Введение
Инсульт является важнейшей медико-социальной проблемой ввиду высокой заболеваемости и смертности [1, 2], а также является одной из основных причин нетрудоспособности населения. Почти 22% лиц, переживших инсульт, не способны ходить без помощи, 26% ограничены в повседневном функционировании [3, 4]. Важным аспектом качества жизни, возможности самообслуживания и самоэффективности пациентов, перенесших инсульт, является сохранность функции руки, прежде всего тонкой моторики кисти [5]. Типичными проявлениями повреждения двигательной функции руки являются слабость мышц, изменения мышечного тонуса (спастичность), гипермобильность суставов, нарушение двигательного контроля [6], различных видов чувствительности [7, 8], что отражается в снижении возможности выполнять повседневные действия по самообслуживанию [9–11]. Особое место занимает синдром одностороннего зрительно-пространственного игнорирования (неглект), наличие которого особенно «ощутимо» в первые 3 месяца после инсульта [12]. Двигательное невнимание, или моторный неглект (МН), является одним из факторов развития функционального ограничения верхней конечности.
D. Laplane и J.D. Degos (1983) одними из первых изучили данный феномен и охарактеризовали его как «неиспользование одной стороны» («...an underutilization of one side...») [13]. Синдром проявляется отсутствием спонтанной реакции «размещения» (постоянно): рука пациента, находящегося в положении сидя, свисает рядом с коленями либо между ног или опирается на тыльную сторону кисти рядом с телом, вместо того чтобы «удобно располагаться» на бедре или на подлокотнике стула/кресла. Пациент не использует или мало использует руку в жестикуляции, при бимануальных движениях. Что касается ноги в положении пациента сидя, то она также может находиться в «неудобном положении»: колено в положении отведения, стопа заваливается на наружную/тыльную сторону. Однако при привлечении внимания пациента к пораженным конечностям он может производить коррекцию позы, использовать конечность в активности и т.д. [13]. Механизмы развития МН включают нарушение инициации, запуска программы движения, а также нарушение эффективности контроля выполнения движения. Таким образом, МН является одним из частных случаев нарушения функции внимания, обнаруживается чаще всего при поражении лобной и теменной коры, а также таламуса и базальных ядер [13, 14].
Существует и другая ситуация, нередко даже при хорошем двигательном восстановлении: при сохранной мышечной силе, достаточном активном двигательном объеме пациент намеренно не использует пораженную конечность в повседневной активности. Данный синдром в литературе получил название «синдром приученного неиспользования» конечности, который в рутинной клинической практике практически не диагностируется [15–18]. Развивается указанный синдром при наличии способствующих факторов в раннем восстановительном периоде: боль в паретичной конечности/плече, спастичность, нарушение чувствительности, экстрапирамидные расстройства.
По данным разных авторов, только в 5% случаев функция кисти восстанавливается полностью, примерно в 20% конечность используется частично даже при незначительном парезе. Очевидно, что в этих случаях имеет место в той или иной степени выраженности синдром неиспользования при хороших перспективах восстановления функции руки [9].
Внедрение автоматизированных и роботизированных устройств [19], игровых стратегий открыло новые перспективы восстановления как двигательной функции руки, так и когнитивных возможностей пациентов благодаря использованию компьютерных [20], виртуальных стратегий [21], активизации биологической обратной связи с привлечением личности пациента [22–24].
Достоинствами технологии нейроинтерфейс–мозг–компьютер–экзоскелет (НМКЭ) кисти с кинестетической и визуальной обратной связью является возможность повышения эффективности реабилитационных мероприятий в восстановлении утраченных в результате инсульта двигательных функций больных посредством качественной идеомоторной тренировки, а также реализации мультисенсорной обратной связи. В процессе идеомоторной тренировки, контролируемой посредством НМКЭ-кисти с кинестетической обратной связью, происходит усиление афферентной стимуляции с верхней конечности посредством механической работы экзоскелета только в ответ на успешное решение пациентом предъявленной ему ментальной задачи. Согласно E. Taub et al. [25], поддержание коркового представительства дистального отдела верхней конечности за счет привлечения внимания к ней уменьшение межконечностного ингибирования, афферентного и двигательного стимулирования могло бы предотвратить развитие феномена «двигательного неиспользования». Применение данной технологии в составе комплексных восстановительных мероприятий в отношении больных после инсульта показало свою эффективность [26, 27].
Целью исследования стало изучение влияния тренажера НМКЭ-кисти с кинестетической и визуальной обратной связью на улучшение/восстановление функциональной активности верхней конечности в повседневной деятельности, а также возможных причин неиспользования верхней конечности при сохранных двигательных характеристиках.
Методы
Отбор пациентов осуществлялся согласно имеющемуся протоколу исследования «Экзоскелет кисти, управляемый неинвазивным интерфейсом мозг–компьютер» (Международный реестр клинических исследований Национального института здоровья США ClinicalTrials.gov (identifier: NCT02325947).
Критерии включения пациентов в исследование: мужчины и женщины в возрасте от 18 до 80 лет с перенесенным инсультом давностью от 1 месяца до 2 лет; с постинсультным парезом руки от легкой степени тяжести до плегии по Британской шкале оценки мышечной силы (MRCWS); с единичным очагом инсультной этиологии ишемического или геморрагического характера супратенториальной локализации (по данным компьютерной или магнитно-резонансной томографии); подписавшие информированное согласие.
Критерии невключения в исследование: леворукость, по данным Эдинбургского опросника мануальной асимметрии, нарушение когнитивных функций – менее 22 баллов по Монреальской шкале оценки когнитивной функции (MoCA), сенсорная афазия, грубая моторная афазия, грубое нарушение зрения, не позволяющее выполнять визуально предъявляемые инструкции на экране компьютера, наличие мышечной контрактуры в руке – 4 балла по модифицированной шкале Ashworth (mAS).
Проведен скрининг 43 пациентов. Критериям включения соответствовали 33 пациента, 4 из них отказались от участия после первой или второй процедуры. В текущий анализ были включены 29 пациентов со схожим по тяжести неврологическим дефицитом. Все пациенты перед началом исследования подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Демографические и основные исходные данные представлены в табл. 1.
Распределение пациентов в основную либо контрольную группу происходило методом простой рандомизации. Пациенты, участвовавшие в исследовании, могли быть госпитализированы в исследовательский центр либо получали терапию НМКЭ-кисти амбулаторно.
В исследовании применялся НМКЭ-кисти с кинестетической и визуальной обратной связью – устройство, использующее нейрофизиологическую активность мозга для прямого управляющего воздействия на внешние приборы без включения типичных нейромышечных путей. НМКЭ-кисти основан на анализе паттернов электроэнцефалографии (ЭЭГ) и распознавании реакции синхронизации/десинхронизации сенсомоторного (мю-) ритма при воображении движений рук. Сигналы ЭЭГ фильтровались в полосе частот от 5 до 30 Гц. В исследовании применялся классификатор паттернов ЭЭГ, основанный на методе Байеса [28]. В качестве показателей точности классификации использовался индекс «каппа Коэна» (при идеальном распознавании к=1, при случайном распознавании к=0 [29] и процент правильных ответов классификатора: более 33% – распознавание выше случайного, т.к. пациенты выполняют по инструкции ментальные задачи).
Результаты распознавания ментальной задачи предъявлялись пациенту по зрительной и кинестетической обратной связи: в случае успешного распознавания классификатором задачи, соответствующей предъявляемой инструкции, фиксирующая взор метка в середине экрана принимает зеленый цвет, а экзоскелет разгибает пальцы кисти. При распознавании других задач цвет метки не меняется, а экзоскелет не срабатывает (см. рисунок) [26, 27, 30, 31]. Этот вид терапии можно обозначить как «управляемая идеомоторная тренировка с использованием принципов многоканальной биологической обратной связи по зрительному, кинестетическому анализаторам и ЭЭГ».
Во время процедуры на голову пациента надевали шапочку с электродами для регистрации ЭЭГ, под каждый из которых наносился электродный гель. На кисть паретичной руки фиксировали электромеханизированный экзоскелет. Применяемый в данном исследовании экзоскелет представлял собой полимерный подвижный каркас для кисти и пальцев руки с роботизированным пневматическим управлением, предназначенный для разгибания пальцев кисти в объеме, не превышающем физиологический. В процессе тренинга пациент сидел за столом перед компьютерным монитором, его руки лежали на подлокотниках кресла в удобном положении. В центре темного экрана монитора находился круг, служащий для фиксации взгляда, вокруг него расположены 3 стрелки для обозначения инструкций изменяющимся цветом.
Пациенты основной группы выполняли одну из трех инструкций: расслабиться, представить медленное разгибание пальцев кисти правой или левой руки. Инструкции на воображение разгибания пальцев правой или левой руки (изменение цвета стрелки справа или слева соответственно) предъявлялись в случайном порядке в течение 10 секунд. Между инструкциями по воображению движения предъявлялась инструкция расслабиться (загорается верхняя стрелка) также в течение 10 секунд. По инструкции «расслабиться» пациент должен спокойно сидеть и смотреть в центр экрана.
Пациенты контрольной группы получали имитацию данной процедуры. Проведение процедуры соответствовало протоколу, но пациенты движение раскрытия кисти не воображали и не пытались управлять экзоскелетом. Экзоскелет раскрывался автоматически в случайном порядке 30 раз за 1 сессию. Таким образом, пациенты получали процедуру пассивной механотерапии паретичной кисти.
Пациенты обеих групп помимо занятий на тренажере НМКЭ-кисти получали ЛФК в соответствии с неврологическим дефицитом по общепринятым методикам.
Курс занятий пациентов основной группы на тренажере составил 9,5 (8,0–10,0) процедур, контрольной – 9,0 (8,0–9,0). Одна процедура содержала до трех вышеописанных сессий, каждая длительностью 10 минут. Между сессиями пациент отдыхал не менее 5 минут.
С каждым пациентом занятия на тренажере НМКЭ-кисти с кинестетической и визуальной обратной связью проводились в течение 14–18 дней с возможными промежутками между ними до 2 дней.
Для оценки двигательной функции верхней конечности пациентов применялись шкалы Fugl-Meyer Assessment (FMA), Британская шкала оценки мышечной силы (MRCWS), модифицированная шкала спастичности Ashworth (mAS); функциональной активности верхней конечности – тесты Action Research Arm Test (ARAT) и Frenchay Arm Test (FAT); степени инвалидизации и повседневной жизнедеятельности Ranken Index (RI), Barhtel Index (BI). Для оценки функции внимания применяли таблицы Шульта, где анализировались показатели: эффективности работоспособности (ЭР), отражающий скорость выполнения теста, степень врабатываемости (ВР), отражающий «скорость вхождения» в заданную программу, и показатель психологической устойчивости (ПУ), отражающий степень концентрации и устойчивости внимания.
Статистическая обработка результатов проводилась с помощью критериев Манна–Уитни, Уилкоксона, коэффициента корреляции Спирмена на персональном компьютере с применением пакета прикладных программ Statsoft Statisticav 13.0. Данные представлены в виде медианы и 25 и 75% межквартильного интервала. Статистически значимыми считались различия при p<0,05(*р<0,05; **р<0,01).
Результаты исследования
Качество управления нейрокомпьютерным интерфейсом пациентами основной группы (индекс каппа Коэна и процент распознавания) составило 58,5 (45,7–62,6)% (р>0,05), что свидетельствовало об активном и успешном взаимодействии пациентов с НМКЭ-кисти с визуальной и кинестетической обратной связью.
Динамика изменений изучаемых показателей активности верхней конечности пациентов обеих групп в процессе курса комплексной реабилитации с включением в программу тренажера НМКЭ-кисти представлена в табл. 2–6.
Как следует из приведенных в табл. 2 данных, имеет место статистически значимое улучшение активных двигательных характеристик: объема и качества движений за счет проксимальных отделов руки, что улучшает двигательный контроль при выполнении активного действия (FMA), а также увеличение мышечной силы (MRCWS), снижение патологического мышечного тонуса (mAS), более выраженное у пациентов основной группы.
Было выявлено, что в начале курса терапии НМКЭ-кисти большинство пациентов независимо от уровня двигательного дефицита в руке не использовали возможности верхней конечности в полной мере в своей повседневной активности, что подтверждает, наш взгляд, теорию функционального неиспользования верхней конечности ввиду наличия синдрома двигательного невнимания или синдрома приученного неиспользования. Так, например, пациент с мышечной силой в руке, равной 3–4 баллам, не помогал себе ею в процессе одевания, принятия пищи и т.д., т.е. в повседневной деятельности. Динамику включения верхней конечности в повседневную активность отражают шкалы ARAT и FAT, результаты представлены в табл. 3.
Приведенные в табл. 3 данные свидетельствуют о более выраженной положительной динамике восстановления функциональной активности верхней конечности пациентов основной группы, которые в процессе курса реабилитации с включением НМКЭ-кисти работали в активной парадигме.
Динамика показателей функции внимания в процессе курса реабилитации пациентов основной и контрольной групп представлена в табл. 4.
Как следует из приведенных в табл. 4 данных, у пациентов основной группы отмечается статистически значимое улучшение исследуемых показателей: эффективность работоспособности, степень вырабатываемости и психологической устойчивости. У пациентов контрольной группы улучшился только показатель, отражающий скорость выполнения теста.
Полученные данные можно объяснить тем, что взаимодействие пациентов основной группы с НМКЭ-кисти происходило в активной парадигме, что требовало для успешного взаимодействия длительной концентрации внимания, это тренировало данную функцию и оказывало положительное воздействие на ее улучшение.
Полученные данные о восстановлении двигательной функции верхней конечности (FMA, mAS), восстановлении функциональной активности (ARAT, FAT), а также улучшении функции внимания (ТШ) пациентов обеих групп не могли не отразиться на возможностях ежедневной жизнедеятельности пациентов. Динамика степени инвалидизации (RI) и ежедневной жизнедеятельности (BI) пациентов обеих групп представлены в табл. 5.
Анализируя данные табл. 5, мы видим статистически значимое улучшение показателя BI у пациентов только основной группы. Проведенный детальный анализ показал расширение данного показателя, прежде всего за счет параметров личной гигиены, приема пищи и одевания. Пациенты стали выполнять действия двумя руками, что значительно увеличивало эффективность любого действия. Пациенты основной группы стали более уверенно использовать пораженную руку в активности, требующей бимануального участия, чего не наблюдалось у пациентов контрольной группы. Отсутствие динамики по шкале RI было ожидаемо, т.к. за такой короткий реабилитационный период (14–16 дней) повлиять на степень инвалидизации пациента не представляется возможным.
При анализе динамики показателей функции внимания и влияния его на качество восстановления двигательной и функциональной активности верхней конечности пациентов основной и контрольной групп мы выявили некоторую тенденцию, представленную в табл. 6.
Полученные различия между группами достигли статистической значимости. Данные табл. 6 отражают взаимосвязь улучшения функции внимания по данным теста Шульта, с более выраженной динамикой восстановления двигательной функции верхней конечности по данным шкалы FMA. К сожалению, данных за корреляционную взаимосвязь изучаемых показателей получено не было, возможно, это объясняется малой выборкой. Однако данные изученной литературы показывают наличие зависимости качества восстановления двигательной и функциональной активности верхней конечности, утратившей свои возможности в результате инсульта, улучшение социальной и бытовой адаптации от исходного уровня внимания, а также степени и качества его восстановления [32].
Таким образом, применение в составе комплексной реабилитации НМКЭ-кисти с кинестетической и визуальной обратной связью у пациентов основной группы, которые взаимодействовали с нейроинтерфейсом в активной парадигме, наблюдалось достоверно значимое улучшение показателей двигательной активности верхней конечности преимущественно за счет восстановления проксимальных ее отделов, улучшение двигательного контроля при выполнении активного действия и, что на наш взгляд более важно, функциональной активности верхней конечности, восстановление которой может повысить качество жизни пациента. Полноценная двигательная активность невозможна без достаточного уровня произвольного внимания, сохранность которого обеспечивает своевременную оценку активности и коррекцию двигательного акта, а также отчасти и планирования действия. Полученные данные свидетельствуют о взаимоопределяющей положительной динамике двигательной функции верхней конечности и функции внимания. Данная «взаимосвязь» показателей качественно и положительно отражается на восстановлении утраченных навыков ежедневной жизнедеятельности, утраченных пациентами в результате инсульта.
У пациентов контрольной группы также наблюдалась положительная динамика по отдельным показателям, однако менее выраженная, чем у пациентов основной группы.
Следует отметить, что применение тренажера НМКЭ-кисти не вызвало отрицательной динамики ни по одному из изучаемых показателей ни у одного из пациентов.
Обсуждение
Восстановление после инсульта является гетерогенным с точки зрения функционального результата во временнóм континиуме. Нарушения именно функции верхней конечности отрицательно влияют на функциональную независимость и удовлетворенность качеством жизни у 50–70% всех пациентов после инсульта [33]. В реабилитации данной категории пациентов необходимо базироваться на принципах Международной классификации функционирования (Всемирная организация здравоохранения, Женева; 2001) и рассматривать его как два компонента: двигательное восстановление, когда речь идет о восстановлении мышечной силы, объеме активных движений, чувствительности и пр., и функциональное, т.е. восстановление пользования пациентом конечностью, пораженной вследствие инсульта, в своей повседневной жизнедеятельности. У большинства пациентов, участвовавших в исследовании, мы наблюдали феномен функционального неиспользования верхней конечности даже при сохранных двигательных характеристиках. По данным литературы [32] и нашим собственным данным, это может свидетельствовать о недостаточном уровне сохранности когнитивных функций, а именно функции внимания. По данным авторов, если пациент имеет низкие показатели устойчивости внимания (менее 40 секунд), то он не может отследить и интегрировать соответствующие проприоцептивные изменения, возникающие в процессе физических упражнений, освоить новые двигательные и другие навыки [33, 34]. У пациентов основной группы мы наблюдали достоверное улучшение данного показателя при анализе показателей таблиц Шульта на фоне тренировок на аппарате НМКЭ-кисть, требующих для успешного взаимодействия с нейроинтерфейсом достаточно продолжительной концентрации внимания, чего не было у пациентов контрольной группы.
Заключение
Таким образом, применение комплекса НМКЭ-кисти с кинестетической и визуальной обратной связью в составе восстановительных мероприятий положительно влияет не только на изолированное восстановление двигательной активности, но и на расширение показателей повседневной активности за счет улучшения качества движения, выполняемого бимануально.
