The researching of motor activity of healthy infants and infants with

Исследование двигательной активности детей раннего возраста в норме
и при различных двигательных нарушениях
Е. С. Жванский1, О. Н. Цышкова2, А. А. Гришин3, Е. С. Кешишян2
1
Московский физико-технический институт (ГУ), Долгопрудный
2
Московский НИИ педиатрии и детской хирургии Минздравсоцразвития, Москва
3
Институт проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, Москва
поддержание ортоградной позы, так и любые
виды локомоции. Таким образом, процесс
лечения более эффективен, если он начат при
выявлении первых признаков двигательных
нарушений, еще до формирования устойчивых
двигательных дефицитов [1]. К сожалению, в
арсенале врачей немного аппаратов и
приспособлений позволяющих справиться с
поставленной задачей. Широко используемая в
настоящее
время,
статическая
электромиостимуляция
(СЭС)
показывает
определенные положительные результаты.
Однако, имеющийся опыт работы по методике
«активной,
динамической
электромиостимуляции» во взрослой практике у
больных в постинсультном состоянии с
параличами конечностей (что по патогенезу
очень схоже с ДЦП) показывает более высокий
и стойкий эффект [2].
Основой предлагаемой нами методики
является
сочетание
кинезотерапии
с
функциональной
(фазовой)
мионейростимуляцией (ФЭС). Принципиальные
отличия которой, в сравнении с СЭС,
заключаются в следующем:
• Воздействие
электрического
импульса
происходит в момент естественной работы
мышцы
при
циклических
движениях
пациента (аналог ходьбы).
• В зависимости от параметров импульса
(режима)
возможно
осуществлять
стимулирующее
или
релаксирующее
воздействие на мышцу.
• Воздействие электрического тока в момент
сокращения мышцы активирует не только
работу самой мышцы, но и передачу нервного
импульса на уровне спинного и головного
мозга.
Целью данной работы стала разработка
критериев объективизации
эффективности
методики ФЭС при помощи поверхностной
электромиографии,
а
также
оценка
особенностей
поверхностной
Аннотация
Целью данной работы было исследование
нейромышечных характеристик детей раннего
возраста в норме и при двигательных
нарушениях
с
помощью
поверхностной
электромиографии, а также разработка
критериев объективизации эффективности
проводимого лечения. Были обследованы 30
детей в возрасте от 6-ти месяцев до 3-х лет.
Из них 17 детей с двигательными нарушениями
центрального генеза (6 – с атоническиастатической формой ДЦП, 11 – со
спастическими формами ДЦП), 5 – с
двигательными нарушениями периферического
генеза, 8 – здоровых. Во время регистрации
ЭМГ ребенку в положении лежа проводилось
сгибание
и
разгибание
коленных
и
тазобедренных суставов. Регистрировалась
ЭМГ активность основных мышц бедра и
голени. Рассчитаны параметры, отражающие
степень спастичности мышц и сложившиеся
двигательные паттерны. Выявлена тенденция
изменения параметров к норме в ходе лечения.
1. Введение
Реабилитация двигательных расстройств у
больных, страдающих детским церебральным
параличом (ДЦП), до настоящего времени
остается одной из актуальнейших проблем
современной восстановительной медицины, как
в силу высокой распространенности, так и
ввиду тяжести последствий и высокого уровня
инвалидизации.
Двигательные нарушения, характерные для
ДЦП, возникают вследствие перенесенной
асфиксии/гипоксии, травмы или инфекции и
связаны прежде всего с повреждением
центральной нервной системы. В резидуальной
стадии заболевания, когда окончательно
оформляются патологические двигательные
стереотипы, возникает ряд компенсаторных
приспособлений, без которых невозможны как
311
Все преобразования сигнала для вычисления
параметров
ЭМГ
производились
с
использованием
языка
математических
вычислений GNU Octave [3]. Для формирования
огибающей применялся низкочастотный фильтр
(на 2 Гц), затем сигнал выпрямлялся и
отфильтровывались высокие частоты (фильтр
на 10 Гц).
Оценка эффективности ФЭС определялась
по улучшению общей двигательной активности,
координации
движений,
приросту
психомоторных навыков и умений, а также
изменению
электромиографических
показателей после лечения.
электромиографии у детей раннего возраста в
норме и при двигательных нарушениях.
2. Методы
Нами были обследованы 22 ребенка в
возрасте от 6-ти месяцев до 3-х лет с тяжелыми
двигательными нарушениями: 17 детей с
двигательными нарушениями центрального
генеза (6 – с атонически-астатической формой
ДЦП, 11 – со спастическими формами ДЦП), 5
детей
с
двигательными
нарушениями
периферического генеза (миопатией). А также 8
здоровых детей (норма).
К
базовому
лечению
двигательных
нарушений добавлялась ФЭС, проводимая при
помощи электростимулятора МНС-16-02.
При
клиническом
осмотре
ребенка
определялись группы мышц, которые требуют
проведения электростимуляции в режиме
расслабления или активации. Во избежание
провоцирования судорожных реакций, а также
оценки риска их возможной реализации всем
детям перед процедурой была проведена
электроэнцефалография и исследован уровень
кальция в крови.
Продолжительность сеанса в зависимости от
возраста ребенка и его утомляемости
составляла от 10 до 30 мин. Длительность курса
не менее 10 сеансов (ежедневно, с перерывом на
выходные дни, в стационарных условиях).
Методика проводилась медицинской сестрой
(или врачом) совместно с матерью в игровой
форме на фоне положительных эмоций.
Фазовая стимуляция мышц осуществлялась
путем наложения электродов на передние и
задние поверхностные группы бедра и голени в
проекции: RF – rectus femoris (прямая мышца
бедра), BF – biceps femoris (двуглавая мышца
бедра), TA – tibialis anterior (передняя
большеберцовая), Sol – soleus (камбаловидная).
Во время стимуляции, в положении лежа,
ребенку проводилось сгибание и разгибание
коленных и тазобедренных суставов по типу
упражнения «велосипед». Фазы включения
импульсации тока соответствовали углам в
колене,
определяющимися
при
помощи
гониометра. Частота импульсов постоянного
тока составляла 65 Гц при стимуляции и 130 Гц
при релаксации мышц. Длительность импульса
– 0,1 мс. Максимальный ток импульса – 80 мА.
До
и
после
лечения
с
помощи
восьмиканального миографического усилителя
УМГ2-8
регистрировались
поверхностные
электромиограммы стимулировавшихся групп
мышц в той же двигательной задаче (в течение
60 секунд), а так же в покое (60 секунд) и
синфазном движении ног (60 секунд).
3. Результаты
3.1.Фазово-корреляционные
соотношения.
С
помощью
фазово-корреляционных
соотношений между огибающей ЭМГ и углом в
колене,
исследовались
сложившиеся
двигательные паттерны. Корреляция отражает
линейную зависимость активности мышцы от
угла в колене. Сдвиг фазы показывает момент
включения мышцы в работу (сокращения)
относительно угла в колене. Параметр также
может отображать степень коактивации мышц
агонистов и антагонистов [4].
11
R
∆φ,
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,6
0,5
0,4
0,4
0,2
0,3
0
0,2
-0,2
0,1
RFR
RFL
R
BFR BFL TAR
TAL SolR SolL
1а
1a
-0,4
RFR RFL
BFR
∆φ, π
BFL TAR
TAL SolR SolL
2а
2a
1,2
0,7
1
0,6
0,8
0,5
0,6
0,4
0,4
0,2
0,3
0
-0,2
0,2
-0,4
0,1
0
2
1
0,8
0
2
π
1,2
-0,6
RFR RFL
BFR BFL TAR TAL SolR SolL
-0,8
RFR
RFL BFR
BFL TAR
TAL SolR SolL
Рисунок 1. Максимальный коэффициент
корреляции R при кросскорреляционном
анализе (1, 1а) и соответствующий ему
сдвиг фазы ∆φ (выраженный в π ) (2, 2а)
Фазовые соотношения (Рис. 1 (2)) отражают
нормально
сложившиеся
двигательные
паттерны у ребенка в возрасте 1,5 года со
спастическим тетрапарезом – фазы мышц
правой и левой ног совпадают, а сгибатели и
разгибатели активируются в противофазе.
Высокие коэффициенты корреляции (Рис. 1
(1)) (в среднем 0,8 при норме 0,5) указывают на
очень сильный ответ мышц даже на
минимальный внешний раздражитель, т.е. по
312
своей сути являются критерием низкого порога
чувствительности, что свидетельствует о
выраженной спастичности мышц.
У здорового ребенка в возрасте 7 месяцев
(Рис. 1 (2а)) фазы мышц правой и левой ног не
совпадают, а сгибатели и разгибатели
активируются
одновременно,
что
свидетельствует о том, что двигательные
паттерны еще не сформированы.
Коэффициенты корреляции (Рис. 1 (1а)) не
высокие (в среднем 0,4) и указывают на слабый
ответ мышц.
Рисунок 2. Глубина модуляции (m) здорового
ребенка (3), со спастической формой ДЦП (4), с
миопатией (5) и с атонически-астатической
формой ДЦП (6).
В норме параметр достигает среднего
значения 0,7 (Рис. 2 (3)). Во всех
представленных случаях глубина модуляции
снижена относительно нормы (Рис. 2).
Установлена тенденция устремления параметра
к норме в ходе лечения. В совокупности с
соотношением средних амплитуд сигнала ЭМГ
в фазах покоя и движения получена
дифференциация
состояний
мышц:
при
гипертонусе (параметр больше единицы), при
гипотонусе (параметр меньше единицы), при
миопатии (параметр меньше 0,7).
3.2. Глубина модуляции.
Глубина
модуляции
вычислялась
по
Amax − Amin
, где А – величина
Amax + Amin
формуле
3.3. Соотношение активностей в покое
и движении.
огибающей сигнала ЭМГ. Параметр отражает
способность ребенка к расслаблению и
напряжению мышц в периодическом движении.
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Соотношение средних амплитуд сигнала
ЭМГ в фазах покоя и движения дает оценку
спастичности мышц в зависимости от
состояния, а также позволяет увидеть какие
мышцы более спазмированы, какие менее.
33
m
77
S
1,2
RFR BFR
m
TAR
SolR RFL
BFL
1
TAL SolL
4
4
1
0,8
0,7
0,6
0,8
0,7
0,6
0,4
0,2
0,4
0
RFR
0,2
BFR
TAR
0
RFR
BFR
TAR SolR
RFL
BFL
TAL
6
SolL
5
5
m
TAL SolL
BFL
TAL
4
0,8
0,7
0,6
3
2
0,4
1
0,7
0,2
0
RFR
BFR
TAR
SolR RFL
BFL
TAL SolL
RFR
BFR
TAR
SolR
RFL
SolL
66
m
Рисунок 3. Соотношение активностей в
покое и движении (S).
1
0,8
0,7
0,6
Соотношение средних амплитуд сигнала
ЭМГ в фазах покоя и движения в норме равно
0,7 (Рис. 3 (7)). При спастической форме –
больше 1 (Рис. 3 (8)). После лечения видно
улучшение параметра в сторону нормы. С
помощью данного параметра можно оценить
выраженность дистонии мышц. В данном
0,4
0,2
0
BFL
5
1
0
SolR RFL
88
S
RFR BFR TAR
SolR RFL BFL
TAL
SolL
- до ФЭС
- после 10 сеансов ФЭС
313
случае
более
выражена
спастичность
большеберцовых
мышц
относительно
остальных групп мышц (Рис. 3 (8)).
паттерны (что соответствует физиологии
созревания нервных волокон) у детей до 1 года
(Рис. 1 (1а, 2а)) целесообразно проводить ФЭС,
начиная с возраста не раннее 1 года, при начале
вертикализации ребенка и появлении попыток к
ходьбе.
В
модели
нашего
исследования
предполагается
в
дальнейшем
набор
однородных групп детей одного возраста с
аналогичными двигательными нарушениями,
получающими стандартное восстановительное
лечение (массаж, ЛФК, магнитотерапию,
фармакопунктуру), в дополнении к которому
основная группа детей будет получать
функциональную электростимуляцию, группа
сравнения – статическую электростимуляцию.
Для расширения достоверных параметров
ЭМГ данных и оценки мышечного тонуса
планируется применение датчика для измерения
момента сил в коленном суставе.
4. Обсуждение
Учитывая отсутствие в литературных
данных
норм
исследуемых
показателей
глобальной ЭМГ у детей раннего возраста, на
первый план стал вопрос оценки полученных
нами ЭМГ данных, в связи с чем была изменена
группа набора детей. В поисках достоверной
оценки глобальной ЭМГ были отобраны
разнородные группы детей (от 6-ти месяцев до
3 лет) с различными по тяжести двигательными
нарушениями, как центрального, так и
периферического генеза, а также здоровые дети
без двигательных нарушений.
Главной оценкой эффективности ФЭС,
безусловно, является прогресс психомоторных
навыков у детей, а именно, улучшение
координации
движения
в
виде
более
продолжительной
возможности
вертикализации, появления опоры на полную
стопу,
уменьшения
шаткости
походки,
улучшения мышечного тонуса, появления
желания к игре и занятиям ЛФК.
Наилучший клинический эффект был
получен у вертикализирующихся детей в
возрастной группе 1год 3мес. – 1год 7мес. с
умеренно
выраженными
проявлениями
гипертонуса нижних конечностей. Все дети
были мотивированы и проявляли попытки к
ходьбе. До начала лечения все дети
передвигались с поддержкой за обе руки,
большая часть с опорой не на полную стопу (на
носочках), при попытке оставить одну руку,
появлялась выраженная шаткость походки, дети
теряли равновесие и падали. Уже к 5-6 сеансу
дети
могли
более
продолжительно
передвигаться (до нескольких минут) за одну
руку. А к 10 сеансу требовали ходить за 1 руку
основное время бодрствования, пытаясь ходить
без поддержки.
Полученные данные глобальной ЭМГ
согласуются с клиническими наблюдениями и
позволяют определить следующие параметры:
сформированность двигательного паттерна,
выраженность гипертонуса и дистонических
проявлений, а также количество двигательных
единиц, вовлекающихся в работу мышц.
Проделанная работа помогла отобрать
возрастные
критерии
детей,
которым
целесообразно начинать проведение ФЭС.
Учитывая несформированные двигательные
5. Выводы
Полученные нами результаты поисковой
фазы исследования показали возможность
высокой
эффективности
предлагаемой
методики по сравнению с имеющимися
аналогами
для
лечения
двигательных
нарушений у детей раннего возраста, их
успешной социализации и уменьшения уровня
инвалидности.
Все
это
указывает
на
целесообразность продолжения исследований в
выбранном направлении.
6. Список литературы
[1] Hayashi M. The effect of early treatment for children
with cerebral palsy in cooperation with city health
welfare offices. No To Hattatsu 1995 Nov;27(6):480-6.
[2] Yan T, Hui-Chan C.W.Y., Li L. S.W. Functional
electrical stimulation improves motor recovery of the
lower extremity and walking ability of subjects with first
acute stroke. Stroke. 2005; 36:80-5.
[3] Roberts, R. A., and C. T. Mullis, Digital signal
processing, Addison Wesley, Reading, MA, 1987.
[4] Samuel R. Pierceab, Mary F. Barbecd, Ann E.
Barrcd, Patricia A. Shewokisae, Richard T. Lauera. Cocontraction during passive movements of the knee joint
in children with cerebral palsy. J. Clinical Biomechanics
2007 Nov; 22(9): 1045-3.
314