Функциональная программируемая электростимуляция мышц и мезодиэнцефальная модуляция в нейрореабилитации, восстановительной травматологии и ортопедии

Ключевые слова: электростимуляция мышц, функциональная в ходьбе, детский церебральный паралич, видеоанализ движений, головной мозг, электровоздействие, мезодиэнцефальная модуляция. 
В современной нейрореабилитации детей, подростков и взрослых большая роль отводится использованию безмедикаментозных методов восстановительного лечения. В том случае, если предъявляемое организму лечебное воздействие адресовано конкретной группе рецепторов и несёт модально специфическую для этих рецепторов информацию, следует говорить о проведении пациентам т.н. «сенсорной терапии». 
Методы сенсорной терапии основаны на рефлекторном принципе и предполагают приложение к различным афферентным входам пациента преформированных факторов, среди которых предпочтение отдается экологически безопасным, не чужеродным, встречающимся и в живой природе воздействиям. 
Функциональная программируемая электростимуляция мышц (ФПЭС), осуществляемая во время локомоции или любых других циклических, стереотипных двигательных актов (бега, занятий на велотренажёре или беговой дорожке, при имитирующих греблю движениях верхних конечностей), также относится к обширному классу методов сенсорной терапии. Несмотря на то, что апплицируемая на организм импульсная электростимуляция мышцы или нерва в естественной среде жизнеобитания человека не встречается, никакие негативные эффекты перестроек деятельности ЦНС или срыв адаптивных реакций организма, как правило, не возникают. Данное положение становится объяснимым с учётом значимой патогенетической целесообразности ФПЭС, которая моделирует выработанную в эволюции пространственно-временную организацию мышечной активности и движения в целом. 

Применяемая в клинической и спортивной реабилитологии традиционная стимуляционная техника (в условиях неподвижного положения пациента или спортсмена) при своём воздействии на нервно-мышечную систему базируется исключительно на принципе использования силовых характеристик электрического тока. Указанное воздействие, безусловно, полезно, так как оно улучшает метаболизм мышечной ткани и усиливает её кровообращение, способствует увеличению мышечной массы и оптимальному осуществлению сократительной деятельности мышцы и её последующего расслабления. То есть лечебный эффект реализуется преимущественно на уровне периферического нейромоторного аппарата. В то же время электростимуляция покоя демонстрирует явные методические и физиологические ограничения: протекает в условиях, далёких от реальных условий функционирования мышц; не связанная с координацией двигательного акта, она не может, соответственно, влиять ни на коррекцию, ни на выработку нового двигательного стереотипа (А.С. Витензон, 1981; 1982). 
В отличие от традиционной электромиостимуляции покоя, восстановительное лечение у больных с двигательными нарушениями методом ФПЭС, как указывалось выше, моделирует выработанную в эволюции пространственно-временную организацию мышечной активности. Данная особенность метода является предпосылкой формирования и закрепления физиологичных паттернов движений даже не на уровне спинального генератора локомоций, а на более высоких уровнях ЦНС – в стволовых и полушарных мозговых структурах управления двигательной деятельностью и обусловливает стойкость достигнутых перестроек. 
Клиническая и нейрофизиологическая сущность метода ФПЭС заключается в точном временном соответствии программ искусственного (посредством электростимуляции) и естественного (при попытке произвольного усилия) возбуждения мышцы в двигательных актах человека (А.С. Витензон, 2000). Иными словами, электростимуляция мышцы во время локомоции происходит в точном соответствии с естественным возбуждением и сокращением мышц на протяжении двигательного акта.

По образному выражению профессора А.С. Витензона (2003), впервые разработан метод восстановительного лечения, удачно совмещающий в себе свойства трёх глобальных стратегий клинической реабилитологии – лечебной физкультуры (кинезитерапии), аппаратной физиотерапии и функционального ортезирования. 
В России успехи развития ФПЭС, в отличие от исследований, проводимых в зарубежных лечебных центрах, обусловлены глубоким и приоритетным для российской школы изучением функциональных основ достигаемых в ходе лечения перестроек деятельности ЦНС. 
Помимо восстановления нарушенной биомеханики ходьбы, при использовании ФПЭС, как было отмечено выше, решается и задача нормализации работы локомоторных центров на всех вертикальных уровнях регуляции двигательной активности. Максимальная перестройка нейродинамики пациента достигается в связи с тем, что в процессе ФПЭС активация мышцы электрическим раздражением осуществляется именно в тот момент двойного шагового цикла, когда данная мышца и естественным порядком - не раньше и не позже – должна включаться в выполнение этого циклического движения. Из литературы известно, что только в фазы естественного (произвольного) возбуждения мышц локомоторные центры всех вертикальных уровней становятся восприимчивыми к внешним афферентным сигналам и доступными для коррекции своей деятельности. В остальные фазы шага эти центры заторможены и практически не поддаются коррекции (К.В. Ба-ев, 1984; А.С. Витензон и соавт., 1999). 
Каким образом при использовании компьютерных комплексов ФПЭС удаётся осуществить точную и корректную синхронизацию произвольного напряжения той или иной мышцы в двигательном акте и наслаиваемой на неё электрической стимуляции? Ответ прост. По своим биомеханическим характеристикам ходьба за годы эволюции вертикального перемещения человека в гравитационном поле Земли приобрела свойства высокостереотипного двигательного акта с минимизированным разбросом параметров шага. В полной мере это положение относится и к циклическому, стереотипному включению конкретных мышц в обеспечение ходьбы. Во вполне определённый момент двойного шагового цикла конкретным значениям углов в суставах нижних конечностей, а также биомеханическим параметрам контакта стопы с опорой (т.е. фазам переката стопы от пятки к носку) соответствует чёткий паттерн напряжения и расслабления всей совокупности мышц нижних конечностей, таза и спины. Эта динамическая «мозаика» мышечной активности во время шага (т.н. мышечный профиль), соотнесённая с текущим значением суставных углов (гониометрическим профилем), является достоянием любого серьёзного руководства по клинической биомеханике (Я.Л. Славуцкий, 1982). Безусловно, внутрииндивидуальная вариабельность мышечного профиля от шага к шагу существует; зависит она и от темпа ходьбы, от меняющегося в процессе передвижения человека качества опоры (упругость покрытия, неровности дороги) и даже от зрительного окружения. Тем не менее, относительное (процентное) распределение мышечной активности в период двойного шага и её соотнесение с гониометрическим профилем можно принять за некую константу, используемую при подстройке фаз мышечной электростимуляции в процессе активного передвижения пациента. Поэтому аппаратно-программный модуль временной синхронизации электромиостимуляции с фазами шага при использовании опорных (подометрических) или гониометрических параметров каждого шагового цикла является ключевым в работе любого комплекса для ФПЭС. 

Обсудим заложенную в компьютерном комплексе «АКорД – Мультимиостим», а также в аналогичной технике других производителей, точность временной регулировки параметров стимуляции и проистекающие из неё величины временной погрешности установки начала и окончания электростимуляции конкретной мышцы по сравнению с неким желаемым значением этих временных событий. Обсуждение данного вопроса является принципиальным, так как отдаление от «золотой середины» в решении этой проблемы неизбежно будет сопровождаться либо неоправданным и невостребованным на практике усложнением и удорожанием конструктива компьютерного комплекса, либо, наоборот, профанацией самой идеи осуществлять корректную, физиологичную синхронизацию произвольной активности мышцы и её электростимуляции. 
Во-первых, уточним смысловое значение рассматриваемых понятий. Термин «дискретность временного регулирования фазовой настройки» подразумевает величину минимального временного сдвига начала или окончания стимуляции конкретной мышцы относительно начала или окончания стимуляции других мышц и составляет 1/16 от длительности двойного шагового цикла – т.е. 6,25%. 
Проистекающая из предыдущего понятия «временная погрешность установки начала и окончания электростимуляции мышцы от их среднестатистического (желаемого) значения» составляет, соответственно, порядка 3% или даже меньше! в тех случаях, когда желаемое значение начала электростимуляции мышцы сдвигается в сторону или предшествующей, или последующей дискретных величин выставления начала стимуляции. 
Резюмируя, считаем оптимальной реализованную в комплексе «АКорД – Муль-тимиостим» точность дискретной фазовой настройки как начала стимуляции каждой мышцы в цикле шага и, соответственно, возможностей временного сдвига активации одной мышцы относительно другой, так и длительности стимуляции конкретной мышцы – как указывалось выше, эта дискретность составляет примерно 6% от длительности двойного шагового цикла. При этом временная погрешность установки начала и окончания электростимуляции мышцы от их среднестатистического (желаемого) значения не превышает 3%. Другими словами, это желаемое значение начала электростимуляции мышцы всегда будет находиться внутри первой или второй половины интервала дискретирования, установленного в настройках комплекса «АКорД – Мультимиостим». 
При реализации описываемой технологии объективно и неизбежно присутствуют три ограничивающих фактора: 
а) даже у одного человека наблюдается значительная вариативность функционального мышечного профиля в структуре шага, временной паттерн которого сильно зависит от темпа ходьбы и бега; 
б) отсутствие ощущений пациентом временного смещения фазовой картины стимуляции в сторону запаздывания или опережения менее 5%; 
в) низкочастотная подача импульсов 50-80 Гц, которая ставит нас перед фактом наличия интервалов покоя между стимулами – эти интервалы покоя неизбежно могут совпасть с предполагаемым началом или концом электрической активации мышцы и отразиться на точности фазовой стимуляции, особенно при быстром темпе ходьбы или беге в условиях малых значений абсолютной продолжительности стимуляции.

Отмеченные выше факторы объективно обосновывают необходимость ограничить дискретность временной фазовой настройки выбранным нами и проверенным на большом клиническом материале её значением в 6% и не настаивать на большей точности, которая просто окажется невостребованной. Дробная дискретность фазовых настроек, описываемая в некоторых публикациях (Д.В. Скворцов, 2004), представляется нам излишней и нецелесообразной. 
Эффективность восстановительного лечения неврологических больных методами ФПЭС подтверждает концепцию А.С. Витензона и соавт. (1998; 1999; 2000; 2003) о двояком происхождении дефицита мышечной функции (ДМФ) при ряде патологических состояний и о позитивном влиянии ФПЭС на обе составляющие ДМФ. У больных с различной неврологической патологией присутствует и ДМФ, имеющий органический (абсолютный) характер вследствие поражения нервно-мышечных структур, и функциональный (относительный) ДМФ, вызванный изменением функционирования мышц в результате нарушения биомеханических условий их деятельности. У больных с резко выраженным патобиомеханическим двигательным стереотипом зачастую бывает весьма сложно определить истинное соотношение обеих составляющих ДМФ, анализ же клинической эффективности ФПЭС у конкретного пациента позволяет ответить на ряд вопросов диагностического и прогностического характера. 
ФПЭС предусматривает решение трёх клинических задач: укрепление ослабленных мышц, коррекцию неправильно выполняемых движений, выработку и поддержание приближающегося к норме двигательного стереотипа ходьбы. Иными словами, перечисление этих трёх задач высвечивает три пласта, как бы три мишени, на которые содружественно проецируется действие метода ФПЭС: а) первичное исполнительное звено движения, периферический нейромоторный аппарат, на который оказываются позитивные эффекты силового воздействия ФПЭС, общие с эффектами классической электростимуляции покоя; б) текущее, во время сеанса лечения, исправление кинематических и динамических харак-теристик шага – задействуется истинный биомеханический уровень исполнения движения; в) воздействие на нейродинамику пациента, закрепление правильного двигательного стереотипа ходьбы на уровне локомоторных центров головного и спинного мозга. В этом триединстве и находит объяснение качественный скачок клинической эффективности метода ФПЭС по сравнению с некоторыми другими стимуляционными и кинезитерапевтическими технологиями. 
В связи с тем, что во время сеанса ФПЭС формируется направленная афферентная посылка проприоцептивной модальности, строго синхронизированная по времени с оптимальными условиями поступления информации в локомоторные центры головного и спинного мозга (момент произвольного напряжения мышцы), этот метод лечения по праву можно отнести к одному из наиболее эффективных видов сенсорной терапии.

Реализуется ФПЭС при помощи Аппаратно-программного комплекса многоканальной программируемой электростимуляции низкочастотным импульсным током «АКорД – Мультимиостим». 
В качестве примера, демонстрирующего клиническую эффективность ФПЭС, приведены следующие наблюдения. Методом компьютерного видеоанализа движений выполнено обследование группы больных в возрасте 4-18 лет, страдающих детским церебральным параличом, с анализом угловой и линейной кинематики их свободного передвижения по ровной поверхности (В.И. Доценко и соавт., 2005). 
Оценка кинематического профиля ходьбы в ходе лечения продемонстрировала возможности формирования движений, приближающихся по характеру к физиологиче-ским локомоциям. После курса ФПЭС амплитуда «флексия-экстензия» в тазобедренных суставах увеличивалась с 264 до 326(n=49, р<0,05), амплитуда движений в коленных суставах в среднем возрастала с 594 до 677, а в голеностопных суставах, при исходно эквиноварусной установке, возросла соответственно с 164 до 215 (р<0, 05). 
До курса лечения на опорную фазу двойного шагового цикла приходилось 726% относительного времени, после курсового лечения – 678%, что свидетельствует о частичной нормализации биомеханической структуры ходьбы. Анализ соотношения относительного времени двух- и одноопорного периодов шага до и после лечения выявил по завершении курса уменьшение времени, приходящегося на двухопорный период, в среднем с 416% до 348% (p<0,05), что свидетельствует об улучшении у пациентов на фоне лечения их статокинетической устойчивости и стабилизации тела в пространстве. 
Мезодиэнцефальная модуляция (МДМ) – метод транскраниальной электротерапии, которая нормализует работу гипоталамогипофизарной и опиоидной систем головного мозга, что в итоге улучшает адаптационный ответ организма при различных патологических состояниях. От своих предшественников и альтернативных технологий электростимуляции мозга МДМ отличается рядом характеристик электровоздействия, апплицируемого на область скальпа. В первую очередь, частотными характеристиками импульсной составляющей (модуляцией частоты от 70 до 90 Гц с полупериодом 30 с), соотношением амплитуд переменной и постоянной составляющей тока, расположением электродов и их полярностью (« + » на лбу, « – » на затылке).
Представлено и большее количество форм импульсов – в отличие от имеющихся на российском рынке альтернативных приборов транскраниальной электростимуляции мозга, в классическом варианте метода МДМ-терапии также присутствуют одно- и двуна-правленные импульсы треугольной формы. Комплекс указанных изменений электрического сигнала позволил улучшить клинические результаты в зависимости от патологии в 2–3 раза, а также увеличить количество пациентов с положительной динамикой на фоне лечения до 95%.

В нейрореабилитации МДМ, оказывая посредством активации гипоталамогипофизарной и опиоидной систем неспецифические нейрогуморальные регуляторные эффекты, способствует более эффективному использованию специфических методов восстановительного лечения (В.А. Карев и соавт., 2002). 
В травматологии и ортопедии метод МДМ с успехом применяется для стимуляции репаративных процессов, ускоренного срастания длинных трубчатых костей и восстановления их трабекулярной структуры. 
В медицинских учреждениях России, стран СНГ и дальнего зарубежья МДМ используется более 15 лет; выпущено несколько поколений приборов. Последняя модификация – Электростимулятор головного мозга транскраниальный портативный автономный ЭсГМТ «МЕДАПТОН» – является современным аппаратом с цифровой технологией и автономным питанием, защищён патентом и разрешён к медицинскому применению. 
Техническое решение позволяет применять «МЕДАПТОН» в медицине катастроф, стационарах, поликлиниках, на санаторно-курортном этапе лечения пациентов, в домашних условиях для самостоятельного использования, у спортсменов в процессе тренировочной и соревновательной деятельности и на предприятиях, связанных с повышенным уровнем физических и психоэмоциональных нагрузок. Комбинации из шести программ позволяют во время курса лечения достичь максимальной результативности.

ЛИТЕРАТУРА: 
1. Баев К.В. Нейронные механизмы программирования спинным мозгом ритмических движений. – Киев, 1984. – 156 с. 
2. Витензон А.С. Достижения и перспективы развития метода искусственной коррекции движений при патологической ходьбе// Протезирование и протезостроение: Сб. трудов ЦНИИПП. – М., 2000. – Вып. 96. – С. 5-12. 
3. Витензон А.С. Закономерности нормальной и патологической ходьбы человека. – М., 1998. – 272 с. 
4. Витензон А.С., Миронов Е.М., Петрушанская К.А., Скоблин А.А. Искусственная коррекция движений при патологической ходьбе. – М., 1999. – 504 с. 
5. Витензон А.С., Петрушанская К.А. От естественного к искусственному управлению локомоцией. – М., 2003. – 440 с. 
6. Доценко В.И., Воронов А.В., Титаренко Н.Ю., Титаренко К.Е. Компьютерный видеоанализ движений в спортивной медицине и нейрореабилитации// Медицинский алфавит. – 2005. – № 3 (41). – С. 12-14. 
7. Карев В.А., Доценко В.И., Волошин В.М., Тавтин Ю.К. Мезодиэнцефальная модуляция (транскраниальная электростимуляция головного мозга) в неврологии и психиатрии// Электростимуляция-2002: Труды научно-практической конференции. М. – 2002. – С. 163-172. 
8. Скворцов Д.В. Биомеханические и функциональные критерии проведения искусственной коррекции движений// Биомеханика-2004: Тез. докл. VII Всеросс. конфер. по биомеханике. – Ниж. Новгород, 2004. – Т. 2. – С. 104-105.