Долгосрочное воздействие роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность при церебральном параличе

Динамическая постуральная нестабильность — часто встречающееся нервно-мышечное расстройство при церебральном параличе, которое включает в себя нарушение равновесия и связанный с ним риск серьёзных отклонений. Роботизированная иппотерапия на тренажерах, имитирующих верховую езду, недавно стала широко распространенным клиническим методом повышения постуральной стабильности, силы и выносливости с помощью повторяющейся вестибулярной и проприоцептивной стимуляции остистого отростка через пути сенсомоторных систем. Однако, долгосрочное воздействие роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность при церебральном параличе остаётся неизученным.

Целью данного исследования являлось изучение долгосрочного воздействия роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность при церебральном параличе.

1. Введение

Появляется всё больше свидетельств, поддерживающих мнение о терапевтической эффективности верховой езды для стимуляции общей моторики у детей с церебральным параличом (ЦП). Тем не менее, в качестве альтернативы недавно возникла роботизированная иппотерапия, которая доступна для клинической среды, где живые лошади недоступны или слишком дороги. Ограниченная доступность лошадей, зависимость от погодных условий и стоимость могут способствовать увеличению использования механических лошадей. Хотя роботизированная иппотерапия не позволяет пациентам вступать в контакт с живой лошадью, эта терапия имеет преимущество в виде доступа к обычной терапии без температурных или погодных ограничений. Роботизированная система иппотерапии FORTIS спроектирована таким образом, чтобы осуществлять растяжку, ритмичные повороты туловища, общую стабилизацию, усиление, повышение выносливости и сердечно-лёгочную функцию с помощью системы сенсорного (вестибулярного, проприоцептивного) мониторинга. Система тренажера Fortis 102 симулирует движения живой лошади, включая ходьбу (6 км/ч), ходьбу рысью (15 км/ч), езду легким галопом (25 км/ч), и езду галопом (60 км/ч). Эти движения представлены как режимы упражнений, состоящие из 100 разных двух-пространственных схем движения со 100 разными режимами упражнений. Концептуально роботизированная иппотерапия была основана на обобщении лучших клинических данных и той идее, что педиатрическая нейрореабилитация должна быть веселой, мотивирующей, интенсивной, со специализированными задачами, ритмичной, повторяющейся и интегрированной, и должна применятся на протяжении длительного периода времени для достижения заметных изменений в размере мышц, общей моторике, и нейропластичности. Интенсивное, повторяющееся, ритмичное движение является отличительным признаком передвижения лошади, как и способы передвижения человека. Обычный темп лошади составляет 100 шагов в минуту при предпочтительной или средней скорости ходьбы, что может являться терапевтической помехой и опасностью для постуральной стабильности, так как пациенту необходимо постоянно адаптироваться к ре-стабилизации нарушенного равновесия. Однако, долгосрочное воздействие роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность при церебральном параличе, что концептуально определяется как неспособность поддерживать центр массы (ЦМ) в пределах опоры при внешних помехах или движении, остаются неизученными. Поэтому целью данного исследования было изучение долгосрочного воздействия роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность при церебральном параличе. Изначально предполагалось, что долгосрочное применение роботизированной иппотерапии улучшает динамическую постуральную стабильность и состояние равновесия.

2. Методы

Исследование состояло из предварительного испытания, 12-недельной иппотерапии и заключительных испытаний. Субъектом этого исследования был 11-летний ребенок с диагнозом «церебральный паралич» и связанной с ним общей нестабильностью. Во время предварительного и заключительного испытаний связанная с воздействием постуральная нестабильность оценивалась при помощи траекторий COM. COM измерялся с помощью восьмикамерной системы видео-захвата движения (ВЗД) и стабилографа 50×50 см. Для определения связанных с воздействием изменений в динамической постуральной стабильности, 31 отражающий маркер (9 мм) был прикреплен к анатомическим точкам на голове ребенка, его туловище и нижних конечностях для записи кинематического движения. Как показано на Рисунке 1, при видео-захвате движения была создана трёхмерная схема при помощи отражающих поверхностных маркеров на анатомических точках. Система видео-захвата была настроена на запись при частоте дискретизации в 60 Гц, с точностью в 0.5 мм.

Также использовался стабилограф, для записи сил реакции опоры на 300 Гц, которые позже были синхронизированы с COM. Ребенок находился на подстроенном под него, моторизированном барабане для захвата движения. Моторизированный барабан аналогично двигался в переднезаднем направлении на трех скоростях: 0.5, 0.6, и 0.7 Гц.

Анализ данных для замеров в COM был произведен через синхронизацию кинематических и кинетических данных. Кинематические данные были получены от маркеров на поверхности и смонтированы при помощи программного обеспечения для настройки трёхмерных координат для каждого испытания. Те данные, которые были собраны во второй половине (7.5 секунд) каждого 15-секундного испытания, обрабатывались на предмет дальнейшего анализа, который относительно соответствовал качающему движению настроенного, моторизированного барабана. Полученные из этих данных кинематические значения включали кинематические углы головного и туловищного сегментов во время пертурбации барабана. Кинематический угол головного сегмента определялся через вычисление угла пресечения между линейными сегментами вертексного маркера и маркера C7, и сегментом горизонтальной линии между передним и задним маркерами на барабане. Кинематический угол туловищного сегмента определялся углом пресечения между линейным сегментом маркера C7 и маркером L5, и горизонтальной линией маркеров на барабане. Более подробная информация была представлена ранее.

Тренажер иппотерапии для детей ДЦП (FORTIS-102, Daewon Fortis, Ha Nam, Kyungi, Республика Корея) использовался для улучшения динамической постуральной стабильности. Упражнения по лечебной верховой езде назначались опытными терапевтами 2–3 раза в неделю в течение 12 недель. Каждый сеанс продолжался 45 минут и включал тренировки в различных позах на движущейся механической лошади, которая шла или скакала галопом (например, верхом вперед, сидя сбоку, становясь на колени, задом наперед и др.). Терапия состояла из нескольких изменений положения, некоторые из них происходили во время движения лошади. Как указано в инструкциях по эксплуатации производителя (Рисунок 2), терапия на тренажере иппотерапии для детей предполагает 12 сеансов в лаборатории. Уровень движения механической лошади на 100-м курсе был установлен на медленную скорость или режим комфортной ходьбы (уровни 1–50), который имитирует ритмичную ходьбу лошади, с расчетом на общую стабилизацию, вращение туловища в положении задом наперед, вперед, боковое сидение и положение на коленях; или улучшенное постуральное и локомоторное движение во всех направлениях.

3. Результаты

Средняя длина пути COM, стандартное отклонение и диапазон уменьшились после применения роботизированной иппотерапии (Таблица 1). В частности, первоначальная ось X COM была больше чем ось Y.

Таблица 1. Значения статической стабильности

Однако, количество аномальных переднезадних и среднебоковых осаночных колебаний после вмешательства уменьшилась.

4. Обсуждение

Данное исследование подчеркнуло долгосрочное воздействие роботизированной иппотерапии на динамическую постуральную стабильность у детей с церебральным параличом. Как и ожидалось, после 12 недель роботизированной иппотерапии биомеханический анализ продемонстрировал что оси X и Y длины путей COM уменьшились в показателях переднезадней и среднебоковой позвоночной нестабильности при колебаниях моторизированного барабана. Эти данные подтверждают эффективность иппотерапии на тренажере Фортис 102 для улучшения постуральной стабильности во время динамичного движения, используя объективную шкалу мер позвоночной стабильности у детей с церебральным параличом. Эти объективные улучшения динамической постуральной стабильности соотносились с функциональностью движения, в частности, с динамическим равновесием при посадке и стоянии после воздействия. В результате терапии ребенок смог более стабильно и ровно стоять и сидеть. Ребенок демонстрировал бо́льшие осаночные колебания до начала исследования, что было показано на замерах длины путей COM. Это вело к постуральной нестабильности, плохому равновесию и высокому риску падения. Родители ребенка сообщали, что до начала курса лечения он иногда падал. Эти эпизоды падения были связаны с плохой постуральной стабильностью. 

Терапия позволила ребенку быть более уверенным при ходьбе, прыжках и беге. Кроме того, обнаружилось значительное уменьшение аномальных осаночных колебаний и проблем опорно-двигательного аппарата. (Рисунок 3)

Рисунок 3. Динамические изменения траектории COM до и после воздействия иппотерапии

Итоговый нейрофизиологический смысл таких улучшений постуральной стабильности и равновесия может находиться в интеграционных и проприоцептивных сенсомоторных стимулах, которые предоставляет роботизированная иппотерапия. Она может приводить к ровной осанке, ожидаемому контролю за коррекцией осанки, равномерной реакции, растяжке укороченных бедер и усилению пояснично-тазовой мускулатуры. Такой нейрофизиологический результат отражается в улучшенной ориентации осанки, симметрии и размере мышц, силе туловищных мышц, все — в результате роботизированной иппотерапии. Эти данные также подтверждаются информацией о замерах постуральной стабильности COM. 

В этом исследовании обычный сеанс роботизированной иппотерапии длился 45 минут, а общая сенсомоторная стимуляция включала до 3000–5000 повторений упражнения по контролю позы. Это превысило требуемое количество повторений, которые обычно присутствуют в традиционной нейрореабилитации или аналогах иппотерапии. Количество повторений в частном случае нейрореабилитации (физической и трудовой терапии) составляло от 6.0 до 291.5 повторений за сеанс для равновесия и походки (шагов), в частности, при реабилитации после инсульта. Однако, предыдущие экспериментальные исследования показали, что для воспроизведения нейропластики и связанной с ней двигательной активности требуются около 400–600 повторений, после ишемических поражений. В этом свете, инновационные роботизированные системы иппотерапии и виртуальной реальности должны считаться альтернативными видами терапии, способными производить интерактивные и мотивирующие упражнения в виртуальной реальности, с большим количеством повторений. Действительно, роботизированная иппотерапия может обеспечить ритмичный двух-пространственный контроль осанки и общую пояснично-тазовую стабилизацию с увеличенным количеством повторений (3000–5000 за сеанс), что превосходит традиционную нейрореабилитацию и потенциальные требования нейропластичности, и может обеспечить развитие восстановления двигательных функций.

Недавние исследования по роботизированной иппотерапии показали, что она способна на терапевтическую стимуляцию с безопасными, повторяющимися и разнообразными режимами двигательного воздействия. Парк и другие показали, что роботизированная иппотерапия ускорялась в пять раз меньше чем настоящее движение лошади (0.67 м/с2 против 3.22 м/с2 соответственно). 

Это помогает выявить проблемы безопасности пациента при иппотерапии на живой лошади, в особенности для пациентов у которых наблюдается нестабильный контроль осанки в отсутствии тщательного наблюдения.

Несомненно, механическая лошадь с четырьмя ногами предоставляет 6 степеней свободы, что имитирует движение настоящей лошади. Это может быть полезно для тренировки здоровых начинающих наездников, но может быть опасно для людей с расстройством контроля осанки, из-за увеличения риска падения. Более того, как ранее было указано, большее ускорение наблюдалось при иппотерапии на живой лошади, т. к. она подразумевает несколько степеней свободы. Как и у механической лошади с четырьмя ногами, которая представляет трудности для детей со средним или серьезным церебральным параличом. Поэтому в данной ситуации иппотерапии, обоюдосторонние сопровождающие, включая терапевта, обычно работают вместе для обеспечения безопасности пациента. Иппотерапия на тренажерах Fortis предоставляет большую свободу в настройке движения лошади с медленных амплитуд на быстрые и обратно. Это позволяет терапевту удовлетворять требования пациентов с расстройством контроля осанки средней и сильной степени тяжести, а затем увеличивать сложность малыми дозами, по мере их прогресса в общей постуральной стабильности, выносливости, силе и координации. Такие общие улучшения осанки не только уменьшают риск падения у детей с ЦП, но также позволяют бороться с такими частыми нейромышечными нарушениями как сколиоз, лордоз и кифоз; т. к. предыдущие исследования предоставили доказательства уменьшения размера глубоких ядер мышц, вроде поперечной мышцы живота при сколиозе у подростков. В целом, эти результаты предоставляют терапевтическое доказательство что роботизированная иппотерапия может использоваться как альтернативная терапия при лечении пациентов с церебральным параличом и общей нестабильностью.

5. Выводы

Данное исследование доказало, что занятия на тренажере иппотерапии Fortis 102 — эффективный способ улучшения динамической постуральной стабильности у пациентов с церебральным параличом, нестабильностью осанки, плохим равновесием и высоким риском падения. В этом исследовании долгосрочное воздействие роботизированной иппотерапии уменьшило переднезаднее и среднебоковое осаночное колебание COM. Эти данные указывают на то, что роботизированная лечебная верховая езда улучшает общую стабильность и равновесие.