Функциональная электрическая стимуляция при ходьбе в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта

ВВЕДЕНИЕ

Острое нарушение мозгового кровообращения (ОНМК) является второй по значимости причиной смерти и одной из основных причин инвалидности в мире [1, 2]. Во всем мире отмечено как увеличение частоты инсультов, так и расходов, связанных с необходимыми реабилитационными мероприятиями, а также в связи с тем, что значительная часть перенесших ОНМК имеет стойкую утрату здоровья [3].

Выделяют следующие осложнения ОНМК: двигательные [4], когнитивные [5] и сенсорные нарушения [6]. Одним из серьезных осложнений двигательных нарушений является увеличение риска падений [7] вследствие слабости мышц, производящих тыльное сгибание стопы, и появление симптома отвисающей стопы в паретичной нижней конечности [8]. Часто наблюдается медленная скорость ходьбы и асимметрия движений нижних конечностей, связанная с уменьшением амплитуды движений в суставах и необходимостью осуществлять перенос ноги через сторону [9–12]. В частности, пространственная асимметрия связана с изменением длины шага [13][14].

Учитывая актуальность задачи быстрого восстановления двигательных функций у пациентов с ОНМК, рассматриваются варианты применения новых методов реабилитации. Одним из таких направлений является функциональная электростимуляция мышц (ФЭС).

Moe et al. описали методику ФЭС преимущественно в контексте выполнения определенной функциональной задачи [15], в частности ходьбы [16]. Ряд исследований описывает эффективность использования методики ФЭС в контексте коррекции имеющихся типичных изменений ходьбы при гемипарезе. Однако механизм этого воздействия и система оценки полученных результатов до сих пор вызывают вопросы. В большинстве исследований применения ФЭС принято использовать критерий изменения скорости ходьбы и силы мышц [17][18]. Данный критерий представляет клиническую значимость, но не обеспечивает детального биомеханического понимания.

Также оказывается важным анализ движений не только поврежденной, но и неповрежденной конечности, что было отмечено авторами исследования, где целью являлось изучение непосредственного влияния ФЭС на среднюю ягодичную мышцу и переднюю большеберцовую у пациентов, перенесших инсульт, включая тех, кто использовал вспомогательные устройства для ходьбы. Несмотря на полученные данные, исследователи не смогли прояснить этиологию увеличения длины шага для интактной конечности [19]. В исследовании [20] была получена коррекция гиперэкстензии колена и отвисающей стопы при использовании ФЭС, но авторы отмечают необходимость дополнительных методических разработок для применения данного метода. При этом имеющиеся в литературе источники не касаются применения метода ФЭС у пациентов в раннем восстановительном периоде инсульта.

Цель — определить возможность и оценить результат применения многоканальной ФЭС у пациентов в раннем восстановительном периоде инсульта для коррекции функции ходьбы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проведено на базе Научно-исследовательского центра медицинской реабилитации ФГБУ ФЦМН ФМБА России в период с апреля по декабрь 2024 года.

В него были включены пациенты с гемипарезом в раннем восстановительном периоде впервые возникшего ишемического инсульта (<180 дней) в бассейне средней мозговой артерии, в возрасте до 75 лет, способные к передвижению (ходьбе) без посторонней помощи, в том числе с использованием дополнительных средств опоры (трость).

Критерии исключения пациентов: когнитивные нарушения, препятствующие пониманию пациентом инструкций; сенсомоторная афазия; декомпенсированная соматическая патология, заболевания центральной и периферической нервной системы (кроме инсульта), сопровождающиеся неврологическим дефицитом (последствия травм, опухолей, полинейропатии и др.); ортопедическая патология (суставные деформации, контрактуры, ампутации и др.); эпилептическая активность в анамнезе; кожные заболевания, сопровождающиеся высыпаниями в местах крепления электродов; отказ пациента от участия в исследовании.

В результате отбора в исследовании приняли участие 11 пациентов (2 женщины и 9 мужчин) в возрасте от 46 до 66 лет (средний возраст 57,6 ± 8,0 года). У 4 человек наблюдался правосторонний гемипарез. Количество дней после инсульта составило в среднем 69,1 ± 52,0 дня. Индекс массы тела в группе составил в среднем 24,9 кг/м².

Также в исследование были включены 34 здоровых участника (18 женщин и 16 мужчин), составивших контрольную группу. Средний возраст испытуемых — 29,8 года, средний индекс массы тела — 20,6 кг/м².

Методика оценки клинического статуса

Для оценки клинического состояния пациента использовали следующие шкалы и балльные оценки: мышечную силу нижних конечностей оценивали по Medical Research Council Weakness Scale [21]; мышечный тонус нижних конечностей — по модифицированной шкале Ашфорт (Modified Ashworth Scale, mAS) [22].

Для оценки функции ходьбы применяли следующие инструменты: индекс динамической походки (Dynamic Gait Index, DGI) [23], индекс Хаузера (Hauser Ambulation Index) [24], тест «Встань и иди» (Timed Up and Go Test, TUG) [25], тест десятиметровой ходьбы (10 Meter Walk Test — 10MWT) [26].

Оценка нарушений здоровья и возможностей пациента изучена в доменах Международной классификации функционирования ограничений жизнедеятельности и здоровья [27][28] «Активность и участие»: функция стереотипа походки (d770), преодоление препятствий (d4551) и ходьба на короткие расстояния (d4500).

Методика оценки функции ходьбы

Методика исследования. Всем пациентам проводили предварительное биомеханическое исследование ходьбы с использованием комплекса программного обеспечения «Стэдис» («Нейрософт», г. Иваново). Регистрацию пространственно-временных и кинематических параметров ходьбы выполняли с помощью инерционных сенсоров, зафиксированных эластичными манжетами на уровне крестца и на обеих нижних конечностях: на латеральной поверхности средней трети бедра, на уровне латеральной лодыжки голеностопного сустава и на тыльной поверхности стоп. Одновременно регистрировали электромиографическую активность мышц с помощью электродов, которые помещали на средней трети длины мышц нижних конечностей: m. quadriceps femoris, hamstring (m. biceps femoris, m. semitendinosus, m. semimembranosus), m. tibialis anterior и m. gastrocnemius (обе головки). Во время исследования пациенты ходили в произвольном темпе по прямой (8,5 м) с разворотами в конце дистанции. Биомеханические данные регистрировались до достижения 30 циклов шага. Программное обеспечение позволяло учитывать качественно зарегистрированные шаги, исключая данные с неустойчивой ходьбой (развороты, спотыкания, ускорение или замедление скорости ходьбы и др.). Как результат биомеханического исследования получали отчет с пространственно-временными параметрами цикла шага, кинематическими данными в виде гониограмм движений (флексия и экстензия за цикл шага) тазобедренного, коленного и голеностопного суставов, а также профилями биоэлектрической активности мышц.

Первое биомеханическое исследование ходьбы проводилось как группе пациентов, так и группе здоровых испытуемых (диагностика); второе — только группе пациентов после курса ФЭС.

Регистрируемые параметры

Временные: цикл шага (ЦШ) в секундах, остальные в процентах от ЦШ: период опоры (ПО), период одиночной опоры (ПОО), период двойной опоры (ПДО), начало второй двойной опоры (НВДО).

Пространственные: высота подъема стопы (см), циркумдукция (см) и скорость ходьбы (км/ч).

Кинематические: амплитуда сгибания и разгибания, а также ее фаза (момент наступления в ЦШ) в процентах ЦШ.

Тазобедренный сустав (ТБС): амплитуда и фаза сгибания в начале ЦШ (Тa1 и Тx1 соответственно), разгибание в конце ПО (Тa2 и Тx2) и сгибания в периоде переноса (Тa3 и Тx3).

Коленный сустав (КС): амплитуда в начале ЦШ (К0), амплитуда и фаза первого сгибания (Ka1 и Kx1), первого разгибания (Ka2 и Kx2) и второго сгибания (Ka3 и Kx3).

Голеностопный сустав (ГСС): амплитуда в начале ЦШ (ГС0), амплитуда и фаза первого разгибания (Гa1 и Гx1), первого сгибания (ГСa2 и ГСx2), второго разгибания (ГСa3 и ГСx3) и второго сгибания (ГСa4 и ГСx4).

Биоэлектрическую активность мышц регистрировали для максимальной амплитуды (в микровольтах, мВ) и ее фазы (в процентах ЦШ). Профиль m. tibialis anterior (ТА) имел два пика ЭМГ-активности (TAa1 и TAa2) и соответствующие значения фаз (TAx1 и TAx2). Профиль m. gastrocnemius (GC) имел один пик активности (GCa) и одну фазу (GCx). Профиль m. quadriceps femoris (QF) был представлен двумя пиками (QFa1 и QFa2) и соответствующими значениями фаз (QFx1 и QFx2). Профиль hamstring (НМ) имел один пик (HMa) и одну фазу (HMx).

Регистрируемые амплитуды и фазы гониограмм (изменения амплитуды движений в цикле шага) и электромиограмм (профиль биоэлектрической активности мышцы в цикле шага) представлены на рисунке 1.

Методика проведения функциональной электростимуляции

Для проведения процедуры ФЭС использовали стимуляционные устройства комплекса «Стэдис» («Нейрософт», г. Иваново) и электроды для электростимуляции FIAB (Florence, Italy). Устройства фиксировались такими же эластичными манжетами, как и для проведения биомеханического исследования ходьбы. Они располагались на крестце, бедрах и наружных лодыжках. На мышцы паретичной ноги производили аппликацию стимуляционных электродов: на верхнюю и нижнюю трети mm. quadriceps femoris, hamstring, tibialis anterior и gastrocnemius (рис. 2).

На следующем этапе проводили настройку силы тока, основываясь на двух критериях: на пробную стимуляцию должно быть видимое сокращение мышцы, ощущения пациента должны находиться до его болевого порога. Настройку силы тока (интенсивности стимуляции) выполняли в начале каждой сессии для каждой стимулируемой мышцы. Параметры частоты тока и длительности импульса оставляли неизменными — 50 Гц и 200 мс соответственно. После определения силы тока производили калибровку системы и приступали к тренировке. Пациенты ходили по прямой в произвольном темпе, делая развороты в конце дистанции и продолжая ходьбу. Электрические импульсы подавались на мышцы в определенный момент цикла шага, соответствующий физиологическому максимуму биоэлектрической активности мышц во время ходьбы у здорового человека. Так, для m. quadriceps femoris импульс подавался в начале периода опоры и в начале периода переноса, для hamstring — в начале периода опоры, для m. tibialis anterior — в начале периода опоры и в середине периода переноса, для m. gastrocnemius — в середине цикла шага. Пациент продолжал ходьбу в течение 30 минут, после чего тренировка завершалась. Процедуру останавливали ранее в случае появления субъективных жалоб (головокружение, утомление) или по просьбе пациента. Процедуры проводились пациентам ежедневно 5 раз в неделю. Длительность курса определялась временем пребывания пациентов в стационаре и составляла в среднем 10,8 процедуры. Средняя длительность процедур составила 25,5 минуты.

Статистическая обработка результатов

Для статистической обработки данных использовали программное обеспечение Statistica 12.0 (StatSoft, Талса, США). Нормальность распределения количественных параметров определяли с помощью теста Шапиро — Уилка, по результатам которого распределение оказалось отличным от нормального (p < 0,05), следовательно, все данные были представлены в виде медианы и первого и третьего квартилей М_е [Q₁; Q₃]. Для сравнения параметров ходьбы у пациентов, полученных до и после курса ФЭС, применяли критерий Вилкоксона; для сравнения параметров ходьбы группы пациентов с испытуемыми из группы контроля применяли U-критерий Манна – Уитни. Статистически значимым считали значение p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Клинические показатели

При сравнении клинических характеристик группы пациентов до и после курса ФЭС выявлены статистически достоверные изменения, характеризующие улучшение функции ходьбы. Индекс динамической походки увеличился на 3 единицы. Индекс Хаузера уменьшился на единицу. Значение теста «Встань и иди» уменьшилось на 7 секунд. Значение скорости в тесте 10-метровой ходьбы увеличилось на 0,15 м/с. Домены МКФ: функция стереотипа походки (b770) и ходьбы на короткие расстояния (d4500) уменьшили значение на единицу (табл. 1).

Пространственно-временные параметры

При сравнении параметров, полученных до и после курса ФЭС, обнаружены следующие статистически значимые изменения: увеличение двойной опоры на паретичной стороне, уменьшение двойной опоры на интактной стороне и увеличение скорости ходьбы (табл. 2).

Сравнение параметров до и после курса ФЭС с аналогичными параметрами группы контроля обнаружило следующие статистически достоверные отличия: увеличение ЦШ, увеличение ПО на интактной стороне, увеличение ОО на паретичной стороне, увеличение ДО на обеих сторонах, более раннее НВДО на паретичной стороне и более позднее НВДО на интактной стороне, снижение высоты подъема стопы на паретичной стороне, увеличение циркумдукции на паретичной стороне, а также значимое снижение скорости ходьбы в группе пациентов относительно группы здоровых испытуемых.

Кинематические параметры

При сравнении параметров, полученных до и после курса ФЭС, обнаружены следующие статистически значимые изменения: более раннее Tx3 на паретичной стороне, увеличение Ta2 на интактной стороне, более позднее Kx1 на интактной стороне, более позднее ГСx1 на интактной стороне, увеличение ГСa3 на интактной стороне (табл. 3).

При оценке параметров группы пациентов, полученных до курса ФЭС, с аналогичными параметрами группы здоровых испытуемых выявлены следующие статистически значимые отличия: у пациентов отмечали снижение амплитуды первого сгибания в ТБС на паретичной стороне; более раннее начало этого сгибания (Tx1) на интактной стороне; снижение амплитуды разгибания (Ta2) на обеих сторонах и более раннее начало ее фазы (Tx2) на паретичной, при этом более позднее начало на интактной стороне; снижение амплитуды сгибания в периоде переноса (Ta3) на паретичной и увеличение на интактной стороне; более позднее начало фазы этого сгибания (Tx3) на интактной стороне.

В коленном суставе: снижение амплитуды первого сгибания (Ka1) на паретичной стороне с более ранним началом ее фазы (Kx1) на обеих сторонах, уменьшенная амплитуда разгибания (Ka2) на паретичной стороне и более раннее начало ее фазы (Kx2) на паретичной стороне; снижение амплитуды сгибания (Ka3) на паретичной стороне и более позднее начало ее фазы (Kx3) на интактной стороне.

В голеностопном суставе: более раннее начало фазы первого экстремума (ГСx1) на обеих сторонах и более позднее начало полного сгибания (ГСx2) на интактной стороне; снижение амплитуды (ГСa3) на обеих сторонах и более позднее начало ее фазы (ГСx3) на обеих сторонах; увеличенная амплитуда (ГСa4) на обеих сторонах и более позднее начало ее фазы (ГСx4) на паретичной стороне.

При сравнительной оценке кинематических параметров у пациентов после курса ФЭС с аналогичными параметрами у здоровых испытуемых отмечены следующие статистически значимые изменения: в тазобедренном суставе — снижение амплитуды первого сгибания (Ta1) на паретичной стороне, снижение амплитуды разгибания (Ta2) на обеих сторонах, более раннее его начало (Tx2) на паретичной стороне и более позднее начало на интактной стороне, снижение амплитуды (Ta3) на паретичной стороне и увеличение ее на интактной. В коленном суставе — снижение амплитуды первого сгибания (Ka1) на паретичной стороне, более раннее ее начало (Kx1) на паретичной стороне, сниженные амплитуды (Ka2 и Ka3) на паретичной стороне, более позднее окончание второго сгибания (Kx3) на интактной стороне. В голеностопном суставе — увеличение первой амплитуды (ГСa1) на паретичной стороне, более раннее ее начало (ГСx1) на паретичной стороне, снижение второй амплитуды (ГСa2) на паретичной стороне, более позднее ее начало (ГСx2) на интактной стороне, уменьшение амплитуды (ГСa3) на обеих сторонах, более позднее ее начало (ГСx3) на обеих сторонах, увеличение амплитуды ГСa4 на обеих сторонах и более позднее ее начало (ГСx4) на паретичной стороне.

Электромиографические параметры

При сравнении профилей биоэлектрической активности мышц, полученных до и после курса ФЭС, обнаружено два статистически значимых изменения: увеличение максимума активности икроножной мышцы как для паретичной, так и для интактной стороны (табл. 4).

При сравнении электромиографических параметров у пациентов до курса ФЭС с аналогичными параметрами у здоровых испытуемых выявлены следующие статистически значимые отличия: в профиле m. tibialis anterior — снижение TAa1 на паретичной стороне, более позднее начало TAx1 на обеих сторонах, сниженное TAa2 на паретичной стороне и более раннее начало TAx2 на паретичной стороне; в профиле m. gastrocnemius — сниженное GCa на паретичной стороне, более раннее начало GCx на паретичной и более позднее начало GCx на интактной стороне; в профиле m. quadriceps femoris — увеличенное QFa1 на интактной стороне, более позднее начало QFx1 на обеих сторонах, увеличенное QFa2 на интактной стороне; в профиле hamstring — сниженное HMa на паретичной стороне и более раннее начало HMx на паретичной стороне.

При сравнении электромиографических профилей мышц у пациентов после курса ФЭС с аналогичными профилями у здоровых испытуемых обнаружены следующие статистически значимые изменения: в профиле m. tibialis anterior — снижение TAa1 на паретичной стороне и увеличение TAa1 на интактной стороне, более позднее начало TAx1 на обеих сторонах, сниженное TAa2 на паретичной стороне и более раннее начало TAx2 на паретичной стороне; в профиле m. gastrocnemius — сниженное GCa на паретичной стороне; в профиле m. quadriceps femoris — более позднее начало QFx1 на интактной стороне; в профиле hamstring — сниженное HMa на паретичной стороне и увеличенное HMa на интактной стороне.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты, полученные в данном исследовании, продемонстрировали незначительные, но типичные для пациентов с инсульт-ассоциированным гемипарезом изменения в ходьбе.

После проведенного курса ФЭС отмечено увеличение значений индекса динамической походки и теста 10-метровой ходьбы, уменьшение индекса Хаузера и времени выполнения теста «Встань и иди». Наиболее часто в литературе можно встретить оценку эффектов ФЭС с помощью теста 10-метровой ходьбы и теста «Встань и иди» [29–31], изменения которых аналогичны полученным в данном исследовании. Кроме того, некоторые исследования включали и другие клинические показатели, изменения которых носили неоднозначный характер. Так, в систематическом обзоре Wang et al., включающем 14 исследований с участием 945 пациентов с гемипарезом, было продемонстрировано положительное влияние курса ФЭС на показатели шкалы Фугл-Мейера, шкалы равновесия Берг, теста 10-минутной ходьбы, модифицированного индекса Бартела и функционального теста ходьбы [30]. В то же время в исследовании Matsumoto et al. [32] по результатам проведенного 8-недельного курса ФЭС (40 минут, 1 раз в день, 5 дней в неделю) с участием 92 пациентов не было определено достоверных отличий в клинических показателях теста 10-метровой ходьбы, шкалы Фугл-Мейера и теста «Встань и иди».

Полученные нами результаты изменений пространственно-временных параметров ходьбы пациентов до проведения курса ФЭС продемонстрировали изменения, характерные для данного периода инсульта. К ним относятся увеличение продолжительности ЦШ, нормальная длительность ПО на паретичной и его увеличение на здоровой стороне, снижение ПОО на паретичной и его увеличение на здоровой стороне, увеличение суммарного ПДО, асимметрия НВДО с его сокращением на паретичной и увеличением на здоровой стороне, снижение клиренса стопы на паретичной стороне. Все перечисленные изменения биомеханики описаны ранее [9–12] и представляют собой типичную функциональную картину гемипареза.

По окончании курса ФЭС отмечено незначительное, но достоверное возрастание времени двойной опоры как на паретичной, так и на интактной стороне. Это одна из компенсаторных реакций для улучшения баланса тела. Устойчивость выше, если обе ноги на опоре. Другим результатом явилось увеличение скорости ходьбы, что коррелирует с результатами, полученными в других исследованиях [33][34].

Для пациентов с гемипарезом также типичны изменения кинематики: снижение амплитуд движений в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах паретичной стороны. При этом голеностопный сустав находится в незначительном разгибании, что снижает клиренс и приводит (наряду с другими изменениями) к увеличению циркумдукции. Для паретичной стороны характерно снижение амплитуд движений в суставах. При этом здоровая сторона вынуждена компенсировать меньшую активность паретичной. Таким образом, при низкой скорости ходьбы пациентов даже нормативные кинематические параметры интактной стороны уже являются гиперфункцией. Более поздние максимумы ряда амплитуд на интактной стороне — результат увеличения ПО. Увеличивается общее время периода опоры, и таким образом максимумы амплитуд тоже смещаются и происходят позже по времени.

По результатам курса ФЭС со стороны кинематики движений в суставах регистрируются небольшие изменения, преимущественно для интактной стороны. В существующих в литературе источниках ФЭС наиболее часто используется у пациентов после инсульта при отвисающей стопе, следовательно, изменения кинематики ограничиваются голеностопным суставом. Так, Güzel et al. описали положительное влияние 4-недельного курса ФЭС на амплитуду движений голеностопного сустава у пациентов в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта [34].

Анализ ЭМГ показал характерные изменения для гемипареза: снижение амплитуд активности на стороне пареза для всех анализируемых мышц. Однако отмечены менее выраженные изменения в QF по сравнению с другими группами мышц и по амплитуде, и по профилю активности [12][35]. Именно эта мышца обеспечивает стабильность коленного сустава, при существенном изменении ее активности невозможна опора на паретичную конечность.

В результате курса реабилитации у пациентов отмечали только достоверное увеличение амплитуды GC с обеих сторон. При этом активность GC на паретичной стороне оставалась более чем в два раза ниже, чем таковая на интактной, как до, так и после проведения ФЭС.

Полученные результаты показывают, что в раннем восстановительном периоде церебрального инсульта курс реабилитации длительностью 3 недели в целом и с использованием ФЭС в частности объективно приводил к незначительному функциональному улучшению. При этом тренировки с ФЭС проводились ежедневно, а пациенты ходили максимальное количество времени до утомления. Интенсивность стимуляции также поддерживали на максимальном уровне для каждого пациента. По данным зарубежных исследователей, курс ФЭС проводится более длительные сроки [36]. Однако в текущих условиях проведения описанного исследования выйти за рамки 10 процедур весьма сложно. Этот фактор отмечался нами в предшествующих работах, где применялся метод восстановления функции ходьбы с помощью биологической обратной связи [11][37].

При этом длительность реабилитационных мероприятий для пациентов с нарушением функции ЦНС зависит от оценки пациента по шкале реабилитационной маршрутизации (ШРМ), то есть определяется степенью функциональных ограничений и зависимостью от окружающих в самообслуживании. В соответствии с Программой государственных гарантий бесплатного оказания гражданам медицинской помощи для пациентов с оценкой по ШРМ 4 — длительность реабилитационного курса составляет 14 дней, при оценке ШРМ 5 — 20 дней. Как правило, формирование навыка ходьбы начинается у пациентов с уровнем функциональных ограничений ШРМ 4, а значит, фактическое количество дней реабилитации будет варьировать от 10 до 12. Объективная оценка функции ходьбы проводится в первый день поступления пациента на медицинскую реабилитацию и перед выпиской.

Результаты данного исследования косвенно подтверждают недостаточную длительность курса медицинской реабилитации для пациентов с заболеваниями ЦНС, предоставляемой текущей системой медицинской реабилитации, и необходимость дальнейшего изучения.

ВЫВОДЫ

Все пациенты представленного исследования имели типичные изменения функции ходьбы, связанные с гемипарезом в раннем восстановительном периоде инсульта. Проведенный курс многоканальной ФЭС не обнаружил негативных реакций. Клиническая и биомеханическая динамика состояния пациентов за время курса ФЭС изменилась незначительно, но достоверно возросла амплитуда икроножной мышцы на стороне пареза.

Таким образом, в раннем восстановительном периоде инсульта возможно проведение многоканальной ФЭС для коррекции ходьбы. При этом короткие ежедневные курсы в 10 процедур не приводят к существенным изменениям функции стимулируемых мышц.

Дальнейшие исследования могут быть направлены на определение методики настройки параметров ФЭС в соответствии с обнаруженными биомеханическими нарушениями с целью получения более значимого терапевтического эффекта в восстановлении функции ходьбы у пациентов в раннем восстановительном периоде ишемического инсульта.