Разработка и апробация протокола комплексной оценки постурального баланса у лиц с иммобилизацией нижней конечности в условиях выполнения «двойной задачи»

P.A. Baiguzhin, ,

V.V. Erlikh, ,

S.B. Sapozhnikov, ,

Введение. Разработка и апробация регистрационных медико-биологических исследований является наиболее ответственной и ресурсоемкой частью реализации проектов [3], в том числе с применением альтернативных способов оценки функциональных состояний. Любое медико-биологическое исследование должно быть полностью детерминировано протоколом – документом, раскрывающим обоснование, методологию, информацию о достоверности получаемых данных, меры по обеспечению безопасности субъектов исследования, другие организационные детали с самого начала испытания до представления окончательных результатов [16].

Проблемное поле настоящего исследова- ния – разработка условий тестирования эффектов произвольной регуляции движений в парадигме «двойной задачи» при испытании альтернативного протеза ноги, выполненного из композитных материалов [1], а также в состоянии иммобилизации коленного сустава. Очевидно, что лицам, перенесшим потерю нижней конечности, требуется специфическая адаптация психомоторных систем, обеспечивающих движение в протезе. При этом «когнитивные отвлечения» во время ходьбы создают трудности для людей независимо от этиологии, уровня ампутации или длительности использования протеза [7]. По данным W.C. Miller с соавторами (2001), значительная часть пациентов с ампутацией нижних конеч- ностей сообщает о необходимости концентрироваться на каждом шаге [14].

Результаты исследований сенсомоторной интеграции во время ходьбы у таких лиц сравнительно малочисленны [13, 17, 18]. Начиная с конца прошлого века, регулярно публикуются результаты, демонстрирующие преимущественно положительные эффекты влияния когнитивной нагрузки на постуральный контроль у ампутантов [6, 9]. Однако далеко не все стандартные современные реабилитационные программы тренировки равновесия при ходьбе учитывают эффективность «многозадачных» тренировок.

В работах, посвященных исследованию постурального баланса у ампутантов, чаще используют качественные тесты оценки статического и динамического равновесия [8]. Для оценки эффекта воздействия «двойной задачи» на походку используют ходьбу с выполнением когнитивного задания (например, «счет в уме» [6, 7]), ходьбу с выполнением двигательного задания (например, перенос подноса [6]).

В современной литературе актуализируется проблема измерения когнитивной нагрузки у людей с ампутацией конечностей для реабилитации и разработки протезов [17, 19]. Единичными являются работы, предметом исследования в которых является комплексная оценка биомеханических особенностей походки, умственной нагрузки и вегетативного обеспечения деятельности организма при ходьбе на протезах [5].

Таким образом, анализ методической части указанных выше исследований выявил необходимость разработки протокола комплексной оценки постуральной устойчивости у лиц с иммобилизацией нижней конечности в условиях выполнения «двойной задачи». Анализ результатов диагностики постурального баланса, биомеханических показателей походки и психомоторных функций при одновременном выполнении двигательных и когнитивных задач позволит оценить степень произвольности в регуляции движений. Полученные результаты будут востребованы при разработке рекомендаций по абилитации и реабилитации лиц с нарушениями функций нижних конечностей, в том числе при ампутациях различных уровней.

Цель – разработать и обосновать протокол комплексной оценки постуральной устойчивости у лиц с иммобилизацией нижней ко- нечности в условиях выполнения «двойной задачи».

Материалы и методы. Основными методами достижения цели являлись анализ (обоснование взаимосвязи между процедур оценивания); синтез (обобщение, построение последовательности и структуризация обследования); прогнозирование (формирование предпосылок для алгоритма оценивания и моделирования).

Результаты. Анамнез, антропометрия, тонометрия . Фиксация демографической и медицинской информации, включая: пол, возраст, рост, вес, образование, прием лекарств, сопутствующие заболевания; для ампутантов – этиологию ампутации, особенности реабилитации, стаж реабилитации, использование средств передвижения, историю падений, страх падения. Фиксировали антропометрические показатели (массу тела, кг и длину тела, см), артериальное давление (мм рт. ст.).

Батарея методов оценки психомоторных функций организма . Для оценки точности сенсомоторной реакции использовали результаты теста «Реакция на движущийся объект» (РДО). Анализу подвергались среднее время реакции (мс); энтропия (усл. ед.); коэффициент вариативности (%); число точных реакций; число опережений и запаздываний; сумма времени опережений и запаздываний (мс). Параметры теста: тип движущегося объекта: динамическая заливка красного цвета по кругу; точка начала и окончания стимула – случайные; угловая скорость движения – 180 градусов в секунду; коридор точных реакций – ± 7 градусов (± 39 мс). Внутренний диаметр круга – 10 мм; ширина кольца – 40 мм. Реагирование на 35 стимулов соответствует длительности тестирования 30–35 с. Тестирование реализовано в полноэкранном режиме.

Оценку произвольной регуляции движений проводили на основании результатов тестирования по методике «Статическая тремо-рометрия с обратной связью», где последняя реализуется звуковым сигналом в ответ на ошибку – касание пластины. Данный тест батареи применяется как средство мотивации к максимальной концентрации внимания и произвольной регуляции движений, что выгодно, на наш взгляд, заменяет аналогичные по эффекту необъективные (качественные) тесты, например, «перенос подноса» [6]. Параметры теста: диаметр отверстия – 10 мм; длительность тестирования – 30 с; обратная связь – звуковая (при касании воспроизводится «тревожный» непродолжительный звуковой сигнал).

Оценку сложной сенсомоторной реакции осуществляли при помощи теста «Реакция различения», в котором целевой реакцией необходимо ответить на один определенный стимул из нескольких разнообразных стимулов одной модальности (нажатие на кнопку при появлении светового сигнала только красного цвета). Анализу подлежат среднее время реакции, мс, среднее время удержания нажатия кнопки, мс и число ошибок (ложные и/или запаздывающие реакции). Параметры теста: проба бинокулярная, цвет стимула – красный, вероятность появления помехового сигнала (белого, голубого, зеленого, желтого цветов) – 50 %; минимальный интервал между сигналами – 500 мс, максимальный – 2500 мс; время ожидания реакции – 1000 мс, продолжительность стимула – 200 мс. Реагирование на 12 стимулов соответствует длительности тестирования 30–40 с. Ошибочные реакции сопровождаются кратковременным «тревожным» звуковым сигналом. Все тесты выполняются ведущей рукой.

Указанные психофизиологические методики реализованы в лицензионном, сертифицированном аппаратно-программном комплексе «НС-Психотест» (ООО «НейроСофт», г. Иваново, .

Метод оценки функционального состояния (реактивности) автономной нервной системы проводится на основе анализа данных электрокардиографического обследования с использованием сертифицированного 12-канального беспроводного электрокардиографа Поли-Спектр-8/EX и лицензионного программного обеспечения «ПолиСпектр-Ритм» (ООО «НейроСофт», г. Иваново, . ЭКГ-обследование проводилось согласно принятым рекомендациям Североамериканского общества по электростимуляции и электрофизиологии и Европейского общества кардиологов. ЭКГ регистрируется в положении стоя в первом стандартном отведении в течение всего времени обследования на этапах относительного покоя. Кардиоритмограммы эпохой 50 кардиоциклов обрабатывались с использованием программного алгоритма временного анализа с последующей оценкой показателей RRNN (мс), SDNN (мс), RMSSD (мс), pNN50 (%), CV (%).

Оценка постурального баланса организма проводится с помощью метода стабилогра-фии, реализованного в сертифицированном аппаратно-программном комплексе «Стэдис-Баланс» (ООО «НейроСофт», г. Иваново, .

Инерционный сенсор «Нейросенс» закрепляется на крестце обследуемого [4] и регистрирует колебания его тела в пространстве (в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: фронтальной, горизонтальной и сагиттальной). Регистрация проводится в двух режимах стабилометрии: стоя в основной стойке в обуви с открытыми глазами и при ходьбе. Каждому режиму предшествовал аппаратный режим калибровки датчика.

Анализу подвергаются показатели постуральной функции, ускорений в плоскостях X (колебания вправо – влево), Y (колебания вперед – назад), Z (колебания вверх – вниз): 1) параметры ускорений: площадь проекции эллипсоида – S, м2/с4 – площадь проекции 95 % доверительного эллипсоида ускорения; Jerk, м2/с5 – рывок как производная от ускорения по времени (диапазон изменений акселеро-метрического сигнала); Dist, м/с2 – среднее расстояние от центра траектории по ускорению (индекс «убегания»); Rms, м/с2 – среднее квадратическое длин векторов ускорения; Path, м/с2 – длина траектории по ускорению; Range, м/с2 – диапазон ускорений; Mf, Гц – средняя частота (число циклов в секунду, которое должно быть пройдено, чтобы покрыть траекторию по ускорению); 2) параметры спектра ускорений: Pwr, м2/с4 – мощность спектра ускорения; F50, Гц – медианная частота (частота, ниже которой содержатся 50 % мощности спектра); Cf, Гц – центроидная частота (частота, на которой мощность сбалансирована, т. е. мощность выше фактической частоты равна мощности ниже); Fd, у. е. – дисперсия частоты (мера изменчивости частот спектральной плотности мощности).

Графический анализ данных акселерометра и гироскопа стабилометрического сенсора позволяют вычислить основные параметры походки, представляющие интерес при сравнении эффектов, полученных в условиях одиночной и двойной задачи: темп – скорость (м/с) и длина шага (см); ритм – время шага (мс) и каденция (шаги в минуту); база опоры – ширина шага (см); изменчивость – изменчивость длины шага (пространственная) и времени шага (временная) [10].

Содержание протокола обследования включает четыре «конечных точки» : 1) диагностика постурального баланса и функционального состояния автономной нервной системы в положении стоя; 2) стоя при выполнении сенсомоторных тестов; 3) ходьба и 4) выполнение сенсомоторных тестов при ходьбе. Апробация протокола проходила на основе информированного согласия у добровольцев с иммобилизацией коленного сустава (правого или левого).

Обследование проводятся в условиях лаборатории при соблюдении требований, предъявляемых к подобного роду исследованиям [2].

Измерения на всех точках проходят «стационарно» – стоя на беговой дорожке Life Fitness (Brunswick Corporation, США) и при по ходьбе. Измерения на точках № 3 и 4 осуществляются при ходьбе по дорожке с нулевым углом ее наклона и скоростью движения ленты 3 км/ч. Длительность тестирования определяется длительностью отдельного психофизиологического теста – 30 с.

Обследование в положении стоя (точка 1) . Обследуемый находится на беговой дорожке в европейской стойке с открытыми глазами, что обеспечивает условия максимального произвольного контроля функции равновесия [19]. В течение 30 с синхронно фиксируются ста-билографический и кардиографический сигналы.

Обследование в положении стоя с выполнением психофизиологических тестов (точка 2) . Обследуемый в указанной стойке выполняет сенсомоторные тесты в следующей последовательности: «Статическая треморо-метрия» – «Реакция на движущийся объект» – «Реакция различения». Паузы отдыха между тестами 15–20 с, необходимых для калибровки инерционного датчика. В течение времени каждого теста (30 с) синхронно фиксируются стабилографический и кардиографический сигналы.

Обследование в точках № 3 и 4 идентичны содержанию № 1 и 2, но проводятся при ходьбе по беговой дорожке.

Требования, обеспечивающие безопасность обследуемых лиц в условиях эксперимента, сводятся к жестко регламентированным правилам поведения и процедурам тестирования.

Допуск к обследованию производится с учетом критериев включения/исключения:

• 1)    общие медицинские противопоказания к физическим нагрузкам (острые и перенесенные в течение последнего месяца сердечнососудистые и инфекционные заболевания); 2) противопоказания, специфичные для нагрузки на верхние конечности и нейромышечный аппарат (травмы органов опорнодвигательного аппарата, неврологические нарушения, хирургические вмешательства); 3) невозможность соблюдения протокола обследования: неспособность выполнить требуемые движения в рамках функционального тестирования; 4) прием препаратов, влияющих на нейромышечную проводимость и болевую чувствительность (менее чем за 72 часа до тестирования); употребление стимуляторов (кофеин) или реализация физических нагрузок (тренировок) в день тестирования; 5) отказ испытуемого от продолжения участия в обследовании на любом его этапе в силу возникновения непредвиденных неблагоприятных явлений (состояний) в процессе выполнения пробы (острая боль, признаки сосудистой недостаточности, резкое ухудшение самочувствия и др.). Критерии включения минимизируют развитие острых функциональных состояний при проведении нагрузочного тестирования

Во избежание наступления неблагоприятных состояний (ситуаций) заблаговременно, до обследования, проводится тщательный инструктаж и тренировочные пробы: сенсомоторное тестирование (расстояния, положение рук, особенности реагирования при активации опции звуковой обратной связи); тренировочная ходьба по беговой дорожке (переходы от периода калибровки инерционного датчика к ходьбе). Отрабатываются условные речевые команды во взаимодействии исследователя и обследованного лица.

Иммобилизация коленного сустава проводится с помощью бандажа (ортеза) МЕТ GD018 с целью имитации состояния ограниченного движения и оценки функционального состояния системы произвольной регуляции движений («психомотрные функции – постуральный баланс – вегетативное обеспечение»). Обследование по содержанию и объему указанного выше протокола идентично и для обследования в состоянии иммобилизации коленного сустава. Однако обследуемый предварительно в течение 15 мин проводил тренировочные задания (в том числе и ходьба на беговой дорожке) с целью привыкания к искусственным двигательным контрактурам.

Конструкция беговой дорожки предусматривает возможность опорной ходьбы, однако нами в ходе кратковременной тренировки достигалась безопорная ходьба.

Гипотезы и перспектива . Тестирование походки с двойной задачей, как было постулировано, имеет экологическую валидность, поскольку большинство видов деятельности повседневной жизни включают одновременное выполнение когнитивных и двигательных задач. Очевидно, походка в условиях прямой траектории считается деятельностью с низкой когнитивной нагрузкой, однако неочевидно для аппроксимации способности ходьбы в ортезе, протезе, тем более когда необходима срочная адаптация моделей ходьбы для преодоления препятствий и/или изменения направления [12].

Известно, что в состоянии нарушенных функций вследствие ампутаций нижней конечности различных уровней при ходьбе с одновременным тестированием когнитивных функций наблюдается снижение скорости ходьбы [11, 15]. Однако неясно взаимодействие параметров функциональной системы «произвольной регуляции движений» в условиях сохранения постоянной скорости движения. Полученные результаты будут востребованы, например, в активной тренировке ампу-тантов (ведущих активный образ жизни) при подготовке к соревнованиям в рамках соот- ветствующего требованиям вида адаптивного спорта. Кроме того, тренировка функциональной системы «произвольной регуляции движений» должна учитывать особенности функциональной асимметрии, что также является перспективной темой исследования.

Достоверность данных, обеспечивается стационарными условиями лаборатории, дизайном исследования, однородностью обследованных лиц (здоровые юноши 18–22 лет), строгими критериями включения/невключе-ния на этапе скрининга, квалификацией исследователя, использования сертифицированного (лицензированного) оборудования и валидированных методик.

Заключение. Разработка протокола обеспечит алгоритм мониторинга обследования, безопасность субъектов и повышает надежность результатов испытания. Исследование факторов, влияющих на качество походки, очень важно для понимания механизмов мобильности, и как следствие для оптимизации результатов реабилитации. Анализ данных постурального контроля стойки и походки на фоне активизации когнитивных функций позволит продемонстрировать аддитивный эффект – важный в механизме формирования и действия функциональной системы произвольной регуляции движений у лиц с нарушениями опорно-двигательного аппарата, в частности у ампутантов.