний — у 69 пациентов (54,4 %). Давность перенесенного инсульта составляла от одного до шести месяцев (в среднем — 4,6 ± 1,3 месяца).
В исследование включали пациентов с тяжелым или умеренным парезом мышц-разгибателей стопы (балл по 6-балльной системе оценки двигательных нарушений Британского совета медицинских исследований не более 3), отсутствием грубой спастичности мышц ног (балл по шкале спастичности Эшворта не более 3), легкими и умеренными когнитивными нарушениями (балл по шкале МоСА 20 и более). Критерии отбора пациентов для исследования представлены в таблице 1.
Таблица 1 | Критерии отбора пациентов с постинсультными статолокомоторными нарушениями
Все обследованные пациенты имели постинсультный парез в мышцах ног, причем наибольшая слабость отмечалась в мышцах-разгибателях стопы. У 11 пациентов (8,6 %) движения в стопе отсутствовали полностью, у 55 пациентов (43,3 %) сила мышц составляла 1–2 балла, у 61 пациента (48,1 %) — сила мышц-разгибателей стопы оценивалась в 3 балла.
Пациенты были рандомизированы методом случайных чисел на 2 группы, сопоставимые по возрастно-половым и неврологическим характеристикам:
• основная группа (ОГ) — 68 больных, средний возраст 66,6±3,9 лет;
• контрольная группа (КГ) — 59 пациентов в возрасте 61,1±4,8 лет.
Всем пациентам было проведено 15 процедур базовой реабилитации, которая включала ЛФК, магнитотерапию, массаж паретичной конечности. Процедуры выполнялись через день в течение 5 недель.
Пациенты ОГ дополнительно получали роботизированную механотерапию с использованием экзоскелета ExoAtlet I с БОС и ФЭС.
Особенности проведения роботизированной механотерапии с функциональной стимуляцией
Работа тренажера основана на принципе локомоторного ассистирования движениям пациента через регистрацию данных актиграфов, акселерометров, а также электромиографических потенциалов мышц. За счет внешних роботизированных ортезов пораженная конечность передвигается в пределах анатомо-физиологических параметров. Также присутствует режим полного контроля движения в случае выраженного пареза или плегии. Комплекс РМ с ФЭС включает: экзоскелет с миостимулятором, планшет для управления, набор электродов, систему разгрузки веса свободного перемещения или на беговой дорожке, опционально очки виртуальной реальности (ВР). Методика роботизированной механотерапии включает несколько этапов (табл. 2).
Таблица 2 | Этапы занятий на тренажере роботизированной механотерапии с БОС и программируемой ФЭС
Курс процедур составляет 10–15 сеансов продолжительностью 30 минут, занятия проводятся ежедневно или 2–3 раза в неделю (в зависимости от выраженности пареза и состояния пациента).
От начала к концу курса увеличивают длину шага и снижают интервал между шагами до ходьбы без интервала. Параметры длины шага и скорость ходьбы настраиваются индивидуально. Время ходьбы составляет 30 минут и поделено на 3 интервала по 10 минут с обязательными перерывами по 5 минут, которые больной проводит в положении сидя.
Этапы проведения роботизированной механотерапии с БОС и программируемой ФЭС (экзоскелет). Фото: НИИОЗММ ДЗМ
Активный и индифферентный электроды накладывают накожно перпендикулярно ходу мышечных волокон. Электростимуляцию проводят однополярным низкочастотным импульсным током прямоугольной формы с амплитудой в диапазоне от 30 до 80 мA, длительностью от 100 до 150 мкс и частотой следования от 50 до 80 Гц. Стимуляция подбирается индивидуально для каждого пациента, обеспечивая наиболее оптимальное мышечное сокращение (табл. 3).
Таблица 3 | Параметры встроенной функциональной электростимуляции в экзоскелете
Исходно, до начала терапии (1-й визит, Т1), через 3 недели терапии (2-й визит, Т2) и 5 недель от начала курса МР (3-й, окончательный визит, Т3) проводили оценку двигательных, координаторных нарушений, а также когнитивной, эмоциональной функций независимости в повседневной жизни (индекс Бартел).
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКЗОСКЕЛЕТА ПОКАЗАЛО НЕ ТОЛЬКО УВЕЛИЧЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ СИЛЫ У ПАЦИЕНТОВ, НО ТАКЖЕ УЛУЧШЕНИЕ ПСИХОЭМОЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ
Степень пареза нижней конечности определялась по пятибалльной шкале MRCs, спастичность — по модифицированной шкале Эшворта (mAS), функциональная независимость — с помощью индекса Бартел. Оценка когнитивных функций проводилась по Монреальской шкале (MoCA), уровня тревоги и депрессии — по госпитальной шкале тревоги и депрессии (HADS), нарушение ходьбы и равновесия — с использованием шкалы Тинетти.
Результаты исследования
При проведении медицинской реабилитации пациентов ОГ было выявлено увеличение силы мышц c 2,78±0,23 до 3,57±0,21 балла по MRCs и снижение мышечного тонуса c 1,86±0,21 до 1,52±0,19 балла по mAS. У пациентов КГ положительная динамика снижения мышечного тонуса и повышения силы в мышцах голени не достигала значимых различий (p>0,05).
К МОМЕНТУ ОКОНЧАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАБЛЮДАЛОСЬ СТАТИСТИЧЕСКИ ЗНАЧИМОЕ НАРАСТАНИЕ СКОРОСТИ ХОДЬБЫ У ПАЦИЕНТОВ, ИСПОЛЬЗОВАВШИХ ЭКЗОСКЕЛЕТ
Средняя комфортная и максимальная скорость ходьбы, рассчитанная по тесту 10-метровой ходьбы, у всех участников исследования находилась в пределах средних значений, 0,4±0,14 м/сек у пациентов ОГ и 0,38 ±0,16 м/сек у пациентов КГ, что свидетельствовало о наличии выраженных ограничений свободного передвижения в условиях сообщества, без значимых межгрупповых различий. К моменту окончания исследования наблюдалось статистически значимое нарастание скорости ходьбы у пациентов ОГ (с 0,4 до 0,48 м/сек; p<0,05), в то время как у пациентов КГ улучшение показателей не достигало степени статистической значимости.
При повторном тестировании отмечался регресс познотонических расстройств по шкале Тинетти. У пациентов ОГ к концу исследования в 63,3 % случаев (43 пациента) выявлялись умеренные статолокомоторные нарушения. Изучение эффективности применения РМ с ФЭС на общую двигательную активность, статическое и динамическое равновесие показало статистически значимую положительную динамику (p<0,05) у пациентов ОГ по параметрам общей двигательной активности, подшкалам ходьбы и равновесия шкалы Тинетти на визите Т3. У пациентов КГ значимого нарастания среднего суммарного числа баллов по сравнению с исходными значениями шкалы Тинетти не зарегистрировано (p<0,05). Также отмечалось улучшение ходьбы по шкале Тинетти у пациентов ОГ (рис. 1).
Рисунок 1 | Динамика показателей шкалы Тинетти (баллы) при проведении роботизированной механотерапии
При оценке динамики психоэмоционального статуса и когнитивных функций был получен статистически значимый прирост по шкале MoCA и уровню депрессии по HADS в ОГ (рис. 2–3).
Рисунок 2 | Динамика показателей когнитивного статуса по шкале МоСА при проведении роботизированной механотерапии, баллы
Исходно умеренные когнитивные нарушения и деменция легкой степени выявлены у 74 (66,1 %) больных. Средний балл по шкале МоСА в ОГ составил 22,3±1,15; в КГ — 22,9±1,17. В обеих группах отмечались нарушения способности быстрой ориентации в меняющейся обстановке, концентрации внимания при выполнении тестов. Выявлялись снижение памяти, особенно на текущие события, замедленность мышления, быстрая истощаемость. При этом отмечалась достоверная положительная динамика показателей нейродинамических и регуляторных функций в ОГ. Позитивные изменения памяти отмечались к 5-й неделе исследования (рис. 2).
Анализ динамики эмоционального состояния по шкале HADS показал снижение суммарного числа баллов по подшкале депрессии у 58 (82,3 %) пациентов ОГ к 5-й неделе терапии до средних показателей 7,8. Это ниже диагностического показателя субклинической депрессии (8 баллов). Положительная динамика наблюдалась у пациентов ОГ по подшкале тревоги. Средний показатель выраженности тревоги у пациентов ОГ до начала реабилитации составлял 10,2 ± 2,9 балла, у пациентов КГ — 10,0 ± 2,4 балла. К моменту окончания исследования (Т3) средний балл тревоги по шкале HADS снизился до 7,4 у пациентов ОГ, что ниже диагностического показателя субклинической (8 баллов). Изменения показателей КГ не достигали степени статистической значимости (рис. 3).
Рисунок 3 | Динамика показателей эмоционального статуса по шкале HADS при проведении роботизированной механотерапии, баллы
Исходно пациенты ОГ и КГ не различались по сумме баллов шкалы Бартел. При оценке динамики функциональной независимости было получено статистически достоверное улучшение индекса Бартел у пациентов обеих групп, со статистически значимой разницей межгрупповых различий по показателям: передвижение по ровной поверхности, вставание с постели, подъем по лестнице. Через 5 недель после начала реабилитационных мероприятий средний балл для пациентов ОГ составил 72–4,6; для КГ — 64–6,8 (рис. 4).
Рисунок 4 | Динамика показателей активности повседневной деятельности (индекс Бартел) при проведении роботизированной механотерапии, баллы
В исследовании продемонстрирована эффективность применения РМ с ФЭС в восстановлении силы, объема и скорости движений в пораженной конечности. Кроме того, занятия с использованием экзоскелета ExoAtlet I достоверно улучшают когнитивные функции и приводят к снижению уровня депрессии у больных в раннем восстановительном периоде ИИ. На основании исследования разработана модель пациента для проведения РМ с ФЭС для коррекции нарушенной функции ходьбы и равновесия (табл. 4).
Таблица 4 | Модель пациента для применения роботизированной механотерапии с функциональной электростимуляцией для восстановления функции ходьбы у пациентов с ишемическим инсультом
Применение роботизированной механотерапии с ФЭС открывает перспективы для эффективного восстановления и улучшения качества жизни пациентов после инсульта, дает возможность вернуться к активной и полноценной жизни людям с тяжелой патологией.