Компенсаторные процессы у лиц с односторонней ампутацией нижней конечности (обзор)

P.A. Baiguzhin, ,

V.V. Erlikh, ,

Ya.V. Burnashov, , South Ural State University, Chelyabinsk, Russia

Введение. По данным литературных источников в России отмечается рост абсолютного числа ампутаций нижних конечностей [2, 3], исключая инвалидов – участников СВО, у которых статистика подобных операций [1] обусловлена специфическими причинами и особенностями травматизации.

Основной задачей реабилитации инвали-дов-ампутантов является протезирование как вариант восстановления утраченной конечности (ее части) при помощи искусственных изделий. Однако замещение утраченной части конечности не значит замена ее функций – достижения полноценного функционирования. В рамках оказания протезно-ортопедической помощи населению актуализируется вопрос о прогнозировании результатов протезирования и эффективности реабилитационных мероприятий.

Ампутация нижних конечностей в основном является результатом травмы, сосудистого заболевания, диабета или врожденных нарушений. Лица с ампутацией теряют способность к равновесию (при стоянии, ходьбе) в зависимости от уровня ампутации. По данным обзора [17], неоднозначными и спорными являются результаты исследований роли в оценке степени нарушения равновесия таких факторов, как уровень и тип ампутации, равно как и причины ампутации.

Материалы и методы. В поисковой системе по биомедицинским исследованиям – PubMed – проведена выборка 123 публикаций исследований по комбинациям ключевых слов и словосочетаний: «компенсаторные процессы» (compensatory processes), «компенсаторные механизмы» (compensatory mechanisms), «ампутанты» (amputees), «односторонняя ампутация» (unilateral amputation), «нижние конечности» (lower limbs). Проведен анализ 27 работ, предмет исследования которых со- гласован с целью нашего исследования. Проведены анализ и обобщение результатов исследования, подходов к оценке параметров компенсаторных механизмов организма транс-тибиальных и трансфеморальных ампутантов.

Результаты. Качество походки и осанки детерминируется равновесием – целевым показателем, характеризующим физическую работоспособность ампутантов, которому в ходе реабилитации уделяется основное внимание. Совершенствование, в том числе компенсаторных механизмов, способности к равновесию обеспечивает повышение самоэффективности, автономности и безопасности передвижения [31].

В мировой практике для оценки эффективности протезной реабилитации используются около десятка диагностических инструментов: например, самоотчеты «Протезный профиль ампутанта» [12] или «Опросник пользователей ортопедических протезов» [16]; методы измерения физической эффективности «Оценка проблем мобильности» [27] или «Функциональная досягаемость» [10]. Однако, руководствуясь преимуществами объективной оценки, нашего внимания заслуживают «Шкала баланса Берг» (BBS) [5] и AMPPRO (предиктор мобильности ампутантов с протезом) [11].

Предложенная К. Берг в 1989 году BBS позволяет, наблюдая за смещением центра давления при выполнении различных функциональных действий в положениях сидя и стоя, оценить статические и динамические компоненты равновесия (14 двигательных задач). Различная степень успеха выполнения задачи указывает на определенный риск падения ампутанта [5].

Надежным и валидным является комплексный диагностический инструмент AMPPRO (предикторы мобильности ампутантов с про- тезом), включающий тестирование равновесия при осуществлении различных двигательных задач (равновесие сразу после вставания, при поднимании предмета с пола и т. п.), а также базовых двигательных актов (вставание со стула, ходьба, повороты в движении, подъём и спуск по лестнице) – всего 21 тест. Критерии оценивания функциональных способностей инвалидов-ампутантов позволяют проводить дифференциацию на пять функциональных уровней [2, 11]. Целесообразность применения указанных выше и подобных инструментов лежит в рамках концепции «динамической оценки функционального баланса».

Ключевые параметры, характеризующие «функциональный баланс» в большинстве методик оценивания кинематики двигательных задач, отражают статическое и динамическое функциональное равновесие. Наиболее информативными показателями, тесно связанными с динамическим балансом, являются: скорость походки (м/с), каденция (шаг/мин), процент фазы опоры левой и правой ног (L%, R%) и их двойная опора (%). Статические характеристики баланса включают стабилогра-фические показатели – площадь смещения эллипса (мм2), длину пути эллипса (мм) и среднюю скорость смещения эллипса (мм/с), процентное соотношение подошвенного давления на пораженной и здоровой ноге (%) [31].

К настоящему времени созданы аппаратно-программные комплексы для оценки кинематических параметров походки и успешно применяются в реабилитации ампутантов, носящих протезы [4, 14].

В проблемном поле реабилитации находится знание о компенсаторных процессах, выраженных в особенностях проявления функций в условиях жизнедеятельности с протезом. «Задача» компенсации как реакции организма на «препятствие» к адаптации заключается в сохранении жизнеобеспечивающих функций и замещении функциональной недостаточности поврежденных элементов системы деятельностью неповрежденных ее элементов. Такого рода «адаптация с опорой на несобственные ресурсы» у инвалидов-ампутантов проявляется на различных уровнях организации биологической системы.

Характеристика компенсаторных процессов организма ампутантов описывает как общие, так и специфические параметры адекватной организации управления движением.

В работе N. Rubin с соавторами (2024) показано, что периферическое нервно-мышечное повреждение приводит к функциональным реорганизациям на уровне спинного мозга [23]. Также активно обсуждаются функциональные и перцептивные процессы функциональной реорганизации коры головного мозга , связанные с ампутацией [18, 19].

В работе [18] показано, что корковое представление конечности остается стабильным, несмотря на потерю ее основного периферического входа. Более того, предположительно массивная реорганизация является результатом в первую очередь формирования или потенцирования новых путей в подкорковых структурах и не создает новых функциональных сенсорных представлений. В более поздней работе [19] автор указывает, что «ни в какой период, включая ранний этап развития, кора не предлагает структурных возможностей для функциональной плюрипотентности». Реорганизация как отдельная форма пластичности коры, часто вызываемая такими словами, как «перестройка» и «перемонтаж», не существует.

В этой связи востребованными являются результаты исследования компенсаторных механизмов, лежащих в основе нейромышечной адаптации и выраженных в нарушении сенсомоторной интеграции после ампутации нижней конечности и, следовательно, в асимметричной стойке и походке [9].

В клинической практике с целью снижения компенсаторной напряженности организма разработан способ операции по ампутации «агонист – антагонист мионевральный интерфейс», направленный на сохранение сигнальных механизмов центрально-периферической нервной системы [8]. Поскольку нейронные сигналы в остаточных мышцах ампутированных конечностей часто декодируются для управления силовыми протезами [23], данный подход инициирует целевую функциональную реорганизацию нейросети, оптимизируя нейронную конфигурацию для протезного контроля.

Мышечная система – основное звено компенсаторного процесса двигательных актов ампутантов [13, 15, 28]. Основным «внешним» компенсаторным механизмом походки, используемым людьми с односторонней ампутацией для облегчения перемещения стопы во время фазы протезного переноса, является опорный ход. Однако общая стратегия компенсаторной механики безопорной походки представлена сниженной скоростью ходьбы и сокращением длины шага неповрежденной конечности, что, в свою очередь, снижает скорость центра масс при контакте с пяткой [21]. Следовательно, увеличение остаточной силы и отдачи разгибателя бедра ноги может быть полезным механизмом для уменьшения асимметрии нагрузки импульсов силы реакции опоры между неповрежденной и протезированной ногами [24].

Из всех вариаций походки поворот требует модуляции сил реакции опоры для ускорения центра масс тела по пути его совершения. Поскольку подошвенные сгибатели голеностопного сустава вносят значительный вклад в движущие силы реакции опоры, важно, как транстибиальные ампутанты выполняют задачи поворота при отсутствии этих мышц [28].

Очевидно, что ампутанты и здоровые люди используют разные стратегии суставного движения при повороте: в первом случае – это работа тазобедренного сустава в сагиттальной плоскости, во втором – голеностопного сустава в сагиттальной плоскости и работа тазобедренного сустава во фронтальной плоскости. Указанные различия обусловлены минимальной выходной мощностью, обеспечиваемой пассивными протезами стоп и необходимостью минимизировать риск падения [28].

В работе [13] в результате трехмерного анализа походки 17 испытуемых с односторонней транстибиальной ампутацией установлено, что в неповрежденных конечностях ранняя отрицательная работа бедра (торможение) способствовала поглощению энергии в дополнение к коленному суставу, вероятно, для компенсации более низкого уровня поглощения энергии, оказываемого протезными конечностями.

Во время ходьбы сагиттальный баланс постоянно нарушается поддержкой одной ноги. Так, например, оценен вклад неповрежденных и контралатеральных мышц здоровой конечности в ускорение центра масс тела во время ходьбы у трансфеморальных ампутантов [15]. Авторами установлено, что передний наклон таза и диапазон движения бедра в сагиттальной и фронтальной плоскостях неповрежденной конечности, средний вклад мышц бедра неповрежденной конечности в поддержку центра массы тела, продвижение вперед и ме- диолатеральный баланс были значительно больше, чем в культе. Большая ягодичная мышца внесла больший вклад в продвижение и поддержку, в то время как средняя ягодичная мышца внесла больший вклад в равновесие, чем другие мышцы в здоровой конечности, чем в культе [15]. Максимальное сгибание в коленном суставе, его общая работа при ходьбе значительно выше в неповрежденных конечностях по сравнению с протезными конечностями; при этом кинетика колена протезной конечности не изменялась, что предполагает сформированность компенсаторного механизма [6].

Очевидно, что у людей с различными вариантами ампутации нижней конечности – низкий уровень ежедневной двигательной активности: 5929 ± 3047 шагов для транстиби-альных и 3553 ± 2030 – для трансфеморальных ампутантов [29]. Закономерно снижение мышечной массы, уровня физической работоспособности, фактических резервных возможностей организма ампутантов.

Вышеописанные параметры компенсаторных механизмов мышечной системы у транс-тибиальных и трансфеморальных ампутантов определяют разные соотношения между метаболическими затратами и механикой ходьбы (латеральный баланс и затраты на увеличение скорости). По данным R.H. Miller с соавторами (2024), метаболические затраты после трансфеморальной потери конечности закономерно увеличиваются в зависимости от массы тела, конструктивных особенностей протеза [20].

Анализ метаболических реакций на умеренную и интенсивную нагрузку (20-минутных циклов езды на велосипеде) у мужчин (39,0 ± 15,0 года), перенесших транстибиаль-ную ампутацию, выявил, что уровни ЧСС и потребления кислорода не имели различий с группой контроля; высокоинтенсивная интервальная нагрузка сопровождается существенным накоплением лактата в крови в группе ампутантов [26].

В работе H. Younesian с соавторами (2021), предметом исследования была реактивность организма у лиц (5 женщин, 6 мужчин; 57,9 ± ± 15,6 года) с односторонней ампутацией нижней конечности на тест «6-минутная ходьба». Реакция ЧСС максимальна в начале теста. С каждой последующей минутой теста соотношение опор цикла походки увеличивалось, снижались скорость и каденция, что свидетельствовало о развитии утомления [30].

Аналогичное обследование 35 лиц с различными уровнями ампутации нижних конечностей (19 мужчин, 16 женщин) с применением теста «2-минутная ходьба» проведено J.D. Smith и G. Guerra (2021). Очевидными были результаты сравнения частоты шагов в зависимости от пола и уровня ампутации. При этом не выявлено значимых различий по показателям потребления кислорода и ЧСС [25].

Малочисленными являются результаты исследования компенсаторных механизмов автономной нервной системы у ампутантов. Компенсаторный механизм при адаптации к ходьбе с трансфеморальным протезом выражен в увеличении периферического сосудистого сопротивления в нижних конечностях и стимуляции барорефлекса, что в свою очередь стабилизирует динамику системного кровообращения при выполнении теста «Наклон головы вверх» (Head-up tilt) [22]. В другой работе [7] установлено, что реакция автономной нервной системы по показателям сердечного ритма во время ходьбы одинакова в группах сравнения (ампутанты и контроль) и регулируется в зависимости от скорости ходьбы.

Анализ источников информации позволил заключить, что компенсаторные процессы и механизмы организма, специфичность их реализации определяется рядом факторов, учет которых существенно повысит эффективность протезной реабилитации.

Кроме того, считаем необходимым обобщить факторы (параметры, показатели), уточняющие методы исследования и составляющие протоколы оценки компенсаторных механизмов организма при обследовании ампутантов:

• -    социально-демографические показатели (пол, возраст, род деятельности, уровень двигательной активности и физической подготовленности, качество жизни);

• -    медико-биологические или клинические (антропометрический профиль, показатели функционального состояния (в том числе сопутствующие заболевания), реактивность организма, качество медикаментозной поддержки, биоритмологический тип (хронотип));

• -    режимы протезной реабилитации (причина и вид ампутации, стаж реабилитации,

особенности программы реабилитации (двигательный компонент), уровень болевой чувствительности);

• -    тестирование кондиций (сезон обследования, целесообразность (обоснование) теста, стандартные условия к проведению функциональных проб, критерии включения и исключения, пространственно-временные параметры функциональной пробы с учетом особенностей ампутантов);

• -    технические и эргономические показатели протеза (масса, габариты, особенности конструкции, обуви).

В рамках настоящей статьи не рассматривался не менее важный фактор – психофизиологическое состояние и психологический тип лиц с ампутациями. По нашему мнению, данный фактор является определяющим в достижении положительных эффектов в ходе и результате протезной реабилитации.

Заключение. Знания о компенсаторных механизмах позволят уточнять и корректировать протокол биомеханического и физиологического исследования в области «подбора» параметров (чувствительных и информативных) – коррелятов эффективности протезной реабилитации. К настоящему времени разработаны количественные методы оценки эффективности протезной реабилитации на любом ее этапе [31], постоянно совершенствуются эргономические характеристики протезов.

Перспективность данного направления исследования, на наш взгляд, – в учете коррелятов функциональных состояний организма и эффективности протезной реабилитации, что позволит оптимизировать замещающую функцию здоровой конечности у односторонних ампутантов и совершенствовать существующие программы реабилитации, сокращать их срок. Учет компенсаторных процессов и механизмов в своей совокупности расширяет возможности биопсихосоциальной адаптации лиц с ампутациями нижних конечностей к условиям жизнедеятельности. Востребованными будут результаты взаимосвязи кинематических и кинетических параметров движений (походки) с показателями функциональных систем, прямо и косвенно обеспечивающих компенсацию утраченной конечности.