ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ХОДЬБЕ В ЕСТЕСТВЕННОМ АЛГОРИТМЕ В РЕАБИЛИТАЦИИ БОЛЬНЫХ ДЕТСКИМ ЦЕРЕБРАЛЬНЫМ ПАРАЛИЧОМ
TRAINING APPARATUS FOR TRAINING TO WALKING IN NATURAL ALGORITHM IN AFTERTREATMENT OF PATIENTS BY CHILDREN'S CEREBRAL PARALYSIS

1. Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к медицине. Для восстановления локомоторной функции у детей с локальными повреждениями головного мозга, в первую очередь, у детей, страдающих спастической формой детского церебрального паралича (ДЦП), предлагается тренажер для обучения ходьбе в естественном алгоритме (ТОХвЕА).
2. Уровень техники.
Технология физической реабилитации больных со стойкими двигательными расстройствами при заболеваниях и травмах центральной нервной системы (ЦНС) представляет собой различные виды лечебной физкультуры (с применением тренажеров, физических упражнений, механотерапии, трудотерапии и т.д.), целью которых является возможно более полное и быстрое восстановление локомоторной функции больного. Для достижения этого результата все методики физической реабилитации строятся по общему принципу: главной точкой их приложения является скелетная мускулатура; а основу составляют комбинации статических, изометрических и динамических упражнений для увеличения массы, силы мышц, объема движений в суставах, улучшения координации движений, расширения диапазона двигательных навыков.
Ближайшим аналогом ТОХвЕА является тренировочное устройство RU 2240851 С1 А63В 23/04, А63 В22/02, для восстановления двигательной активности ног. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности реабилитации пациентов с травмой спинного мозга, ДЦП за счет обеспечения возможности пассивного длительного передвижения ног пациента по движущейся беговой дорожке при сниженном давлении на площадь опоры ног пациента. Тренировочное устройство содержит две вертикальные штанги, установленные на горизонтальных опорах, между которыми установлена беговая дорожка. К штангам крепятся рама с блоками и противовесом, подвижные коленоупоры с держателями голеностопов. С помощью фала и нагрудных ремней подвешивается пациент, который руками держится за поручни, а стопами соприкасается с беговой дорожкой. Каждое колено пациента крепится с помощью эластичных ремней к подвижным коленоупорам, синхронность движения которых обеспечивается кривошипно-шатунной передачей.
ТОХвЕА (фиг.2, 3,4) имеет принципиальное отличие от существующих тренажеров и, в частности, от указанного ближайшего аналога. Конструкция тренажера позволяет осуществлять вертикализацию больного и обучение ходьбе в естественном алгоритме: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги». Устойчивое положение больного в вертикальном положении осуществляется с помощью надувных креплений, которые прикрепляются к металлическому штативу палатки на колесах. Обучение ходьбе проводится в тренировочных сапогах, в передние и задние камеры которых с помощью насоса для подачи жидкости попеременно нагнетается коллоидная жидкость с утяжелением соответствующих частей конечностей в естественном алгоритме ходьбы (фиг.7). Утяжеление конечностей сопровождается синхронными звуковым и световым эффектами. Пошаговое продвижение тренажера вместе с больным осуществляется с помощью электродвигателя.
Предполагается, что последовательные тренировки на ТОХвЕА за счет комплексного воздействия на кинестетический аппарат сформируют в коре головного мозга новый доминантный «искусственный» очаг прямохождения в естественном алгоритме: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги» (фиг.8) с правильным распределением центра тяжести и координацией всех мышц в вертикальном положении (фиг.1).
Таким образом, главной точкой приложения тренировок на ТОХвЕА является ЦНС; а основой - комплексное воздействие на афферентную систему кинестетического анализатора для создания в коре головного мозга нового «положительного» доминантного очага прямохождения в естественном алгоритме.
3. Раскрытие изобретения.
3.1. Современные представления нейрофизиологии о доминанте, лежащие в основе конструкции ТОХвЕА и методики его применения, обеспечивают оригинальный подход к решению задачи - восстановление локомоторной функции больного. Эта задача решается опосредованно, путем создания в коре головного мозга нового «положительного» доминантного очага прямохождения в естественном алгоритме с двухсторонними (прямыми и обратными) ассоциативными связями между двигательным, кинестетическим, зрительным и слуховым анализаторами (фиг.8).
Палатка с надувными креплениями, поддерживающими тело пациента в устойчивом вертикальном положении «сидя» или «стоя» (фиг.3, 4), создаёт условия для формирования центра тяжести в условиях прямохождения и, соответственно, для формирования множества других выпрямительных реакций, направленных на удержание равновесия и развитие координации в вертикальном положении.
Обучение ходьбе в естественном алгоритме: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги», проводится с помощью тренировочных сапог, имеющих переднюю и заднюю камеры (фиг.6, 7), в которые насосом для подачи жидкости автоматически попеременно, в указанном алгоритме, нагнетается коллоидная жидкость с утяжелением соответствующих частей конечностей. Утяжеление конечностей сопровождается синхронными звуковым и световым эффектами. Пошаговое продвижение тренажера вместе с больным осуществляется с помощью электродвигателя.
Таким образом, в результате тренировок на ТОХвЕА осуществляется комплексное воздействие на афферентную систему кинестетического, двигательного, слухового и зрительного анализаторов, с формированием стойких ассоциативных связей между ними в коре головного мозга (фиг.8). Появление стойких обратных связей между вышеуказанными анализаторами, в свою очередь, будет свидетельствовать о формировании в коре головного мозга нового «положительного» доминантного очага прямохождения в естественном алгоритме (фиг.8).
3.2. Техническим результатом тренировок на ТОХвЕА является обеспечение прямохождения в естественном алгоритме ходьбы: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги».
О получении технического результата будет свидетельствовать появление прямых положительных клинико-морфологических эффектов, выраженность которых будет зависеть от исходного состояния больного. Предполагается, что у тяжелых больных в процессе тренировок со временем потребуется меньшее количество надувных креплений для поддержки больного в вертикальном положении или появится возможность самостоятельного сидения за счет увеличения выпрямительных рефлексов, улучшения равновесия и устойчивости больного, появления центра тяжести в естественном месте при положении «сидя» (фиг.1-б, в, г). У более легких больных, возможно, будет наблюдаться полное или близкое к полному восстановление естественного алгоритма ходьбы с опорой на пятку, уменьшение «размаха» рук и ног, улучшение координации походки, исчезновение патологических двигательных стереотипов, ускорение освоения новых двигательных навыков. Косвенные положительные клинические эффекты тренировок на ТОХвЕА проявятся, в той или иной мере, в наращивании массы мышц нижних конечностей, улучшении мелкой моторики рук, улучшении когнитивных способностей, в ускорении психоречевого развития и т.д.
Предполагается, что новый доминантный очаг, согласно нейрофизиологическим феноменам «конкуренции за общий конечный путь» (фиг.8) и «центрального облегчения» (фиг.9), будет усиливать положительное воздействие всех других методов физической реабилитации, примененных к данному больному, и, тем самым, опосредованно будет способствовать более полному и быстрому восстановлению локомоторной функции больного.
4. Краткое описание чертежей
На фигуре 1 вертикальными стрелками изображено положение и направление отвесной линии, проведенной через центр тяжести и проходящей внутри площади опоры, в различных исходных положениях здорового человека:
на фиг.1(а) - в исходном положении «стоя». При выпрямленном симметричном положении, когда тело опирается на обе ноги, центр тяжести помещается в канале крестца над вторым крестцовым позвонком; проведенная через него отвесная линия падает между обеими стопами;
на фиг.1(б) - в исходном положении «сидя» с прямой спиной. Отвесная линия, приведенная через центр тяжести, проходит позади от линии, соединяющей оба седалищных бугра;
на фиг.1(в) - в исходном положении «сидя» при наклоне туловища кпереди. Отвесная линия проходит впереди от линии, соединяющей оба седалищных бугра;
и в различных исходных положениях больного на тренировках с использованием ТОХвЕА:
на фиг.1(г) - в исходном положении «сидя»,
на фиг.1(д) - в исходном положении «стоя».
На фигуре 2 представлено изображение ТОХвЕА (вид спереди):
1 - вертикальная часть штатива в центре задней стенки,
2 - надувные крепления головы и туловища,
3 - купол,
4 - боковая стенка,
5 - колесо,
6 - горизонтальная палка для упора рук,
7 - ручка для передвижения тренажера при использовании его в виде транспортного средства,
8 - насос для автоматической подачи коллоидной жидкости в сапоги и отсасывания ее обратно,
9 - электрический двигатель (сокращ. электродвигатель), обеспечивающий пошаговое продвижение тренажера вместе с больным в заданном темпе,
10 - тренировочные сапоги,
11 - мягкие трубки для циркуляции коллоидной жидкости из насоса для подачи жидкости в сапоги и обратно.
Примечание: пунктирными стрелками указана электрическая связь между электродвигателем и колесами тренажера.
На фигуре 3 представлено изображение ТОХвЕА (вид сбоку) при проведении тренировки в исходном положении пациента «сидя».
1 - вертикальная часть штатива в центре задней стенки,
2 - надувные крепления головы, шеи и туловища,
3 - купол с горизонтальной частью штатива в центре,
5 - колесо,
6 - горизонтальная палка для упора рук,
8 - насос для автоматической подачи коллоидной жидкости в сапоги и отсасывания обратно,
9 - электродвигатель, обеспечивающий пошаговое продвижение тренажера вместе с больным в заданном темпе,
10 - тренировочные сапоги,
11 - мягкие трубки для циркуляции коллоидной жидкости из насоса для подачи жидкости в сапоги и обратно,
12 - шапочка с надувными креплениями для головы,
13 - воротник с надувным креплением для шеи,
14 - жилет с надувными креплениями для туловища,
15 - резервуары,
16 - скоба для прикрепления резервуара к штативу,
17 - насос для ручной или автоматической подачи воздуха в резервуары,
18 - съемное основание,
19 - отверстие на боковой стенке резервуара, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
20 - отверстие на передней стенке резервуара, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
21 - надувное крепление на спинке жилета в сложенном состоянии,
22 - свободный конец надувного крепления в виде полого цилиндра,
23 - зажим, удерживающий надувное крепление в сложенном состоянии,
24 - отверстие в верхней части внутренней поверхности голенища, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
25 - съемное сиденье.
Примечание: пунктирными стрелками указана электрическая связь между электродвигателем и колесами тренажера.
На фигуре 4 представлено изображение ТОХвЕА (вид сбоку) при проведении тренировки в исходном положении пациента «стоя».
1 - вертикальная часть штатива в центре задней стенки,
2 - надувные крепления головы, шеи и туловища,
3 - купол с горизонтальной частью штатива в центре,
5 - колесо,
6 - горизонтальная палка для упора рук,
8 - насос для автоматической подачи коллоидной жидкости в сапоги и отсасывания обратно,
9 - электродвигатель, обеспечивающий пошаговое продвижение тренажера вместе с больным в заданном темпе,
10 - тренировочные сапоги,
11 - мягкие трубки для циркуляции коллоидной жидкости из насоса для подачи жидкости в сапоги и обратно,
12 - шапочка с надувными креплениями для головы,
13 - воротник с надувным креплением для шеи,
14 - жилет с надувными креплениями для туловища,
15 - резервуары,
16 - скоба для прикрепления резервуара к штативу,
17 - насос для ручной или автоматической подачи воздуха в резервуары,
18 - съемное основание,
19 - отверстие на боковой стенке резервуара, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
20 - отверстие на передней стенке резервуара, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
24 - отверстие в верхней части внутренней поверхности голенища, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой.
На фигуре 5 представлено схематичное изображение жилета в развернутом виде.
12 - шапочка с надувными частями креплений для головы;
13 - воротник с надувной частью крепления для шеи,
21 - надувная часть крепления туловища на спинке жилета в сложенном состоянии,
22 - свободный конец сложенного надувного крепления, надевающийся на соответствующий цилиндр резервуара,
23 - зажим, удерживающий надувную часть крепления в сложенном состоянии,
26 - верхняя часть спинки,
27 - передняя полочка,
28 - средняя и нижняя части спинки,
29 - застежки, соединяющие передние полочки друг с другом и со спинкой.
Примечание: пунктирными линиями изображена проекция прикрепления надувных креплений к шапочке, воротнику и спинке жилета.
На фигуре 6 представлено изображение тренировочных сапог.
5 - колесо,
8 - насос для автоматической подачи коллоидной жидкости в сапоги и отсасывания обратно,
9 - электрический двигатель, автоматически продвигающий тренажер в заданном темпе ходьбы,
11 - мягкие гибкие трубки для циркуляции коллоидной жидкости из насоса для подачи жидкости в сапоги и обратно,
24 - отверстие в верхней части внутренней поверхности голенища, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
30 - передняя камера правого сапога,
31 - задняя камера правого сапога,
32 - правый щеточный супинатор в свободном состоянии,
33 - правый передний супинатор в свободном состоянии,
34 - правые звуко- и светоэлементы в выключенном состоянии,
35 - левый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - левый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - левый передний звуко- и светоэлемент сапога во включенном состоянии,
38 - задняя камера левого сапога, заполненная жидкостью,
39 - левый задний светоэлемент во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера левого сапога, заполненная жидкостью.
На фигуре 7 представлена последовательность этапов утяжеления конечностей на тренировочных занятиях по формированию естественного алгоритма ходьбы: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги».
Фиг.7 (а) - «упор на пятку левой ноги»:
8 - насос для автоматической подачи коллоидной жидкости в сапоги и отсасывания обратно,
9 - электрический двигатель, автоматически продвигающий тренажер в заданном темпе ходьбы,
11 - мягкие трубки для циркуляции коллоидной жидкости из насоса в сапоги и обратно,
24 - отверстие в верхней части внутренней поверхности голенища, обрамленное цилиндром с завинчивающейся крышкой,
30 - передняя камера правого сапога,
31 - задняя камера правого сапога,
32 - правый пяточный супинатор в свободном состоянии,
33 - передние супинаторы в свободном состоянии,
34 - правые передний и задний звуко- и светоэлементы в выключенном состоянии,
35 - левый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - левый задний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера левого сапога, заполненная жидкостью.
Примечание 1. Для удобства восприятия последующих чертежей фигуры 7 изображения насоса для подачи жидкости (8), электрического двигателя (9), трубок для циркуляции коллоидной жидкости (11) не воспроизводятся.
Примечание 2. Стрелками на всех чертежах фигуры 7 указано направление движения жидкости: черными - приток жидкости из насоса для подачи жидкости в камеры сапог, белыми - отток жидкости из сапога в насос для подачи жидкости.
Фиг.7(б) - «упор на пятку и носок левой ноги».
34 - правые звуко- и светоэлементы в выключенном состоянии,
35 - левый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - левый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - левый передний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера левого сапога, заполненная жидкостью,
39 - левый задний светоэлемент во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера левого сапога, заполненная жидкостью.
Фиг.7(в) - «шаг вперед с упором на пятку правой ноги».
32 - левый пяточный супинатор в свободном состоянии,
33 - правый передний супинатор сапога в свободном состоянии,
34 - задний левый звуко- и светоэлемент в выключенном состоянии,
35 - правый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - левый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - правый задний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера правого сапога, заполненная жидкостью,
39 - левый передний светоэлемент во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера левого сапога, заполненная жидкостью.
Фиг.7(г) - «упор на пятку и носок правой ноги».
34 - левые звуко- и светоэлементы сапога в выключенном состоянии,
35 - правый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - правый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - правый передний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера правого сапога, заполненная жидкостью,
39 - правый задний светоэлемент камеры во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера правого сапога, заполненная жидкостью.
Фиг.7(д) - «шаг вперед с упором на пятку левой ноги».
32 - правый пяточный супинатор в свободном состоянии,
34 - правый задний звуко- и светоэлемент в выключенном состоянии,
35 - левый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - правый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - левый задний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера левого сапога, заполненная жидкостью,
39 - правый передний светоэлемент камеры сапога во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера правого сапога, заполненная жидкостью.
Фиг.7(e) - «упор на пятку и носок левой ноги».
34 - правые звуко- и светоэлементы в выключенном состоянии,
35 - левый пяточный супинатор с сомкнутыми пластинами,
36 - левый передний супинатор с сомкнутыми пластинами,
37 - левый передний звуко- и светоэлемент во включенном состоянии,
38 - задняя камера левого сапога, заполненная жидкостью,
39 - левый задний светоэлемент во включенном состоянии (звук отключен),
40 - передняя камера левого сапога, заполненная жидкостью.
На фигуре 8 изображен нейрофизиологический феномен «конкуренции за конечный путь».
Сенсорные зоны коры больших полушарий головного мозга:
41 - премоторная,
42 - двигательная,
43 - сенсорная,
44 - зрительная сенсорная,
45 - зрительная ассоциативная,
46 - слуховая сенсорная,
47 - слуховая ассоциативная.
Очаги в коре головного мозга:
48 - патологический очаг;
49 - новые ассоциативные связи между центральными отделами двигательного, кинестетического, зрительного и слухового анализаторов в коре головного мозга,
50 - «искусственный» положительный очаг,
51 - эфферентная импульсация «искусственного» положительного очага, подавляющая негативное воздействие патологического очага (феномен «конкуренции за общий конечный путь»).
На фигуре 9 изображен нейрофизиологический феномен «центрального облегчения».
Нейрон, находящийся на периферии (между окружностями), возбуждается только при одновременном возбуждении 2-х нейронов левого нервного центра и 2-х нейронов правого центра. Совместное раздражение волокон приводит к реакции, сила которой будет больше, чем простая сумма сил реакций на раздражение каждого отдельного волокна (2+2=5).
5. Осуществление изобретения.
5.1. Подробное описание ТОХвЕА.
ТОХвЕА состоит из 2-х основных частей: палатки с надувными креплениями и тренировочных сапог.
Палатка с надувными креплениями (фиг.2, 3, 4) предназначается для обеспечения устойчивого вертикального положения больного на тренировках в исходном положении «сидя» и «стоя ». Тренировочные сапоги (фиг.6, 7), в передние и задние камеры которых с помощью насоса для подачи жидкости автоматически попеременно подается коллоидная жидкость, предназначаются для утяжеления конечностей в алгоритме, соответствующем естественному алгоритму ходьбы: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги».
Палатка, выполненная из металла или пластика, имеет заднюю стенку, 2-е боковые стенки, куполообразный потолок и основание (фиг.2). Основание может сниматься, и тогда опорой ТОХвЕА становится пол тренировочного помещения. Большую часть веса палатки составляет штатив в виде буквы «Г», выполненный из металла (фиг.3, 4). Вертикальная часть штатива занимает центральную часть задней стенки, горизонтальная часть - центральную часть купола палатки. Основная площадь стенок и потолка выполнена из прозрачного легкого материала, внизу стенки окаймлены широкой металлической полосой, придающей конструкции устойчивость. К ней прикрепляются колеса, и на тренировках ходьбы палатка легко движется. Размеры палатки определяются ростом больного. Например, при росте больного 100 см ее высота составляет - 120-130 см, примерно такой же является ширина и длина ее основания. Палатка может состоять из отдельных составных частей, что позволяет при ее сложении уменьшать или увеличивать размеры конструкции. К куполу палатки при необходимости прикрепляется ручка, что позволяет использовать ТОХвЕА в качестве транспортного средства - коляски для прогулок на улице.
Дополнительными составными частями палатки являются: съемное сиденье, которое прикрепляется к вертикальной части штатива на нужной высоте; палка из дерева или пластика для упора рук; столик в виде широкой полки из дерева или пластика для занятий с больным (лепка, игры) во время тренировок в исходном положении «сидя». Палка и столик прикрепляются впереди больного к боковым стенкам палатки на нужной высоте.
К штативу прикрепляются скобами 3 резервуара из пластика или металла, имеющие форму параллелепипеда. Один (малый) - к горизонтальной части на куполе, два (средний и большой) - к вертикальной части в верхней половине. Площадь передней стенки малого резервуара примерно соответствуют площади теменной части головы, среднего - задней поверхности шеи и затылка. Площадь передней стенки большого, соответственно, - площади туловища ребенка. Высота резервуаров составляет 5 сантиметров (см). В каждый резервуар перед началом тренировки нагнетается воздух с помощью ручного или автоматического насоса. Воздух поступает через отверстия на боковой стенке, радиусом от 1,5 см до 2,0 см, обрамленные цилиндрами с завинчивающимися крышками. На передней стенке каждого резервуара по вертикальной срединной линии расположены отверстия радиусом от 2,5 см до 10 см, обрамленные цилиндрами с завинчивающимися крышками. На передней стенке малого резервуара имеется 1 отверстие, среднего - 2, большого - 3 (фиг.3, 4).
Надувные крепления (фиг.3, 4, 5), которые предназначаются для поддержки головы, шеи и туловища в устойчивом вертикальном положении, представляют собой гофрированные шланги. Шланги выполнены из прорезиненного материала, обладающего эластичностью и упругостью, за счет чего их объем увеличивается при нагнетании воздуха и возвращается к исходным размерам после разгерметизации креплений. Один конец надувного крепления вшит в соответствующую часть одежды: шапочку, воротник и жилет, которые выполнены из эластичного, плотно обтягивающего тело, материала (фиг.5). Второй конец - свободный - представляет упругую трубку с диаметром, равным диаметру соответствующего цилиндра, обрамляющего отверстие на передней стенке резервуара. Свободные эластичные концы шлангов надеваются на цилиндры резервуаров, обеспечивая герметичность системы: «резервуар - надувное крепление».
Предусмотрено наличие 6-ти разных по диаметру надувных креплений (фиг.3, 4, 5): 2-х головных - теменного и затылочного, 1-го - шейного, 3-х туловищных: плечевого, спинного и поясничного. Диаметр шлангов составляет примерно 5-7 см в головных и шейном креплениях, 7-12 см - в креплениях туловища и увеличивается сверху вниз. Длина всех креплений одинакова и составляет - 50 - 70 см. В нерабочем состоянии надувные крепления складываются и закрепляются зажимами на одежде. В рабочем состоянии зажимы позволяют регулировать длину креплений, закрепляя часть шланга в сложенном состоянии (фиг.3, 5).
Воздух нагнетается в крепления с помощью ручного или автоматического насоса (фиг.2, 3, 4). Он подается сначала через боковые отверстия в резервуары, а затем через отверстия в передней стенке в надувные крепления, герметически с ними соединенные. После заполнения воздухом крепления обеспечивают удержание головы, шеи и туловища больного в устойчивом вертикальном положении с минимальной амплитудой отклонения тела вперед и в стороны от отвесной линии, проходящей через центр тяжести в положении «сидя» или «стоя».
Второй основной частью ТОХвЕА являются тренировочные сапоги (фиг.6), которые обеспечивают попеременное утяжеление передней и задней половин обеих конечностей в алгоритме, соответствующем естественному алгоритму ходьбы: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги». Сапоги выполнены из 2-х слоев водонепроницаемой ткани. Ткань внутреннего слоя, помимо указанного свойства, обладает упругостью и эластичностью, что позволяет ей плотно обтягивать голени и стопы обеих конечностей. Пространство между наружным и внутренним слоями сапог равномерно заполнено пористым материалом, в котором может свободно циркулировать жидкость. Материал пористого внутреннего пространства также обладает эластичностью и упругостью, за счет чего его объем увеличивается при заполнении жидкостью и возвращается к исходным размерам при оттоке жидкости из сапога. Каждый сапог разделен на 2 части: переднюю и заднюю камеры, внутренние пространства которых изолированы друг от друга на наружной боковой поверхности сапог плотным швом, прошитым через все слои; на внутренней поверхности - разъемной молнией и швом. Подошвенная часть сапог выполнена из 1-го слоя эластичного, плотно прилегающего к подошве, материала, толщиной до 0,3-0,5 см. На наружной части подошв имеются 2 супинатора: пяточный и передний, имеющие размеры, соответствующие площади указанных отделов подошвы. Каждый супинатор имеет 2 тонкие металлические пластины (верхнюю и нижнюю), на которых имеются контакты, замыкающие электрическую цепь. Между пластинами находится пористый упругий материал, легко сжимающийся при упоре конечности на пятку или носок, обеспечивая тем самым смыкание пластин и контактов электрической цепи. При исчезновении упора на пятку или носок за счет упругости материала супинатор возвращается к исходной форме и происходит размыкание пластин.
Контакты супинаторов электрически связаны с 4-мя звуко- и светоэлементами, имеющими форму шаров, которые располагаются в передних и задних камерах сапог, и обеспечивают синхронный звуковой и световой эффекты при смыкании пластин каждого супинатора.
Коллоидная жидкость, которая используется в производстве игрушек, подается в каждую камеру сапога из насоса для подачи жидкости по 4 мягким эластичным трубкам. Свободные концы трубок надеваются на 4 цилиндра, обрамляющие отверстия, с радиусом от 1,0 см до 2,0 см, расположенные в верхней части внутренней поверхности голенищ сапог. Итак, свободная циркуляция жидкости из насоса для подачи жидкости в сапоги и обратно обеспечивается 4-мя системами: насос для подачи жидкости - трубка - отверстие в верхней части голенища - соответствующая камера сапога. Трубки, соединяющие насос для подачи жидкости с задними камерами сапог, окрашены в красный цвет; трубки, соединяющие насос для подачи жидкости с передними камерами - в зеленый. Коллоидная жидкость, поступающая в задние половины и передние камеры сапог, окрашена флуоресцирующей краской в те же цвета: в задние камеры поступает жидкость красного цвета, в передние - жидкость зеленого цвета.
В насосе для подачи жидкости имеются, соответственно, 2 одинаковых резервуара для красной жидкости и для зеленой, объемом 300-500 миллилитров (мл) каждый. Дозатором на передней стенке насоса для подачи жидкости производится установка нужного объема жидкости, который будет поступать в камеры сапог и обеспечивать утяжеление соответствующей части конечности до ее упора на пятку и смыкания пластин пяточного супинатора или до упора на носок и смыкания пластин переднего супинатора. После смыкания пластин пяточного супинатора включается задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до», и синхронно появляется мигающее флуоресцирующее свечение красной жидкости. После смыкания пластин переднего супинатора включается передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре», и синхронно появляется мигающее флуоресцирующее свечение зеленой жидкости. Длительность звуков короткая и соответствует первым 2-3 секундам (с) смыкания пластин супинаторов, длительность световых эффектов соответствует длительности упора конечности на пятку или носок, составляет 5-10 с и зависит от заданного темпа ходьбы.
Темп, порядок подачи жидкости в каждую камеру сапога и ее отсасывания обратно в насос для подачи жидкости, а также длительность тренировки задается регулятором со специальной шкалой, расположенным на передней стенке насоса для подачи жидкости (фиг.2, 3, 4). Насос для подачи жидкости прикрепляется скобами к вертикальной части штатива (в нижней трети) над электродвигателем. Насос для подачи жидкости и электродвигатель электрически связаны между собой.
Электродвигатель, связанный электрически с колесами тренажера, обеспечивает пошаговое продвижение ТОХвЕА вместе с больным вперед в заданном темпе. Работает на батарейках или от сети, прикрепляется в нижней части штатива скобами. Специальным регулятором обеспечивается синхронная работа насоса для подачи жидкости и электродвигателя.
5.2. Краткое описание методики тренировки на ТОХвЕА.
Программа тренировок на ТОХвЕА состоит из нескольких этапов, длительность которых будет зависеть от степени тяжести исходного клинического состояния больного ДЦП.
1-ый этап. Вертикализация больного в исходном положении «сидя» (фиг.1-г; 3).
Пациенту надевают шапочку, воротник и жилет. Затем больного сажают на сиденье, устанавливая последнее так, чтобы ступни ног касались опоры палатки или пола. Для разведения бедер используют распорки или мягкие валики. Снимают крышки с цилиндров, обрамляющих отверстия, расположенные на передних стенках резервуаров. Расстегивают зажимы на одежде, удерживающие крепления в сложенном состоянии. Свободные концы креплений надевают на соответствующие цилиндры. С помощью зажимов регулируют длину каждого крепления так, чтобы они были натянуты по прямой линии, параллельной основанию тренажера. Затем, сняв крышки с каждого цилиндра, расположенные на боковых стенках резервуаров, накачивают насосом воздух в системы: «резервуар - надувное крепление». После заполнения каждой системы боковые отверстия закрывают завинчивающейся крышкой.
При правильном выполнении вышеуказанных действий каждое крепление удерживает соответствующую часть тела в устойчивом положении, обеспечивая в целом вертикальное положение головы, шеи и туловища больного с сохранением небольшой амплитуды движений вправо - влево, вперед - назад. Отвесная линия проходит через центр тяжести, находящийся в центре между седалищными буграми с небольшой амплитудой отклонения вперед и назад (фиг.1-б, в, г). Впереди ребенка устанавливают горизонтальную палку с висящими игрушками или столик с играми. Длительность вертикализации в исходном положении «сидя» подбирается индивидуально, она зависит от исходного клинического состояния ребенка. Возможно использование ТОХвЕА во время кормлений, прогулок, занятий с ребенком.
Предполагается, что о начале формирования новых ассоциативных связей и «искусственного» доминантного положительного очага в двигательной зоне коры головного мозга будет свидетельствовать появление положительных самостоятельных координационных навыков, а именно появление способности ребенка удерживать голову, шею и туловище в вертикальном положении без помощи одного или 2-х надувных креплений.
Если в результате тренировок по вертикализации в исходном положении «сидя» появляется вышеуказанная положительная динамика или у ребенка исходно хорошее равновесие в положении «сидя», через несколько занятий или сразу переходят к следующему этапу тренировок.
2-й этап: «подготовительный». Попеременное утяжеление конечностей в естественном алгоритме ходьбы: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги» в исходном положении «сидя» (фиг.1-г, 3).
С помощью надувных креплений придают пациенту устойчивое положение в исходном положении «сидя», как это было описано выше. Руками ребенок держится за горизонтальную палку или играет предметами, расположенными на столике.
На ноги ребенка надевают тренировочные сапоги, подобранные по размеру (фиг.6). На цилиндры, обрамляющие отверстия на внутренней поверхности в верхней части голенищ, надевают мягкие трубки, связывающие насос для подачи жидкости с тренировочными сапогами. Красные трубки - на цилиндры задних камер сапог, зеленые - на цилиндры передних камер. Дозатором на передней стенке насоса для подачи жидкости производится установка нужного объема жидкости, который будет поступать в каждую камеру сапог и обеспечивать утяжеление соответствующей части конечности до ее упора на пятку и смыкания пластин пяточного супинатора или до упора на носок и смыкания пластин переднего супинатора. Регулятором на передней стенке насоса для подачи жидкости вводят временные параметры заданного алгоритма и общее время тренировки, например:
«1 этап - подача жидкости в заднюю камеру левого сапога - 5 с,
2 этап - подача жидкости в переднюю камеру левого сапога - 5 с,
3 этап - пауза - 5 с,
4 этап - синхронный отток жидкости из задней камеры левого сапога и подача жидкости в заднюю камеру правого сапога - 5 с,
5 этап - синхронный отток жидкости из передней камеры левого сапога и подача жидкости в переднюю камеру правого сапога - 5 с,
6 этап - пауза - 5 с,
7 этап - синхронный отток жидкости из задней камеры правого сапога и подача жидкости в заднюю камеру левого сапога - 5 с,
8 этап - синхронный отток жидкости из передней камеры правого сапога и подача жидкости в заднюю камеру левого сапога - 5 с,
9 этап - пауза - 5 с.
Время тренировки - 10 минут (мин)».
Включают насос для подачи жидкости. Происходит попеременное утяжеление конечностей с синхронными звуковым и световым эффектами в заданном алгоритме, соответствующем естественному алгоритму ходьбы (фиг.7).
1-й этап: красная жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в заднюю камеру левого сапога. Под действием утяжеления происходит упор конечности на пятку, пластины левого пяточного супинатора смыкаются и включается левый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение. Длительность этапа - 5 с.
2-й этап: зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру левого сапога. Под действием утяжеления происходит упор конечности на носок, пластины левого переднего супинатора смыкаются и включается левый передний звуко- и  светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение. Продолжается действие утяжеления на пятку и, соответственно, красное свечение задней камеры левого сапога. Длительность этапа - 5 с.
3-й этап: пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах левая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер левого сапога.
Вес тела переносится на левую ногу, и она становится опорной; правая нога - свободная.
4-й этап: красная жидкость из задней камеры левого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, пятка поднимается, пластины левого пяточного супинатора размыкаются, левый задний светоэлемент выключается, красное свечение прекращается.
Одновременно с оттоком жидкости из задней камеры левого сапога красная жидкость нагнетается в заднюю камеру правого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор правой конечности на пятку, смыкаются пластины правого пяточного супинатора и включается правый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение.
Действие силы тяжести на левый носок и зеленое свечение передней камеры левого сапога продолжаются. Длительность этапа 5 с.
5-й этап: зеленая жидкость из передней камеры левого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, носок поднимается, пластины левого переднего супинатора размыкаются, левый передний светоэлемент выключается, зеленое свечение прекращается.
Одновременно зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру правого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор конечности на носок, пластины правого переднего супинатора смыкаются и включается правый передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение. Длительность этапа 5 с.
6-й этап: пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах правая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер правого сапога.
Вес тела переносится на правую ногу, и она становится опорной; левая нога - свободна.
7-й этап: красная жидкость из задней камеры правого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, пятка поднимается, пластины правого пяточного супинатора размыкаются, правый задний светоэлемент выключается, красное свечение прекращается.
Одновременно с оттоком жидкости из задней камеры правого сапога красная жидкость нагнетается в заднюю камеру левого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор левой конечности на пятку, смыкаются пластины левого пяточного супинатора и включается левый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение.
Действие силы тяжести на правый носок и зеленое свечение передней камеры правого сапога продолжаются. Длительность этапа 5 с.
8-й этап: зеленая жидкость из передней камеры правого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, носок поднимается, пластины правого переднего супинатора размыкаются, правый передний светоэлемент выключается, зеленое свечение прекращается.
Одновременно зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру левого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор конечности на носок, пластины левого переднего супинатора смыкаются и включается левый передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение. Длительность этапа 5 с.
9-й этап: пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах левая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер левого сапога.
Вес тела переносится на левую ногу, и она становится опорной; правая нога - свободна.
Далее в течение 10 мин происходит повторение этапов: 4-5-6-7-8-9-4-…
В конце тренировки происходит автоматическое отсасывание жидкости из заполненных камер сапог обратно в насос для подачи жидкости.
Время тренировок удлиняется постепенно, возможно проведение нескольких тренировок в течение дня.
3-й этап. Обучение ходьбе в естественном алгоритме: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги» (фиг.1-д, 4, 7).
На этом этапе тренировок осваивается ходьба в естественном алгоритме: «пятка - носок левой ноги, пятка - носок правой ноги».
Снимают основание ТОХвЕА, опорой становится пол помещения для тренировок.
С помощью надувных креплений придают пациенту устойчивое положение в исходном положении «стоя», как это было описано выше (см. раздел «1-й этап). При правильной установке ребенка каждое крепление удерживает соответствующую часть тела в устойчивом положении, обеспечивая в целом симметричное вертикальное положение головы, шеи и туловища с сохранением небольшой амплитуды движений вправо - влево, вперед - назад, коленные суставы разогнуты с помощью инструктора, пятки касаются пола. Центр тяжести помещается в канале крестца над вторым крестцовым позвонком; проведенная через него линия тяжести падает между обеими стопами (1-а, 1-д, 4). Руками ребенок держится за горизонтальную палку.
На ноги ребенка надевают тренировочные сапоги, подобранные по размеру. На цилиндры, обрамляющие отверстия на внутренней поверхности в верхней части голенищ, надевают мягкие трубки, связывающие насос для подачи жидкости с камерами сапог. Красные трубки - на цилиндры задних камер сапог, зеленые - на цилиндры передних камер. Дозатором на передней стенке насоса для подачи жидкости производится установка нужного объема жидкости, который будет поступать в каждую камеру сапог и обеспечивать утяжеление соответствующей части конечности до ее упора на пятку и смыкания пластин пяточного супинатора или до упора на носок и смыкания пластин переднего супинатора. Регулятором на передней стенке насоса для подачи жидкости вводят временные параметры заданного алгоритма и общее время тренировки (см. раздел «2-й этап»). Прикрепляют к вертикальной части штатива под насосом для подачи жидкости электродвигатель, проверяют его подключение к электрической сети или проверяют действие батареек. Регулятором на передней стенке вводят параметры движения двигателя, например:
длина шага вперед - 10 см,
время движения - 2 с.
Другим регулятором устанавливают режим, синхронный с режимом работы насоса для подачи жидкости, для того, чтобы продвижение палатки вместе с больным осуществлялось на 3-м, 6-м и 9-м этапах ходьбы (см. раздел «2-й этап»).
Включают насос для подачи жидкости. Происходит попеременное утяжеление конечностей с синхронным звуковым и световым эффектами в естественном алгоритме ходьбы и синхронное пошаговое продвижение ТОХвЕА вместе с больным в заданном темпе.
1-й этап (фиг.7-а): красная жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в заднюю камеру левого сапога. Под действием утяжеления происходит упор конечности на пятку, пластины левого пяточного супинатора смыкаются и включается левый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение. Длительность этапа 5 с.
2-й этап (фиг.7-б): зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру левого сапога. Под действием утяжеления происходит упор конечности на носок, пластины левого переднего супинатора смыкаются и включается левый передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение.
Продолжается действие утяжеления на пятку и, соответственно, красное свечение задней камеры левого сапога. Длительность этапа 5 с.
3-й этап (фиг.7-б): пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах левая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер левого сапога.
Вес тела переносится на левую ногу, и она становится опорной; правая нога свободна для продвижения вперед.
В последние 2 секунды этапа включается двигатель, и ТОХвЕА продвигается на 10 см, вовлекая в движение тело пациента; правая стопа с помощью инструктора переносится вперед для совершения шага.
4-й этап (фиг.7-в): красная жидкость из задней камеры левого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, пятка поднимается, пластины левого пяточного супинатора размыкаются, левый задний светоэлемент выключается, красное свечение прекращается.
Одновременно с оттоком жидкости из задней камеры левого сапога красная жидкость нагнетается в заднюю камеру правого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор правой конечности на пятку, смыкаются пластины правого пяточного супинатора и включается правый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение.
Действие силы тяжести на левый носок и зеленое свечение передней камеры левого сапога продолжаются. Длительность этапа 5 с.
5-й этап (фиг.7-г): зеленая жидкость из передней камеры левого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, носок поднимается, пластины левого переднего супинатора размыкаются, левый передний светоэлемент выключается, зеленое свечение прекращается.
Одновременно зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру правого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор конечности на носок, пластины правого переднего супинатора смыкаются и включается правый передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение. Длительность этапа 5 с.
6-й этап (фиг.7-г): пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах правая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер правого сапога.
Весь вес тела переносится на правую ногу, и она становится опорной; левая нога свободна для продвижения вперед.
В последние 2 секунды этапа включается двигатель, и ТОХвЕА продвигается на 10 см, вовлекая в движение тело пациента; левая стопа с помощью инструктора переносится вперед для совершения шага.
7-й этап (фиг.7-д): красная жидкость из задней камеры правого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, пятка поднимается, пластины правого пяточного супинатора размыкаются, правый задний светоэлемент выключается, красное свечение прекращается.
Одновременно с оттоком жидкости из задней камеры правого сапога красная жидкость нагнетается в заднюю камеру левого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор левой конечности на пятку, смыкаются пластины левого пяточного супинатора и включается левый задний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «до» в течение 3 с, и синхронно появляется красное мигающее свечение.
Действие силы тяжести на левый носок и зеленое свечение передней камеры правого сапога продолжаются. Длительность этапа 5 с.
8-й этап (фиг.7-е): зеленая жидкость из передней камеры правого сапога всасывается обратно в насос для подачи жидкости, утяжеление снимается, носок поднимается, пластины правого переднего супинатора размыкаются, правый передний светоэлемент выключается, зеленое свечение прекращается.
Одновременно зеленая жидкость заданного объема нагнетается насосом для подачи жидкости в переднюю камеру левого сапога. Под действием силы тяжести поступающей жидкости происходит упор конечности на носок, пластины левого переднего супинатора смыкаются, и включается левый передний звуко- и светоэлемент. Воспроизводится фонограмма ноты «ре» в течение 3 с, и синхронно появляется зеленое мигающее свечение. Длительность этапа 5 с.
9-й этап (фиг.7-е): пауза - 5 с. Под действием силы тяжести жидкости в обеих камерах левая конечность опирается на пятку и носок. Пластины обоих супинаторов сомкнуты. Продолжается мигающее свечение соответствующей окраски обеих камер левого сапога.
Вес тела переносится на левую ногу, и она становится опорной; правая нога свободна для продвижения вперед.
В последние 2 секунды этапа включается двигатель, и ТОХвЕА продвигается на 10 см, вовлекая в движение тело пациента; правая стопа, ставшая свободной, с помощью инструктора переносится вперед для совершения шага.
Далее в течение 10 минут происходит повторение алгоритма этапов:
4-5-6-7-8-9-4-…
В конце тренировки происходит автоматическое отсасывание жидкости из заполненных камер сапог обратно в насос для подачи жидкости.
Время тренировок удлиняется постепенно, возможно проведение нескольких тренировок в течение дня.
Предполагается, что об образовании новых стойких ассоциативных связей между двигательным, кинестетическим, зрительным и слуховым анализаторами и формировании в коре головного мозга искусственного «положительного» очага прямохождения в естественном алгоритме будут свидетельствовать:
- появление положительных самостоятельных координационных навыков, а именно появление способности ребенка удерживать голову, шею и туловище при ходьбе без помощи одного или 2-х надувных креплений,
- уменьшение заданного объема жидкости, необходимой для утяжеления конечностей,
- появление способности самостоятельно выбрасывать ногу при очередном шаге вперед и продвигать палатку вперед самостоятельно без помощи электродвигателя.
Ожидается, что вне тренировок формирование нового доминантного «положительного» очага клиническим проявится в улучшении когнитивных способностей ребенка: в ускорении освоения новых двигательных навыков и стереотипов, в ускорении психоречевого развития ребенка.