Биомеханические методы реабилитации патологии походки и баланса тела 14. 00. 51. восстановительная медицина, лечебная физкультура и спортивная медицина, курортология и физиотерапия

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ

На правах рукописи

Биомеханические методы реабилитации патологии

походки и баланса тела


14.00.51. – восстановительная медицина, лечебная физкультура и

спортивная медицина, курортология и физиотерапия

Диссертация выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский 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

доктор медицинских наук, профессор Г. Е. Иванова

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.

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.

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования.

1. 
   Модифицировать технические методы исследования и коррекции биомеханики походки и вертикальной стойки.
   
2. 
   Провести сравнительный анализ собственных и литературных данных о биомеханических параметрах походки и вертикальной стойки в норме.
   
3. 
   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.
   
4. 
   Разработать практическую экспресс методику исследования постурального баланса методом стабилометрии.
   
5. 
   Изучить диагностические возможности методов регистрации биомеханических параметров походки и вертикальной стойки для объективной оценки состояния системы регуляции движений и последующей коррекции выявленных нарушений.
   
6. 
   Провести оценку эффективности модифицированного метода искусственной коррекции движений у больных с хронической поясничной люмбоишалгией и рассеянным склерозом методами биомеханики.
   
7. 
   Оценить возможность применения стабилометрического исследования для определения эффективности мануальной терапии у больных с хронической поясничной люмбоишалгией.
   
8. 
   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.
   

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.

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

1. 
   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.
   
2. 
   Клинически сходные формы заболеваний центральной и периферической нервной системы могут иметь существенно отличающиеся биомеханические характеристики нарушенных двигательных функций.
   
3. 
   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.
   

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.

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.

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.

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.).

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).

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.

2. 
   МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
   

2. 
   РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
   

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