Читать книгу: «Нейрореабилитация. Часть 1», страница 2

Многие идеи предложенные Густавом Цандером при разработке и конструировании своих механотерапевтических аппаратов находят свое продолжение в современных высокотехнологичных образцах реабилитационного оборудования. Например, принесший в свое время широкую известность Густаву Цандеру аппарат «Лошадка» (рис. 10), воспроизводивший паттерны движений седока находящегося в седле лошади и по сути представляющий собой аппарат для иппотерапии в настоящее время стал неким прототипом для современного оборудования, в том числе роботизированного. К примеру, современный роботизированный комплекс «Hirob» представляет собой не имеющий аналогов реабилитационный робот, созданный на основе трехмерного анализа движений лошади (рис. 9). «Hirob» обладает встроенными паттернами движений наездника, в точности повторяет движения лошади и позволяет проводить автоматизированную нейрореабилитацию на основе иппотерапии.

Еще одним аппаратом сконструированным Густавом Цандером является аппарат с нестабильной опорой для работы с пациентами с патологией пояснично-крестцового отдела позвоночника. Современные реабилитационные аппараты с успехом воплощают идею, предложенную в свое время Цандером (рис. 11).

Активное внедрение в клиническую практику оздоровительных технологий, гимнастики и реабилитации, послужило определенным толчком к разработке все новых и новых идей по всему миру, которые со временем стали классикой реабилитологии. Так, например, шведская стенка появилась ближе к середине XIX века благодаря исследованиям шведского терапевта Пера Хенрика Линга в Центральном гимнастическом институте Стокгольма.

Рисунок 9. Роботизированный комплекс для иппотерапии «Hirob»

В 1792 году Пер Хенрик закончил гимназию в Векшё. С 1793 года изучал богословие в университете Лунда. Получил учёную степень в 1797 году в университете в Уппсале. Затем уехал за границу на несколько лет, сначала в Копенгаген, где он преподавал современные языки, а затем в Германию, Францию и Англию. Материальные трудности во время путешествия подорвали его здоровье, он страдал от ревматизма, но приобрёл значительное знание гимнастики и фехтования. В 1804 году он вернулся в Швецию и зарекомендовал себя как преподаватель данных дисциплин в Лунде, был назначен в 1805 году преподавателем фехтования в университете. Он обнаружил, что его ежедневные упражнения полностью восстановили его телесное здоровье, поэтому он стал думать над тем, как применить данный опыт на благо других. Он присутствовал на занятиях по анатомии и физиологии и прошёл всю учебную программу для подготовки врача, затем разработал собственную систему гимнастики, разделённую на четыре ветви: педагогическую, медицинскую, военную и эстетическую.

Рисунок 10. Аппарат Г. Цандера «Лошадка»

После нескольких попыток заинтересовать правительство Швеции Линг, наконец, в 1813 году вступил с ним в сотрудничество, и Королевский Центральный институт гимнастики, предназначенный для подготовки преподавателей по данной дисциплине, был открыт в Стокгольме; его принципалом стал сам Линг.

Многие врачи относились к деятельности Линга его учеников с большим скепсисом, однако тот факт, что в 1831 году Линг был избран членом Шведского медицинского общества, показывает, что, по крайней мере, в его родной стране его методы были признаны профессиональными. Последователями его учения стали Ларс Габриэл Брантинг (1799—1881), сменивший Линга на посту директора института, Карл Август Георгий, который стал субдиректором института, его сын, Яльмар Линг (1820—1886). Вместе с майором Туре Брандтом, который с 1861 года специализировался на лечении женщин (гинекологическая гимнастика), они считаются пионерами шведской лечебной гимнастики.

Еще один классический атрибут современных залов лечебной физкультуры и фитнесс-клубов – беговая дорожка, родилась в 1952 году в Вашингтонском университете. Доктора Роберт Брюс и Уэйн Квинтон поначалу использовали этот аппарат для диагностики сердечных заболеваний. Но очень скоро выяснилось, что он еще и прекрасно тренирует сердечно-сосудистую систему.

Степпер, впервые появился на выставке Национальной Ассоциации спортивных товаров в Оклахоме в 1983 году – его представили Лэнни Поттс и ее партнер Джим Уокер. Тренажер представлял собой лестницу, вращающуюся с заданной скоростью. Эллиптический тренажер в 1995 году изобрел американский инженер Дэрил Прекор. Дочь Дэрила Прекора получила травму пятки, и ей была необходима особая реабилитация, предполагавшая имитацию нормального движения стопы, но без нагрузки на суставы, идеальную траекторию движения создавал именно эллиптический тренажер.

Рисунок 11. Слева аппарат Г. Цандера, справа современный

реабилитационный тренажер «Mobidos»

Виброплатформы, как реабилитационный тренажер пришел в спортивно-оздоровительную индустрию из космонавтики – в 70-х годах вибротренинг стал активно использоваться для восстановления и реабилитации космонавтов после полетов. Тренажер способен единовременно активизировать все 100% мышечной массы организма. Вертикальные звуковые вибрации заставляют мышцы рефлекторно очень быстро сокращаться и расслабляться. Всего 10 минут занятия на виброплатформе способны заменить полноценную тренировку.

Первым производителем современных силовых тренажеров считается американец Артур Джонс (Arthur Jones), основатель компании «Nautilus». В начале 1970-х годов он представил машину «Blue Monster», позволявшую выполнять на ней базовые упражнения бодибилдинга. Именно тренажеры компании «Nautilus» (рис. 13) помогли силовым упражнениям стать частью популярной культуры. В своих интервью Артур Джонс упоминает, что узнал о машинах Густава Цандера лишь спустя много лет после того, как придумал свои тренажеры. По словам Джонса, при проектировании тренажеров он ставил главной задачей упрощение и оптимизацию силовых тренировок.

Рисунок 12. Механотерапевтические аппараты Густава Цандера

Представленная компанией «Nautilus» система блоков действительно позволяла держать мышцу в напряжении на протяжении всей амплитуды движения, что было революционным. Кроме этого, компания изобрела тренажер для упражнения «пуловер», расширяющий грудную клетку.

Джозеф Эдвин Уайдер является человеком, адаптировавшим тренажеры для домашнего использования. Основанная им компания «Weider» широко рекламировала подобные машины через собственные журналы о фитнесе и бодибилдинге.

Возвращаясь к вопросу о терминологии следует пояснить, что официально понятие «реабилитация» было впервые введено в 1903 г. Францем Иозефом Раттер фон Бусом в книге «Система общего попечительства над бедными», подразумевая при этом исключительно благотворительную деятельность. В отношении лиц с физическим и функциональным дефектом термин «реабилитация» начал активно употребляться с 1918 г., в свете открытия в Нью-Йорке Института Красного Креста для инвалидов. Дальнейшее развитие медицинской реабилитации и ее становление, как самостоятельной науки происходило после Второй мировой войны в связи с появлением большого числа инвалидов среди лиц, пострадавших в военных действиях. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) дает следующее определение понятию медицинской реабилитации (МР): это комбинированное и координированное применение социальных, медицинских, педагогических и профессиональных мероприятий с целью подготовки и переподготовки индивидуума для достижения оптимальной его трудоспособности.

Рисунок 13. Тренажеры «Nautilus»

На сегодняшний день история развития физической культуры, восстановительной медицины, реабилитационных технологий, велнес-концепции – это, прежде всего целый пласт знаний, широкий арсенал методов и учений, который актуален, применим в практической клинической деятельности и высокоэффективен при работе с пациентами практически любой нозологической группы. Выбор программы реабилитационных или профилактических оздоровительных технологий вопрос персонифицированного и междисциплинарного подхода, используемых на практике в настоящее время.

Новейшая история нейрореабилитологии, как самостоятельной дисциплины построена на внедрении в клиническую деятельность инновационных высокотехнологичных реабилитационных технологий, таких как:

1.Компьютерные технологии с реализацией принципов биологической обратной связи (БОС) и виртуальной реальности;

2. Роботизированные технологии;

3. Мозг-машинные интерфейсы;

4. Технологии бионического протезирования;

5. Технологии 3D печати;

В 1996 г. в г. Ньюкасле (Великобритания) состоялся первый Всемирный конгресс по неврологической реабилитации. В настоящее время эти конгрессы проводятся регулярно каждые три года и позволяют осветить основные вопросы дальнейшего развития системы нейрореабилитации. Одной из важных вех в развитии нейрореабилитационных технологий стало изобретение роботизированных аппаратов. Развитие данного направления связано с именем швейцарского инженера-электронщика и кинезиолога Джери Коломбо (Gery Colombo).

Идея роботизированного комплекса, позволяющего восстанавливать функцию движения у пациентов с повреждениями центральной нервной системы и, как следствие, глубоким неврологическим дефицитом, была реализована Джери Коломбо в роботизированном аппарате «Lokomat» (рис. 14). В настоящее время такие роботизированные системы используют для детей с детским церебральным параличем (ДЦП), пациентов с последствиями острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК), спинального инсульта и иными неврологическими патологиями, при которых присутствует паралич нижних конечностей. Джери Коломбо решил оптимизировать и ускорить восстановительный процесс больных с параличом при помощи специализированного манипулятора, подстраиваемого персонально под больного, управляемого компьютером. Такая идея никому не понравилась. Инженеру с трудом удалось найти денежные средства на исследования. Однако в 1996 г. была основана компания «Hocoma». А в 2001 г. был выпущен первый «Lokomat». В 2005 г. – первый робот для осуществления детской реабилитации. Робот состоит из беговой дорожки, системы роботизированных ортезов, подвесного механизма, предназначенного для снижения массы больного до требуемых значений. При весе в сто килограммов, больной может передвигаться, как будто он весит, к примеру, двадцать килограммов. Благодаря этому можно существенным образом снизить утомляемость и формировать правильный двигательный стереотип. Ортезы, на которых присутствуют двигатели, надевают на нижние конечности, при этом тазобедренные, коленные суставы сохраняют возможность производить движения в пределах физиологических двигательных актов. Углы сгибания-разгибания, скорость передвижения, мощность функционирования поддаются регулировке. В системе присутствуют четыре двигателя. Их возможно независимо друг от друга настраивать (углы сгибания, мощность). Из-за возможности регулировать сгибание-разгибание систему могут использовать больные, имеющие мышечные либо ортопедические контрактуры. Благодаря снижению мощности двигателя увеличивается двигательная нагрузка. Датчики считывают расположение конечностей. Данные поступают к центральному процессору, который управляет ходьбой, анализирует поступающую информацию. После обработки информация выводится на экран монитора (представляются специализированные индикаторы либо графики ходьбы). Занимающийся может сам произвести оценку своей активности, выполнить корректировку, если требуется – на этом построен принцип БОС.

Рисунок 14. Роботизированный комплекс «Lokomat»

Благодаря занятиям на роботизированной системе увеличивается сила, мышечная выносливость на нижних конечностях, тренируется кардио-респираторная система, разрабатывается контрактура, восстанавливается чувствительность на ногах, улучшается кровообращение и лимфообращение. Целью задействования системы является улучшение двигательной способности больных, имеющих неврологические патологии, нарушения движений, с использованием концепции нейропластичности. В занятиях на «Lokomat» скомбинированы функциональное локомоторное лечение и мотивация, выполнение оценки состояния больного, для чего используются обратная связь, виртуальная реальность. В экспериментальных работах Remple M.S. с соавтр. (2001), Luke L.M., Allred R.P., Jones T.A. (2004) выявлено, что после 400 повторений движений, отмечаются изменения в synapse density в первичной двигательной коре. В тоже время в исследованиях C.E. Lang et al. (2007), показано, что в течение 35-минутного традиционного занятия ЛФК больной в среднем совершает 39 активных, 34 пассивных и 12 целенаправленных движений конечности, которые, однако, не будут абсолютно одинаковы, одноамплитудны, симметричны и в своем функциональном плане максимально приближены к физиологическим. Это создает сложности в эффективности реабилитации пациентов с тяжелым и грубым неврологическим дефицитом, так как такая тренировка оказывается недостаточным стимулом для активизации процессов нейропластичности. Нейропластичность – это совокупность различных процессов ремоделирования синаптических связей, направленных на оптимизацию функционирования нейрональных сетей, и играющая решающую роль в процессах филогенеза и онтогенеза (при установлении новых синаптических связей, возникающих при обучении, а также при поддержании функционирования уже сформированных нейрональных сетей – первичная (естественная) нейропластичность, а также после повреждения структур нервной системы, в ходе восстановления утраченных функций – посттравматическая нейропластичность. В многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях показано, что в активизации механизмов нейропластичности ЦНС важную роль играют различные методы медицинской реабилитации. Как видно из данных исследований роботизированная техника создает возможность выполнения гораздо большего количества физиологических эргономичных движений нежили классическая активно-пассивная гимнастика. Более массивное активизирующее воздействие на процессы нейропластичности, в том числе осуществляемое через механизм БОС и стимуляцию сенсорных систем, главный тезис патогенетического обоснования эффективности роботизированных реабилитационных комплексов.

Сегодня направление роботизированных технологий в реабилитации и хирургии превратилось в интенсивно развивающуюся отрасль. Новое поколение роботизированных систем представляет собой уже не только статичные стационарные комплексы, но и динамические мобильные аппараты с возможностью максимально динамичной тренировки в сочетании с электронейромиографической-стимуляцией. Такой системой является к примеру аппарат «Walk trainer» (рис.15).

Рисунок 15. Роботизированный комплекс «Walk trainer»

Еще одним инновационным направлением современной нейрореабилитологии является бионическое протезирование. Бионическое протезирование становится процветающей областью науки, являясь примером современнейших высокотехнологичных реабилитационных технологий, связанных с разработкой устройств имитирующих работу «живых органов» – конечностей, слухового, зрительного и иных анализаторов. Проблема протезирования стала особенно острой после драматических событий Первой и Второй Мировой войн, когда большое количество ампутантов, пострадавших в боевых действиях нуждалось в помощи специалистов по протезированию и реабилитации. В наше время данная проблема не теряет своей актуальности. Одним из достижений последних лет в области бионического протезирования можно считать разработку протеза для верхней конечности – кисть «Michelangelo» (рис.16). Искусственная конечность состоит из твердых и мягких элементов, которые играют роль костей, суставов, соединительной ткани и сухожилий. Возможности данного протеза позволяют научиться регулировать скорость движения пальцев и силу сжатия. «Michelangelo» – это миоэлектрический протез, так как управление происходит с помощью импульсов, которые генерируют мышцы пользователя и передаются двумя подкожными электродами. Каждый палец оборудован собственными двигательными осями. Рука имеет 3 автоматических режима и 7 функций, рассчитанных на различные действия. Запястье протеза – это уникальная разработка, которая называется «Axonwrist» и является очень гибким и многофункциональным. В частности, можно согнуть руку, повернуть ее вверх или вниз. В начале запястье имеет овальный элемент, похожий на настоящий человеческий сустав. В него встроили блок управления с емкой батареей, которой хватает на целый день работы. Размеры руки позволяют ее подбирать индивидуального для каждого пациента.

Рисунок 16. Протез для верхней конечности «Michelangelo»

Современные реабилитационные технологии в настоящее время активно внедряются, как в клиническую практику, так и в спортивную деятельность, что особенно востребовано в паралимпийском движении. Активное внедрение в спорте высших достижений современных и инновационных реабилитационных технологий способствует скорейшему восстановлению после травм, использованию на практике уникальных возможностей и скрытых резервов нашего организма. Спорт превращается в соревнование реабилитационных технологий.

Одним из примеров того как реабилитационные технологии позволяют реализовать спортсмену данный ему от природы потенциал может служить спортивная карьера южноафриканского бегуна Оскара Писториуса. Оскар лишился ног в 11 месяцев, однако это не смогло сломить его, он учился в самой обычной школе, затем поступил в университет Претории. Оскар Писториус занимался многими видами спорта: регби, большим теннисом, водным поло и борьбой, но его истинная страсть – бег.

Карбоновые протезы Оскара стали причиной скандала, так как Международная федерация легкой атлетики (МФЛА), ссылаясь на мнение профессора Герт-Петера Брюггемана, заключила, что карбоновые протезы, в силу своих особенностей, дают спортсмену ряд преимуществ. Из-за данного конфликта Оскара долгое время не допускали к соревнованиям, боясь создать опасный прецедент в спортивной индустрии. Оскар Писториус оспорил решение МФЛА в суде, в результате чего суд разрешил ему участвовать на олимпиаде в Пекине. Однако Писториус не смог пройти на них отбор. На Паралимпийских играх в Афинах в 2004 году Писториус получил бронзовую медаль на дистанции в 100 метров и золотую на дистанции в 200 м. На чемпионате мира 2006 года среди лиц с ограниченными возможностями он победил сразу на трёх дистанциях – 100, 200 и 400 м. Но по-настоящему известен Писториус стал, когда начал соревноваться с обычными бегунами.

Оскар Писториус использует для бега углепластиковые протезы, разработанные по специальному заказу исландской фирмой «Össur», названной именем изобретателя протезов Эссюра Кристинссона (исл. Össur Kristinsson), являющегося также ампутантом.

На современном этапе развития реабилитационных технологий медицинская реабилитация, как самостоятельная дисциплина приобретает все более четкие формулировки, патогенетические механизмы обоснования в том числе с позиций доказательной медицины. Так например, в Европе в 2007 г. по поручению Международного общества реабилитационной и физической медицины (ISPRM) ведущими европейскими специалистами в данной области К. Гуттенбрунером, А. Вардом и А. Чемберлен была сформулирована стратегия развития реабилитационной и физической медицины, которая получила название «Белая книга физической и реабилитационной медицины». Она была представлена на конгрессе ISPRM и опубликована в официальном издании ISPRM – Journal of Rehabilitation Medicine.

Сегодня многие положения Европейской хартии и ICF представляют интерес для отечественных врачей лечебной физкультуры и спортивной медицины, физиотерапевтов, рефлексотерапевтов, мануальных терапевтов, психологов и специалистов по профильным патологиям.

Среди разделов «Физической и реабилитационной медицины» (PRM), согласно версии 2008 г.:

1. Основные принципы PRM.

2. Физиология и патофизиология.

3. Клиническая и функциональная оценка в PRM.

4. Лечебные методы в PRM:

– физиотерапия – использование физических факторов и двигательного режима (электролечение, механическая вибрация, БОС, термо- и бальнеотерапия);

– профессиональная терапия, эрготерапия;

– оборудование и технические средства реабилитации (протезирование);

– мануальная (ручная) терапия;

– перевоспитание речи, принципы, оборудование и технология терапии нарушений речи;

– реинтеграция людей с физическими недостатками в общество.

5. Неподвижный пациент (предотвращение и лечение расстройств сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной, эндокринной, мочевыделительной, скелетно-мышечной, нейропсихологической систем и кожи).

6. Заболевания опорно-двигательной системы у взрослых в PRM.

7. PRM и спорт.

8. PRM и патология нервной системы.

9. PRM и дыхательная патология.

10. PRM и сердечно-сосудистая патология.

11. PRM в педиатрии.

12. PRM при урологических и сексуальных проблемах.

13. PRM у пожилых лиц.

14. Онкологическая реабилитация.

15. Реинтеграция и обслуживание обездвиженных и пожилых лиц на дому.

Несомненно новой вехой в развитии реабилитационных технологий станет разработка и дальнейшее развитие мозг-машинных интерфейсов. Уже сейчас концепция мозг-машинных интерфейсов реализована на практике. С помощью мозг-машинных интерфейсов пациенты с грубыми двигательными нарушениями могут управлять роботизированными протезами, инвалидной коляской и прочими внешними техническими устройствами, что соответственно способствует эффективности реабилитационного процесса, а также, как бытовой так и профессиональной адаптации.

Кроме того, использование интерфейсов с биологической обратной связью может способствовать правильной реорганизации коры головного мозга при различных вариантах ее повреждения. Согласно данным проведенных исследований, пациенты с неврологическими нарушениями способны овладевать технологией интерфейс мозг-компьютер.

В числе таких практических исследований можно выделить несколько наблюдений получивших широкую известность. В частности в 2012 году парализованная Jan Scheuermann с помощью реализации системы мозг-компьютерного интерфейса смогла с помощью собственного волевого (или мысленного) усилия контролировать роботизированную руку, которой покормила себя шоколадкой. Удалось это благодаря разработанной учеными из University of Pittsburgh School of Medicine (UPSOM) системе.

Также команде исследователей из Университета Питтсбурга удалось передать через роботизированную руку тактильные ощущения от прикосновений пальцами парализованному более 10 лет Натану Коупленду. Как и в случае с парализованной Scheuermann, 28-летнему испытуемому было имплантировано четыре электрода нейрокомпьютерного интерфейса в проекцию двигательной и чувствительной зон коры головного мозга в области функционально отвечающие за осязание пальцев кисти. При каждом прикосновении тактильные датчики, встроенные в соединённую с нейрокомпьютерным интерфейсом роботизированную руку, передавали свои измерения и благодаря имплантам мужчина ощущал прикосновения так, словно он касается предметов собственной рукой. Таким образом, пациент получил возможность чувствовать силу давления, которая возникает при контакте с вещами, однако передача других ощущений, например, температуры, ему не доступна.

В 2017 году были опубликованы данные о наблюдении за пациентом из Огайо Билли Кокеваром, 56-ти лет. Билли Кокевар в возрасте 48 лет, управляя велосипедом получил тяжелую позвоночно-спинномозговую травму в дорожно-транспортном происшествии. Последствия полученной травмы привели к глубокой инвалидизации пациента в связи с развитием тетраплегии. В 2017 году в Кливленде специалистами инженерами-технологами и медицинскими специалистами нейрореабилитологами Case Western Reserve University была реализована система нейрокомпьютерного интерфейса благодаря которой Билли Кокевар смог использовать парализованную руку при приеме пищи. С помощью устройства, обеспечивающего анализ и восприятие биопотенциалов головного мозга и посылающего сигналы в мышцы верхней конечности Кокевар смог осуществлять простые движения рукой практически в полном объеме. Все это время после перенесенной травмы пациент никогда сам не держал ложку и не мог дотронуться до лица. Болу Аджибоай являющийся автором разработки нейрокомпьютерного интерфейса, использованного в данном случае, надеется, что в дальнейшем технология будет усовершенствована и найдёт более широкое применение. Разумеется успех мозг-машинного интерфейса во многом зависит от длительности реабилитационного процесса индивидуальных занятий с пациентом. В случае Билли Кокевара начальный этап реабилитации с процедурами занятий, использующих нейрокомпьютерный интерфейс занял четыре месяца.

Таким образом, на сегодняшний день медицинская реабилитация является одним из наиболее наукоемких и интенсивно развивающихся разделов клинической медицины, в том числе в отношении привлечения инновационных технологий многие из которых приходят в практическую деятельность реабилитолога из сферы спортивной и космической медицины. Немаловажным является тот факт, что арсенал средств, методов и технологий медицинской реабилитации особенно актуален и эффективен на стадии профилактики различных заболеваний и их рецидивов, что говорит об актуальности дальнейшего развития оздоровительных направлений, велнес-технологий с позиций доказательной медицины.