Влияние условий сенсомоторного тестирования на постуральный контроль у здоровых лиц с иммобилизацией нижней конечности

Введение. Многие виды деятельности требуют одновременного выполнения постуральных и когнитивных задач. Самый распространенный пример – интеллектуальная деятельность на фоне поддержания позы сидения на стуле с «правильной» осанкой. Однако функциональная система постурального контроля данной позы при выполнении когнитивной деятельности претерпевает различные изменения [1]. Показано, например, что длительная постуральная нагрузка негативно влияет на выполнение когнитивных задач, в частности, отрицательно влияет на свойства внимания [8].

Подобные исследования выделены в научное направление, изучающее эффекты постурально-когнитивной интерференции или «двойной задачи» (dual-task) в практике подготовки спортсменов [4], в клинической медицине [2, 3, 7], абилитации и реабилитации ампутантов [5], геронтологии [9] и др.

Дизайны этих исследований, как правило, включают методы оценки постурального баланса во время удержания статической позы или осуществления различных по пространственно-временным параметрам локомоций при выполнении параллельных задач исполнительных функций (оперативная память, переключение и когнитивный контроль – торможение).

Анализ результатов указанных выше исследований способствует пониманию взаимосвязи между постуральной нагрузкой и пси- хическими процессами и предлагает ценную информацию о том, как постуральный контроль может, с одной стороны, повысить качество выполнения когнитивных задач [6], с другой – зависеть от их сложности [2].

Однако научный интерес вызывает оценка постурального баланса у лиц с временным нарушением двигательной функции вследствие, например, перенесенных травм или хирургических вмешательств, т. е. у лиц, находящихся в условиях частичной иммобилизации.

Цель – выявить особенности постурального баланса у здоровых лиц с иммобилизацией нижней конечности при сенсомоторном тестировании в статическом и динамическом режимах.

Организация и методы. На основе добровольного информированного согласия обследованы 14 молодых людей (18–22 лет), практически здоровых, не имеющих травм опорно-двигательного аппарата и неврологических заболеваний. Обследование проводилось в лаборатории НИЦ спортивной науки ЮУрГУ.

Оценку постурального баланса в статическом (стоя) и динамическом (ходьба) режимах получали, применяя систему 3D-стабиломет-рии «Стэдис-Баланс»1 (ООО «Нейрософт»).

Анализировали следующие параметры ускорений: площадь проекции эллипсоида (S, м2/с4), «рывок» – производная от ускорения по времени (Jerk, м2/с2), длина траектории по ускорению (Path, м/с2) и диапазон ускорений (Range, м/с2) в трех плоскостях (X, Y и Z). Увеличение значений указанных показателей свидетельствует о снижении постурального баланса, дестабилизации позного контроля.

В качестве когнитивной нагрузки использовали «классические» психофизиологические тесты: «Реакция на движущийся объект» (РДО), «Статическая треморометрия» (СТ) и «Реакция различения» (РДО). Условия выполнения целевых задач тестов рассматривались как способ индукции психического напряжения у испытуемого.

Иммобилизация коленного сустава проводится с помощью бандажа (ортеза) МЕТ GD018 с целью имитации состояния ограниченного движения. Измерения проводили стоя на беговой дорожке Life Fitness (Brunswick Corporation, США) и при ходьбе. Ходьба осуществлялась по дорожке с нулевым углом ее наклона и скоростью движения ленты 3 км/ч. Длительность тестирования определялась длительностью каждого психофизиологического теста (30 с).

Статистическая обработка данных проводилась в программном пакете SPSS Statistics v. 27 с применением непараметрических методов оценки. Значения в таблицах представлены медианным значением и межквартильным размахом (Q1; Q3). Уровень значимости принимался равным p < 0,05.

Основная рабочая гипотеза настоящего фрагмента исследования: уровень постурального баланса у лиц с временной частичной иммобилизацией зависит от типа сенсомоторной задачи, решаемой в различных двигательных режимах.

Результаты. Результат сравнения позволит ответить на вопрос: «Как иммобилизация коленного сустава влияет на показатели постурального контроля на одну и ту же сенсомоторную задачу, реализованную в статическом (положение стоя) и в динамическом режиме (при ходьбе)?».

Особенности постурального баланса организма в статическом режиме. Характеризуя особенности постурального баланса обследованных лиц в положении стоя, следует отметить отсутствие значимых различий при сравнении фоновых показателей, полу- ченных в состояниях «норма» и иммобилизации коленного сустава. Кроме того, различия не выявлены и при сравнении показателей в указанных состояниях при выполнении сенсомоторных тестов. Анализ проведен относительно изменений показателей, указывающих на определенную степень напряжения процессов постурального контроля, выраженных в дестабилизации позы стояния при выполнении тестов по сравнению с фоновыми в различных состояниях: «Норма» и «Иммобилизация».

Тест «Статическая треморометрия». В состоянии «Норма» наблюдаются высоко значимые приросты (p ≤ 0,01–0,001) практически по всем исследуемым показателям и во всех плоскостях (табл. 1). При иммобилизации появляются особенности, выраженные в усилении дестабилизации в сагиттальной (X) и горизонтальной (Z) плоскостях. Например, увеличение значимости различий значений S, Jerk, Path, Range (p < 0,005–0,001) указывает на потерю контроля при иммобилизации преимущественно над боковыми и вертикальными колебаниями. Относительно высокий (в 10 раз) Range при иммобилизации особенно в плоскостях Z (Z = –3,408 при p = 0,001) и X (Z = –3,408 при p = 0,001) указывает на появление высокоамплитудных «корректирующих рывков» тела, что является признаком неэффективной постуральной коррекции. Условия выполнения данного теста значительно нагружают систему постурального контроля, переводя ее в режим активной траты ресурсов, направленных на обеспечение устойчивости.

Тест «Реакция на движущийся объект». Требование концентрации внимания и точного временного прогнозирования, тестирование психомоторной реакции в «нормальном» состоянии сопровождается умеренным увеличением значений по отдельным показателям: Jerk (Y), Path (Y, Z, X). При иммобилизации коленного сустава ведущей ноги показатели постурального баланса во время теста практически не отличаются от фоновых. Условия выполнения теста «РДО» в состоянии иммобилизации приводят к своеобразной «стабилизации» постурального баланса. Однако данные изменения следует трактовать как свидетельство активации стратегии экономии и жесткости. Организм, лишенный возможности тонко регулировать позу из-за ограничения движения в коленном суставе, «зажимается», минимизируя подвижность в пользу концентрации на решении сенсомоторной задачи. Это менее адап- тивная и более ригидная стратегия поддержания равновесия, требующая дополнительного исследования нейромышечного аппарата конечностей (иммобилизованной и «здоровой»).

Тест «Реакция различения» (РР)

Условия быстрой когнитивной обработки (дифференциации сигнала) и моторного ответа в «нормальном» состоянии влияют на показатель Path (длина траектории ускорений) во всех трех плоскостях (p = 0,033–0,046). Увеличение количества мелких корректирующих движений свидетельствует об интенсификации режима постоянных «поправок» функции равновесия позы стояния. При иммобилизации коленного сустава конечности значимых различий не выявлено, кроме параметров (S, Jerk, Path, Range) сагиттальной плоскости (X). Вероятно, иммобилизация ведущей ноги нарушает симметричную опору, что особенно ярко проявляется при когнитивной нагрузке, затрудняя контроль именно над боковыми раскачиваниями.

Таблица 1

Table 1

Показатели постурального баланса у лиц с различным функциональным состоянием нижней конечности при выполнении сенсомоторных тестов (статический режим) Postural balance parameters in individuals with different lower-limb functional states during sensorimotor tests (static conditions)

Тест Test	Состояние Functional state	Плоскость Plane	Площадь эллипсоида, м2/с4 S, m2/s4	Рывок, м2/с5 Jerk, m2/s5	Длина траектории по ускорению, м/с2 Path, m/s2	Диапазон ускорений, м/с2 Range, m/s2
Фон Baseline	Норма Normal	Y	0,002 0,002; 0,002	0,218 0,189; 0,251	3,069 2,902; 3,250	0,041 0,038; 0,053
		Z	0,001 0,001; 0,001	0,127 0,103; 0,188	2,409 2,161; 2,635	0,035 0,032; 0,042
		X	0,002 0,002; 0,002	0,220 0,187; 0,258	3,077 2,819; 3,236	0,042 0,038; 0,052
	Иммобилизация Immobilization	Y	0,002 0,001; 0,002	0,243 0,187; 0,264	3,169 2,912; 3,364	0,047 0,039; 0,055
		Z	0,001 0,001; 0,001	0,119 0,102; 0,147	2,304 2,169; 2,524	0,031 0,029; 0,038
		X	0,002 0,001; 0,002	0,236 0,184; 0,251	3,192 2,804; 3,254	0,044 0,039; 0,054
СТ ST	Норма Normal	Y	0,009** 0,004; 0,021	1,298** 0,579; 3,008	5,889** 4,865; 8,164	0,115** 0,073; 0,509
		Z	0,005** 0,002; 0,016	0,713* 0,353; 2,865	5,256** 3,809; 6,195	0,105* 0,082; 0,490
		X	0,005* 0,003; 0,010	0,699* 0,455; 1,609	4,637** 4,166; 6,791	0,104* 0,068; 0,256
	Иммобилизация Immobilization	Y	0,008** 0,005; 0,021	1,328*** 0,687; 3,110	5,637** 4,882; 6,923	0,278*** 0,138; 0,536
		Z	0,006*** 0,004; 0,021	1,439*** 0,627; 3,286	5,196** 4,248; 5,865	0,352*** 0,159; 0,557
		X	0,005*** 0,003; 0,014	0,718** 0,405; 1,728	4,618* 4,032; 5,836	0,193*** 0,093; 0,418
РДО RMO	Норма Normal	Y	0,003 0,002; 0,005	0,328* 0,293; 0,782	3,805* 3,369; 5,593	0,061 0,041; 0,100
		Z	0,002 0,001; 0,003	0,220 0,185; 0,506	2,960* 2,749; 4,457	0,057 0,040; 0,090
		X	0,002 0,002; 0,004	0,272 0,220; 0,584	3,370* 3,112; 4,781	0,050 0,041; 0,092
	Иммобилизация Immobilization	Y	0,002 0,002; 0,003	0,239 0,223; 0,346	3,281 3,136; 3,694	0,044 0,039; 0,061
		Z	0,001 0,001; 0,001	0,162 0,133; 0,223	2,686 2,476; 3,074	0,039 0,037; 0,065
		X	0,002 0,001; 0,002	0,209 0,186; 0,318	3,090 2,861; 3,649	0,042 0,037; 0,056

Окончание табл. 1

Table 1 (end)

Тест Test	Состояние Functional state	Плоскость Plane	Площадь эллипсоида, м2/с4 S, m2/s4	Рывок, м2/с5 Jerk, m2/s5	Длина траектории по ускорению, м/с2 Path, m/s2	Диапазон ускорений, м/с2 Range, m/s2
РР DR	Норма Normal	Y	0,003 0,002; 0,006	0,307 0,185; 0,902	3,731* 2,903; 5,588	0,060 0,040; 0,106
		Z	0,001 0,001; 0,004	0,174 0,131; 0,776	2,692* 2,388; 4,312	0,047 0,035; 0,108
		X	0,002 0,001; 0,005	0,299 0,175; 0,741	3,577* 2,808; 5,138	0,056 0,040; 0,091
	Иммобилизация Immobilization	Y	0,002 0,001; 0,002	0,203 0,182; 0,274	3,037 2,845; 3,294	0,040 0,037; 0,045
		Z	0,001 0,001; 0,001	0,136 0,121; 0,159	2,486 2,340; 2,678	0,036 0,029; 0,045
		X	0,001* 0,001; 0,002	0,184* 0,161; 0,244	2,895* 2,720; 3,246	0,037* 0,036; 0,045

Примечание: методика СТ – «Статическая треморометрия», РДО – «Реакция на движущийся объект»; РР – «Реакция различения»; Y – фронтальная плоскость, Z – горизонтальная плоскость, X – сагиттальная плоскость; * – различия относительно фоновых состояний при p ≤ 0,05; ** – p ≤ 0,01; *** – p ≤ 0,001.

Note: ST – “Static Tremorometry”, RMO – “Reaction to a Moving Object”, DR – “Discrimination Reaction”; Y – frontal plane, Z – horizontal plane, X – sagittal plane; * – significant differences from baseline – p < 0.05; ** – p < 0.01; *** – p < 0.001.

Особенности постурального баланса организма в динамическом режиме. Оценивая изменчивость исследуемых стабилометриче-ских показателей, полученных в динамическом режиме, провели сравнение «внутри группы» (оценка воздействия условий теста на стабильность при ходьбе) и «между состояниями» (оценка показателей в одном и том же тесте между состоянием «Норма» и «Иммобилизация»), отражая постуральный контроль при ходьбе (табл. 2). Кроме того, акцентируем внимание на размерность абсолютных значений показателей (S, Jerk, Path), которые на порядки выше в динамическом режиме, чем в статическом, что физиологично и очевидно из-за сложности акта ходьбы.

«Фоновая ходьба» (без условий). Все показатели (S, Jerk, Path) в иммобилизованном состоянии статистически значимо выше (p ≤ 0,01–0,001), чем без иммобилизации. Например, площадь проекции 95 % доверительного эллипсоида ускорения (S) в сагиттальной плоскости в норме составляет 17,2 м²/с⁴, а при иммобилизации – 37,8 м²/с⁴. Даже без дополнительной сенсомоторной нагрузки иммобилизованные испытуемые демонстрируют менее устойчивую, более энергозатратную ходьбу с большей амплитудой корректирующих движений, характеризуя таким образом исходный, базовый дефицит.

Тест «Статическая треморометрия». При «нормальной» ходьбе показатели S, Jerk и Path (в плоскостях Y, X) значимо улучшаются (снижаются) по сравнению с «фоновой» ходьбой. Концентрация на выполнении двигательной задачи приводит к повышению общего мышечного тонуса и «напряжению» позы, что непроизвольно стабилизирует ходьбу. Мозг переводит систему в режим повышенной готовности. При ходьбе с иммобилизованным коленным суставом описанный выше эффект усиливается, однако в сагиттальной плоскости незначимо увеличен диапазон ускорений (Range).

В динамическом режиме условия тестирования тремора выступают не как дестабилизатор, а как тест на проявление компенсаторных возможностей нейромышечной системы, ее мобилизации и повышения постурального контроля. Ходьба с иммобилизацией коленного сустава минимизирует «тонкую настройку» постурального контроля, заменяя ее формирующейся энергозатратной компенсаторной стратегией.

Тест «Реакция на движущийся объект». Никаких значимых изменений исследуемых показателей по сравнению с фоновой ходьбой не выявлено. Условия выполнения задачи теста позволяют контролировать постуральную стабильность походки. При иммобилизации по сравнению с фоновой ходьбой значимых различий стабилометрических показателей также не выявлено. Однако по сравнению с «нормой» все показатели во всех плоскостях движения статистически значимо выше (p = 0,002–0,46).

Тест «Реакция различения». Выполнение когнитивной нагрузки – задачи на дифференциацию сигнала незначительно, но достоверно дестабилизирует ходьбу, увеличивая амплитуду колебаний (S (Y), Jerk (Y), Path (Y)).

Состояние иммобилизации по сравнению с фоновыми показателями индуцирует увеличение стабилометрических параметров во всех плоскостях; по сравнению с «Нормой» во всех плоскостях показатели статистически выше (p = 0,002–0,33). Условия выполнения данного теста подтверждают феномен постурально-когнитивной интерференции при ходьбе, выраженный в конкуренции систем за одни и те же ресурсы центральной нервной системы.

Таблица 2

Table 2

Показатели постурального баланса у лиц с различным функциональным состоянием нижней конечности при выполнении сенсомоторных тестов (динамический режим) Postural balance parameters in individuals with different lower-limb functional states during sensorimotor tests (dynamic conditions)

Тест Test	Состояние Functional state	Плоскость Plane	Площадь эллипсоида, м2/с4 S, m2/s4	Рывок, м2/с5 Jerk, m2/s5	Длина траектории по ускорению, м/с2 Path, m/s2	Диапазон ускорений, м/с2 Range, m/s2
Фон Baseline	Норма Normal	Y	14,8 13,2; 23,0	1726,2 1516,7; 2749,8	263,2 251,5; 324,5	5,5 5,0; 6,0
		Z	19,1 14,2; 21,3	2208,4 1569,9; 2487,2	308,4 266,3; 336,6	5,1 4,6; 5,9
		X	17,2 15,0; 23,6	2673,9 2184,4; 3490,5	349,6 316,0; 392,7	5,4 4,8; 5,6
	Иммобилизация Immobilization	Y	30,7** 25,1; 35,3	3759,1** 2990,0; 5233,9	396,3** 359,3; 443,7	5,8 5,4; 7,7
		Z	31,3*** 30,4; 35,9	3512,1*** 3306,5; 4010,5	389,5*** 379,6; 419,5	5,9 5,6; 6,0
		X	37,8*** 34,1; 40,2	4782,0** 4492,4; 6849,7	483,2** 454,6; 539,6	6,1* 5,5; 7,7
СТ ST	Норма Normal	Y	12,8* 8,7; 15,8	1316,9** 960,5; 1781,6	221,0** 177,0; 276,8	6,1 5,9; 6,4
		Z	15,5 11,4; 17,9	1820,7 1407,7; 1891,9	282,6 236,1; 289,2	5,9 5,1; 6,7
		X	10,3*** 8,6; 11,9	1943,8** 1450,3; 2393,6	288,9** 240,6; 319,9	4,9 4,8; 6,4
	Иммобилизация Immobilization	Y	27,3++ 17,3; 31,0	3534,5++ 1826,6; 3790,9	359,5++ 274,0; 387,8	5,7 5,1; 6,7
		Z	26,5***,++ 23,9; 33,5	2944,3**,++ 2724,1; 3577,9	362,7***,++ 339,5; 390,5	5,8 5,4; 6,0
		X	26,5***,+++ 23,2; 30,5	4544,0 +++ 3164,9; 5187,8	432,5*,+++ 375,3; 478,1	5,9+ 5,5; 6,4
РДО RMO	Норма Normal	Y	17,2 14,9; 19,5	1963,9 1746,4; 2458,5	286,9 261,5; 329,3	6,1 5,8; 7,2
		Z	15,5 15,2; 20,1	1962,0 1626,5; 2194,8	291,3 266,1; 304,0	5,7 4,9; 6,2
		X	16,7 15,8; 17,8	2566,8 2440,8; 2968,2	352,1 333,5; 378,6	4,8 4,5; 5,5
	Иммобилизация Immobilization	Y	28,0++ 27,5; 33,6	3169,0++ 2923,0; 4083,4	361,5++ 348,2; 416,6	6,1 5,4; 6,6
		Z	31,1++ 29,1; 35,1	3461,8*,++ 3212,6; 3728,4	389,2++ 370,0; 405,4	5,8 5,4; 6,2
		X	35,1++ 31,1; 38,0	4661,5++ 4177,6; 5307,5	459,9++ 434,1; 505,0	6,1 5,5; 6,8

Окончание табл. 2

Table 2 (end)

Тест Test	Состояние Functional state	Плоскость Plane	Площадь эллипсоида, м2/с4 S, m2/s4	Рывок, м2/с5 Jerk, m2/s5	Длина траектории по ускорению, м/с2 Path, m/s2	Диапазон ускорений, м/с2 Range, m/s2
РР DR	Норма Normal	Y	19,0* 15,9; 19,9	2115,8* 1949,4; 2570,1	299,8* 279,7; 332,9	6,2 5,4; 7,4
		Z	17,6 16,1; 19,3	2099,1 1941,9; 2212,0	306,4 284,1; 315,7	5,5 4,7; 6,7
		X	17,1 16,2; 20,0	2779,9 2677,3; 3334,0	357,7 347,8; 400,0	4,6 4,4; 5,2
	Иммобилизация Immobilization	Y	29,5+ 27,9; 31,2	3391,1+ 3195,7; 4081,4	375,4+ 347,9; 389,2	5,8 5,5; 6,2
		Z	34,4++ 28,2; 36,9	3621,3++ 3283,6; 3894,0	397,8+ 367,5; 408,1	5,9 5,4; 6,2
		X	36,2++ 32,1; 38,0	4802,5+ 4502,1; 5407,7	472,1+ 447,4; 491,9	5,9++ 5,5; 6,0

Примечание: обозначения те же, что в табл. 1; + - различия относительно значений условной «нормы» при p ≤ 0,05; ++ – p ≤ 0,01; +++ – p ≤ 0,001.

Note: see Table 1; + - significant differences from standard conditions p < 0,05; ++ - p < 0,01; +++ – p ≤ 0,001.

Обсуждение. Анализ полученных данных позволяет описать общие и различные процессы и механизмы, отражающиеся в постурально-когнитивной интерференции. Выполнение нескольких задач в состоянии ограниченного движения предъявляет повышенные специфические требования к качеству интеграции зрительной, вестибулярной и соматосенсорной информации центральной нервной системой. Физиологическая связь между структурами ЦНС – лобными долями, таламусом и мозжечком (вниманием, познанием и равновесием) [7], – представлена нейронной сетью – функциональной системой произвольной регуляции позой и движением, отличной в зависимости от вида нарушения функции нейромышечного аппарата. В клинических исследованиях [2] было показано, что изменение постурального баланса при выполнении двух задач, детерминируется типом когнитивной задачи, выполняемой одновременно.

В нашем исследовании наблюдался градиент сложности тестов - градация воздействия тестов на постуральный контроль: от высокой («Статическая треморометрия») до относительно низкой нагрузки («РДО»). Причем чем сложнее сенсомоторная задача (чем больше она требует тонкого моторного контроля и/или когнитивных ресурсов), тем более выражено нарушение постуральной устойчивости.

Также можно выделить два типа реакции системы постурального баланса на выполнение тестов в состоянии иммобилизации коленного сустава. Треморометрия способствует дестабилизации постурального контроля, наблюдается переход от тонких корректировок к грубым, высокоамплитудным компенсаторным движениям (взрывной рост показателей Range и Jerk). При низкой и средней нагрузке (тесты «РДО» и «РР») функциональная система переходит к стратегии ригидности, минимизируя общую постуральную активность с целью экономии ресурсов для выполнения основной задачи. Однако эта стратегия менее адаптивна и повышает риск падения при неожиданном внешнем воздействии.

Анализ стабилометрических показателей, полученных при выполнении тестов «РР» и «СТ», указывает, что ограничение в коленном суставе явно затрудняет контроль над боковыми колебаниями (в сагиттальной плоскости). Это логично, так как коленный сустав играет ключевую роль в стабилизации тела во фронтальной плоскости при опоре на одну ногу, а его иммобилизация нарушает эту функцию.

Заключение. Проведенный анализ показывает, что иммобилизация коленного сустава приводит не к единообразному ухудшению постурального контроля, а к смене стратегий в зависимости от типа нагрузки: при высокой нагрузке работа функциональной системы характеризуется грубыми постуральными ко- лебаниями; при умеренной и низкой нагрузке – переходит на ригидную, малоподвижную стратегию.

Обе стратегии являются неэффективными и повышают риск потери равновесия в реальных условиях локомоции. Наибольшую угрозу представляет потеря постурального контроля в сагиттальной плоскости (боковые колебания), что является прямым следствием функционального дефицита иммобилизованной нижней конечности.

Очевидно, что динамический режим (ходьба) является гораздо более чувствительным индикатором постурального дефицита при иммобилизации, чем статический. Нарушения, почти не заметные при стоянии, ярко проявляются при ходьбе. Основная проблема иммобилизованных лиц при ходьбе заключается в утрате способности к тонкой коррекции движений. Система постурального контроля функционирует на пределе, чтобы просто поддерживать базовую ходьбу, и у нее не остается ресурсов для повышения контроля (как у «Нормы» в тесте «СТ») или для эффективного подавления помех (как в тесте «РР»).

Резкий рост таких параметров, как Jerk (рывок) и Path (длина траектории), указывает на высокую энергозатратность ходьбы в условиях иммобилизации. Каждый шаг требует множества грубых корректирующих движений туловищем. Адаптивная реакция организма на условия постурально-когнитивной интерференции представлены комбинацией высоких показателей неустойчивости и энергозатратности. Последние рассматриваются как причина повышенного риска падений у данной категории лиц, особенно в условиях необходимости одновременного выполнения каких-либо действий при ходьбе (разговор, реакция на сигнал).

Реабилитация пациентов с иммобилизацией нижней конечности должна включать тренировку постурального контроля именно в условиях ходьбы. Необходимо отрабатывать согласованные движения корпуса и рук, ходьбу с одновременным выполнением когнитивных задач, а также тренировать устойчивость к внешним возмущениям с целью сформирования адаптивных и экономичных стратегий динамического равновесия.