СПОСОБ ОБЪЕКТИВНОЙ ОЦЕНКИ ПРОПРИОЦЕПТИВНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В ОТДЕЛЬНЫХ СУСТАВАХ КОНЕЧНОСТЕЙ У ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR OBJECTIVE EVALUATION OF PROPRIOCEPTIVE SENSITIVITY IN INDIVIDUAL JOINTS OF EXTREMITIES IN HUMAN

Изобретение относится к области медицины, в частности, к способам оценки проприоцептивной чувствительности у здоровых лиц и у больных с поражениями центральных и периферических отделов нервной системы.
Проприоцептивная чувствительность (ПЧ), позволяющая человеку ощущать положения и движения конечностей, в клинике называемая глубокой чувствительностью, формируется без участия зрения на основе поступающей в центральную нервную систему информации, главным, образом, от мышечных, сухожильных и суставных рецепторов (глубоких проприоцепторов), но также кожных (поверхностных) рецепторов (Proske U., Gandevia S.C. J. Physiol. 2009. 587(17): 4139-4146). ПЧ играет решающую роль в двигательном управлении (Козловская И.Б. Афферентный контроль произвольных движений. М.: «Наука», 1976. 295 с.; Ostry D.J. et al. J. Neurosci. 2010. 30:5384-5393).
Нарушение восприятия положения и движения конечностей, по данным разных источников, наблюдается у 50-80% пациентов с парезами и параличами центрального генеза (Dukelow S.P. et al. Neurorehabilitation a. Neural Repair. 2010. 24(2): 178-187; Schabrun S.M., Hillier S. Clin. Rehabil. 2009. 23:27-39; Sullivan J.E., Hedman L.D. Top Stroke Rehabil. 2008. 15:200-217). Согласно статистическим исследованиям состояние ПЧ - важный прогностический показатель восстановления двигательной функции у больных, перенесших инсульт (Coupar F. et al. Clin. Rehabil. 2012. 26:291-313;
Meyer S. et al. Physical Therapy. 2014.94(9): 1220-1231). В этой связи совершенствование методов определения состояния ПЧ является актуальной задачей, имеющей большое научное и прикладное значение.
Известно много способов объективной оценки восприятия движения по отдельным показателям, например, порогам величины или скорости смещения в суставе (Suetterlin K.J., Sayer A.A. Age and Ageing. 2013. 0:1-6), воспроизведению усилия (Радау Ю.В. с соавт. Способ оценки проприоцептивной чувствительности у больных с повреждениями периферических нервов в области предплечья// Изобретения. Полезные модели. - 2003. - №5. пат. 2198587 РФ, МПК 7 А61В 5/05; Запорожанов В. А. Педагогика, психология и медико-биологические проблемы физического воспитания и спорта. 2013. 4:21-25) и другим. Однако, кроме того, что большая их часть специализирована для конкретных суставов, ни один из этих способов не дает наиболее важной для реабилитолога информации о том, насколько быстро и точно пациент способен воспринимать целостное движение в тестируемом суставе.
В настоящее время в повседневной врачебной практике наиболее часто о состоянии ПЧ судят по словесному отчету пациента о том, чувствует ли он с закрытыми глазами пассивное движение в суставе, выполняемое врачом, и правильно ли распознает его направление. Эти ощущения сравнивают с восприятием аналогичного движения в симметричной конечности и оценивают в балльной системе (Fugl-Meyer A.R. et al. Scand. J. Rehab. Med. 1975. 7:13-31). Недостатками методики являются ее неточность и субъективность, обусловленные, прежде всего, тем, что пациенты обладают разной способностью к вербализации своих ощущений.
Частично эти проблемы решаются, когда передача ощущения пассивного движения тестируемой руки осуществляется путем его отсроченного воспроизведения другой, условно-здоровой рукой (Лурия А.Р. Высшие корковые функции человека и их нарушения при локальных повреждениях мозга. Изд-во Московского Университета. 1962. 432 с.). Еще более точную оценку качества восприятия положения тестируемой руки обеспечивает метод, основанный на использовании роботизированного экзоскелета (Dukelow S.P. et al. Neurorehabilitation a. Neural Repair. 2010. 24(2): 178-187). Во время тестирования обе руки испытуемого лежат на опорах-экзоскелетах, позволяющих совершать движения в плечевом и локтевом суставах. Сначала один экзоскелет перемещает кисть тестируемой руки в заданную точку. После этого испытуемый старается переместить кисть другой руки, закрепленной во втором, измерительном, экзоскелете, в симметричную конечную точку. Главным недостатком этих методик является то, что из-за отсроченности воспроизводящего движения результат тестирования зависит от особенностей кинестетической памяти пациента.
Наиболее близким к предлагаемому методу оценки ПЧ является модификация описанного выше способа, в которой испытуемого просят воспроизводить тестирующее движение, но не после его выполнения, а как только он начинает его чувствовать (Semrau J.A. et al. Stroke. 2013. 44:3414-3421). В тестах на здоровых испытуемых показана высокая точность воспроизведения траектории и скорости движения кисти тестируемой руки, тогда как у постинсультных больных обнаруживаются грубые нарушения воспроизведения. Метод имеет следующее недостатки: 1) не позволяет дифференцировать состояние ПЧ по отдельным суставам руки, 2) требует сложного дорогостоящего оборудования (робототехники), специализированного для работы с определенным типом конечностей, либо рук, либо ног, 3) требует помещения пациента в лабораторную роботизированную установку, что затрудняет тестирование пациентов с тяжелыми двигательными нарушениями и лежачих больных.
Технический результат предлагаемого способа заключается в получении объективных качественных и количественных показателей проприоцептивного восприятия положения и движения в любых отдельных суставах верхней конечности, позволяющих судить о степени сохранности или нарушения ПЧ у широкого контингента испытуемых с разной степенью тяжести односторонних сенсо-моторных нарушений.
Технический результат достигается за счет того, что исследователь выполняет односуставные пассивные движения тестируемой конечности и непосредственно во время их выполнения испытуемый, согласно заранее полученной инструкции, с закрытыми глазами копирует эти движения с помощью активных движений симметричной конечности; с помощью технических средств регистрируют углы в исследуемом суставе и одноименном суставе симметричной конечности, и на основе анализа записей суставных углов получают значения показателей степени схожести копирующих и пассивных движений; о степени сохранности или нарушения ПЧ у испытуемого судят на основе сопоставления полученных показателей с границами «нормы», оцененными при исследованиях на представительной выборке неврологически и ортопедически здоровых испытуемых; мониторинг показателей ПЧ у пациента позволяет прослеживать динамику восстановления ПЧ в ходе лечения и реабилитации.
Метод осуществляется следующим образом. При обследовании испытуемый находится в положении, позволяющем ему осуществлять движения обеими верхними конечностями. Испытуемому дают инструкцию: во время выполнения пассивных движений в тестируемом суставе конечности следует по возможности точно копировать их симметричной конечностью. Перед проведением каждого теста ему показывают, какие именно пассивные движения будут выполняться. Процедура тестирования состоит в том, что испытуемому надевают на глаза непрозрачную маску и просят расслабить тестируемую и симметричную конечности; врач производит от 3 до 4 циклов тестирующих пассивных движений в исследуемом суставе верхней конечности за 15-25 секунд с варьируемой амплитудой в естественном для данного сустава диапазоне углов. Чтобы убедиться, что испытуемый понимает задание и физически способен его выполнить, перед обследованием проводят предварительное тестирование, в котором его просят воспроизвести пассивные движения описанным способом, но с открытыми глазами. В процессе выполнения процедуры тестирования с помощью технических средств регистрируют углы в тестируемом суставе и одноименном суставе симметричной конечности. Для регистрации суставных углов предусмотрено 4 варианта технических средств: системы регистрации на основе инерционно-магнитометрических сенсоров, суставных гониометров, оптической проекционной системы и электромагнитных пространственных сенсоров. Наиболее перспективной для внедрении в клиническую практику представляется первая из перечисленных.
В системе регистрации на основе инерционно-магнитометрических сенсоров суставные углы рассчитываются компьютерной программой по данным о пространственной ориентации сенсоров, закрепленных на соответствующих смежных сегментах конечностей. Пространственная ориентацию сенсоров, в свою очередь, рассчитывается программой на основе измеряемых компьютеризированной системой 3-мерных линейного ускорения, углового ускорения и внешнего магнитного поля (геомагнитного поля Земли) для каждого сенсора. Для проведения тестов на конечности испытуемого устанавливают две пары сенсоров: 2 сенсора на тестируемой конечности для измерения суставного угла пассивных движений и 2 сенсора на симметричной конечности для измерения суставного угла активно воспроизводимых копирующих движений, как это показано на фиг. 1 для случая регистрации движений в локтевых суставах. Система, построенная с использованием сенсоров Awinda (XSENS, Нидерланды), позволяет получать оцифровку пары суставных углов с частотой 100 измерений в секунду.
В системе регистрации на основе гониометров на тестируемый сустав и одноименный сустав симметричной конечности устанавливается по гониометру, оборудованному рычагами с фиксирующими захватами, крепящимися на смежных сегментах конечности и обеспечивающими расположение гониометра на оси вращения сустава. Для исследования различных суставов используются различные варианты конструкции рычагов с захватами. Углы гониометров во время тестирования регистрируют с помощью компьютеризированной системы сбора данных.
При регистрации с помощью оптической проекционной системы испытуемого усаживают за специальный стол, оборудованный системой зеркал, позволяющей одной видеокамерой одновременно регистрировать 4 проекции изображения рук испытуемого: виды сверху, спереди, слева и справа. На сегменты рук, смежных с тестируемыми суставами наклеивают по паре контрастных маркеров. Во время проведения теста на видеокамеру записывают движения маркеров во всех проекциях. Далее видеозапись покадрово обрабатывают на компьютере с помощью специального программного обеспечения, в полуавтоматическом режиме оцифровывающего траектории движения маркеров и рассчитывающего на основе положений маркеров соответствующие суставные углы. При использовании стандартной видеокамеры со скоростью записи 30 кадров в секунду, удается получить временные зависимости суставных углов с частотой 30 измерений в секунду.
При использовании системы регистрации на основе электромагнитных пространственных сенсоров две пары сенсоров располагают так же, как и при использовании инерционно-магнитометрических сенсоров. Суставные углы рассчитывают на компьютере на основе получаемых от измерительной системы данных о пространственной ориентации сенсоров относительно общей базы, представляющей собой специализированный излучатель электромагнитного поля. При использовании электромагнитной системы пространственной регистрации Fastrack (Polhemus, США) удается получить частоту измерений суставных углов до 30 измерений в секунду, а для системы Flock of Birds (Ascension Tech., США) - до 100 измерений в секунду.
На основе анализа зарегистрированных суставных углов оценивают схожесть пассивных и копирующих активных движений по качественным показателям, представляющим собой фиксацию наличия грубых нарушений при копировании:
- отсутствие воспроизведения движений,
- воспроизведение движения в другом суставе,
- частичное воспроизведение,
- воспроизведение с дополнительными движениями,
- воспроизведение с нарушением направления движения,
- воспроизведение только разгибательных или сгибательных движений;
и по значениям 4 количественных показателей успешности копирования:
- коэффициенту амплитуды, вычисляемому как отношение среднеквадратичных значений суставных углов пассивных и копирующих движений по всему тесту,
- коэффициенту формы, представляющего собой линейный коэффициент корреляции нормализованных суставных углов движений по всему тесту, за исключением начальной полуволны движения,
- латентности начала копирующего движения,
- латентности циклических копирующих движений, осредненной по циклам движений в пределах теста.
Сопоставляя полученные значения качественных и количественных показателей с границами «нормы», которые получены при исследовании представительной выборки неврологически и ортопедически здоровых испытуемых, описанном ниже, оценивают степень сохранности или нарушения ПЧ в тестируемом суставе.
Проведено исследование с целью изучить, насколько точно здоровый человек в отсутствие зрительного контроля способен во время выполнения пассивных движений в отдельном суставе передавать ощущение этих движений, копируя их симметричной конечностью, а также проверить этот способ передачи проприоцептивного восприятия движений у постинсультных больных.
В исследовании участвовало 35 неврологически здоровых испытуемых в возрасте от 40 до 75 лет, из них 11 мужчин и 24 женщины, правшей (по Эдинбургскому тесту: Oldfield, R.C. Neuropsychologia. 1971. 9(1): 97-113), без ортопедических проблем в исследуемых суставах. Также было обследовано 13 больных в возрасте от 53 до 75 лет, из них 11 мужчин и две женщины, правшей, перенесших инсульт с очагами в правом (8 случаев) и левом (5 случаев) полушариях, с парезом от 1 до 4 баллов по шестибалльной шкале НЦН РАМН с мышечным тонусом не более 3-х баллов по шкале спастичности Ашфорт (Стаховская Л.В., Котов С.В. Инсульт. М.: 2014).
У всех здоровых испытуемых в одном сеансе исследовали воспроизведение пассивных движений пронации-супинации предплечья (ПС), сгибания-разгибания (КиСР) и отведения-приведения (КиОП) кисти, сгибания-разгибания в локтевом суставе (ЛкСР) как левой, так и правой рук, а у больных - тех же движений только паретичной руки. При тестировании ПС, КиСР и КиОП была использована оптическая система регистрации, а при тестировании ЛкСР - система регистрации на основе инерционно-магнитометрических сенсоров.
Сравнение значений количественных показателей у мужчин и женщин (средние значения - по тесту Стьюдента или суммы рангов - по тесту Манна-Уитни) не выявило статистически значимых различий. С помощью расчета линейных и ранговых коэффициентов корреляции установлено, что вклад возраста в общую дисперсию слаб и не превышает 20%. На этом основании все здоровые испытуемые были объединены в одну группу.
Получены следующие результаты исследования. Все здоровые испытуемые во всех тестах точно и практически одновременно копировали пассивные движения. В качестве примера на фиг. 2 приведены полученные временные зависимости суставных углов при тестировании ПС у здорового испытуемого ЗИ2 (пунктирной линией отмечено пассивное, а сплошной - копирующее активное движение). Медианные значения количественных показателей схожести копирующих и пассивных движений в различных тестах у здоровых испытуемых и границы «нормы» для значений показателей представлены в таблице на фиг. 3.
При тестировании различных суставов активные копирующие движения начинались с латентностью, в среднем близкой к 0,5 с. В 74-90% случаев для разных тестов эта латентность не превышала 1 с. Воспроизведение последующих циклических движений в пределах теста было, как правило, столь быстрым, что пассивные и копирующие активные движения рук визуально воспринимались как практически одновременные. Во всех тестах коэффициент формы имел высокие значения, близкие к 1, отражая высокую схожесть копирующих и пассивных движений. Коэффициент амплитуды отличался от 1 не более чем на 30% в 80-95% случаев для разных тестов.
Сравнение степени схожести копирующих и пассивных движений в разных суставах по четырем количественным показателям (по критерию Стьюдента для связанных выборок и его непараметрическому аналогу -критерию Вилкоксона) не выявило достоверных различий между разными суставами, за исключением более высокого значения коэффициента формы в тестах ПС.
Полученные результаты показали, что здоровые испытуемые способны правильно, точно и практически одновременно воспроизводить односуставные пассивные движения как левой, так и правой руки с помощью активных движений другой руки.
В качестве границ, определяющих пределы «нормы» для значений 4 количественных показателей схожести копирующих и пассивных движений, были приняты двусторонние границы для коэффициента амплитуды и односторонние границы для латентностей и коэффициента формы, включающие 90% значений показателей, полученных, в общей сложности, в 213 тестах, выполненных на группе 35 здоровых испытуемых.
В группе больных из 50 проведенных тестов воспроизведение пассивных движений паретичной руки с помощью копирующих движений противоположной руки было зарегистрировано в 47. Один пациент практически не воспроизводил копирующих движений в тестах ПС, КиСР и КиОП.
В отличие от здоровых, 42% копирующих движений у больных были выполнены с нарушениями, носившими качественных характер. Виды этих нарушений и частота их проявления указаны в таблице на фиг 4. Наиболее часто наблюдалось частичное воспроизведение, когда из серии циклических движений копировалась только часть, как, например, при тесте ПС у больного БЗ на фиг. 2, Б, или при тесте КиСР для больной Б 13 на фиг. 5, А. К частым нарушениям воспроизведения относилась также ошибка в направлении копирующих движений, как, например, при тесте ПС у больного Б9 на фиг. 2, В.
Характерными отклонениями количественных показателей сходства копирующих и пассивных движений у больных были заниженный коэффициент формы, который выходил за пределы «нормы» в 72% тестов, и увеличенное значение латентности циклических копирующих движений, выходившее за пределы «нормы» в 30% тестов и достигавшее в этих случаях значений до 600-800 мс.
Если у здоровых испытуемых ни в одном тесте не было зафиксировано качественных нарушений, и только у 1,6% испытуемых хотя бы в одном тесте наблюдался выход за границы «нормы» более чем по двум из четырех количественных показателей, то у 77% больных имели место качественные нарушения и/или выход за границы «нормы» более чем по двум количественным показателям хотя бы в одном тесте. Таким образом, с учетом того, что по данным различных источников нарушение ПЧ наблюдатеся у 50-80% пациентов, предложенный метода позволяет четко разделить состояние статуса ПЧ у здоровых и постинсультных больных.
Предложенный метод позволяет определить, какие именно движения паретичной руки имеют наибольший проприоцептивный дефицит, что может использоваться при индивидуальном подборе реабилитационных процедур для оптимизации их эффективности.
Кроме того, по изменению состава и количества качественных нарушений копирования и значений количественных показателей сходства копирующих и пассивных движений можно объективно оценивать изменение статуса ПЧ и эффективность реабилитационных процедур. На фиг. 5 приведены графики суставных углов в тесте КиСР для больной Б13 до реабилитации, когда она копировала движения с большой латентностью, неточно и с пропусками (фиг. 5, А) и после 2 недель реабилитационной тренировки, когда она стала повторять движения без качественных нарушений (фиг. 5, Б), одновременно улучшив количественные показатели: латентности начала копирующих движений с 1887 до 511 мс и коэффициента формы с 0,346 до 0,673.