ISSN Print 2070–7320
ISSN Online 2070–7339
Вестник РГМУ
НАУЧНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ЖУРНАЛ РНИМУ ИМЕНИ Н. И. ПИРОГОВА
ОБЗОР
Интегральная характеристика эффективности постурального контроля как концептуальная платформа для оптимизации реабилитационных и восстановительных программ в спорте
Информация об авторах
1 Кафедра реабилитации, спортивной медицины и физической культуры, педиатрический факультет,Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова, Москва
2 Федеральный научно-клинический центр спортивной медицины и реабилитации,Федеральное медико-биологическое агентство, Москва
Для корреспонденции: Андреев Дмитрий Александрович
ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117997; ur.liam@sur_adard
Информация о статье
Вклад всех авторов в работу равнозначен: подбор и анализ литературы, планирование структуры статьи, интерпретация данных литературы, подготовка черновика рукописи, внесение исправлений.
Статья получена: 16.11.2017
Статья принята к печати: 05.12.2017
Опубликовано online: 18.01.2018
|
В данном обзоре приведен критический анализ данных литературных источников о методологии диагностики и мониторинга нарушений постурального контроля у спортсменов высокого класса, а также рассмотрены принципы построения реабилитационных программ на основании оценки состояния проприоцептивной сферы.
Медицинское оборудование, позволяющее диагностировать и корригировать изменения скорости и силы движений, весьма эффективно используется на различных этапах реабилитации в неврологии, травматологии и ортопедии. Однако эти показатели недостаточно отражают специфику адаптационных и компенсаторных процессов в различных видах спорта. Оценка и коррекция системы проприоцепции менее разработаны, пути их реализации довольно сильно различаются, особенно в определении диагностических подходов и установлении информативных оценочных критериев [1].
Физиологические аспекты системы проприоцепции
Проприоцепцией (глубокой или кинестетической чувствительностью) называют восприятие позы и движений тела в целом и его сегментов в частности. Понимание закономерностей функционирования проприоцептивной сферы, прежде всего, рецепторного звена и механизмов регуляции, позволяет подобрать эффективный диагностический инструментарий как для клинической, так и для спортивной биомеханики.
Выделяют три вида структурно и функционально различающихся проприорецепторов — мышечные веретена, сухожильные и суставные рецепторы [2].
Расположенные параллельно скелетной мышце мышечные веретена, состоящие из нескольких поперечно-полосатых интрафузальных мышечных волокон, крепятся к соединительнотканной оболочке (перимизию) пучка экстрафузальных мышечных волокон, поэтому при расслаблении мышцы рецепторы растягиваются, что ведет к их возбуждению [2, 3].
Заключенные в соединительнотканную капсулу сухожильные рецепторы (тельца Гольджи) последовательно располагаются в сухожилиях скелетных мышц, в связи с чем раздражение рецепторов возникает при натяжении сухожилия.
Импульсы от мышечных веретен поступают к α-мотонейронам спинного мозга и возбуждают их, что ведет к сокращению растянутой мышцы. Как только мышца начинает сокращаться, возбуждение мышечных веретен прекращается или сильно ослабевает; одновременно импульсация сухожильных рецепторов поступает в спинной мозг к тормозным клеткам Реншоу. Возбуждение последних вызывает торможение α-мотонейронов скелетной мышцы, вследствие чего она расслабляется. То есть мышца поочередно сокращается и расслабляется в результате поступления к ее мотонейронам импульсов от собственных рецепторов [2, 3, 4].
При сложных двигательных актах, например ходьбе, синхронизированные сокращения мышц-сгибателей одной ноги и разгибателей другой также обеспечиваются поступлением афферентных импульсов от мышечных и сухожильных рецепторов и, соответственно, поочередным возбуждением и торможением центров сгибателей и разгибателей [2]. Особенности данного локомоторного акта можно охарактеризовать биомеханическими методами.
Суставные рецепторы (механорецепторы) расположены в капсуле, хрящах, связочном аппарате суставов и в перикапсулярной соединительной ткани. Они типируются в зависимости от их реакции на амплитуду, скорость и направление движения в суставе.
Так, окончания и тельца Руффини, локализующиеся как в капсуле сустава, так и в окружающих соединительнотканных образованиях (в том числе расположенных в глубоких слоях дермы и подкожной жировой клетчатки), генерируют информацию о значениях межзвенных суставных углов, то есть о взаимоположении элементов сустава. Импульсация продолжается в течение всего периода сохранения такого угла и определяется его величиной; считается, что данный тип механорецепторов особенно чувствителен при экстремальных диапазонах углов. Тельца Пачини находятся исключительно в капсуле сустава и воспринимают направление и скорость изменения его угла, причем с увеличением скорости возрастает и частота генерируемых импульсов. В данном случае также наиболее полную информацию можно получить средствами клинической биомеханики.
Ощущение движения, как и кожная чувствительность (прикосновение, давление), обусловлено проведением в мозг сигналов от рецепторов по двум основным путям (трактам): лемнисковому и спиноталамическому, — значительно различающимся по своим морфологическим и функциональным свойствам. Существует и третий путь — латеральный тракт Морина, близкий по ряду характеристик к лемнисковому.
Многогранность и важность контроля движений для сохранения устойчивости в вертикальной позе отмечена W. R. Miles еще в 1922 г. [цит. по 5]. В 1924 г. была опубликована фундаментальная работа Рудольфа Магнуса «Установка тела», где голландский ученый развил идеи И. М. Сеченова о собственной чувствительности мышц («темное мышечное чувство») и Чарльза С. Шерингтона (учение о рецептивных полях), а также всесторонне изучил особую группу позных, или установочных, рефлексов (тонические рефлексы Магнуса–Клейна), обеспечивающих функции поддержания позы и равновесия; описал автор и другие рефлексы, необходимые для нормального стояния и ходьбы животных [цит. по 5].
В опубликованной в 1965 г. работе Гурфинкеля и соавт. «Регуляция позы человека» [6] заложены основы инструментальной оценки системы проприоцепции, для чего был предложен такой метод биомеханической диагностики, как стабилометрия. С тех пор в клинической практике активно применяют методы стабилометрической оценки функций двигательной и нервной систем, так как оценка проприоцепции в закрытой кинетической цепи может быть осуществлена исследованием постурального баланса [5]. Именно стратегия удержания баланса тела в вертикальном положении, а также соматосенсорная информация от стопы, находящейся в контакте с поверхностью опоры, являются ведущими проприоцептивными показателями контроля баланса [5, 6].
Биомеханические методы диагностики проприоцептивной сферы
Стабилометрия обеспечивает объективный функциональный мониторинг в процессе реабилитационных мероприятий при нарушениях постурального контроля [1, 5]. Дефицит последнего после травм и при ортопедической патологии обычно связывают с нарушением афферентной информации от связочных и капсульных механорецепторов. Современные стабилометрические комплексы представляют собой комбинированные аппаратно-программируемые системы с возможностью регуляции степени мобильности опорной платформы и наличием акселерометрического датчика. Пример подобного аппаратно-программного комплекса представлен на рис. 1.
Важными диагностическими критериями вертикальной устойчивости являются площадь статокинезиограммы и скорость общего центра давления (ОЦД), а также коэффициент Ромберга (отношение площадей статокинезиограммы при закрытых и открытых глазах). Данный коэффициент характеризует функциональную готовность периферического и вестибулярного звеньев системы проприоцепции к сохранению вертикальной устойчивости при выключении третьего уровня постурального контроля — зрительного анализатора.
По нашему мнению, в настоящее время общепринятые методики и принципы стабилометрической диагностики в спортивной медицине не используют весь потенциал оценки постурального стереотипа, однако именно стабилометрия является основным диагностическим инструментом функциональных постуральных асимметрий у спортсменов. Многие авторы считают, что большинство видов спорта предъявляют специфические требования к симмметричности или, наоборот, асимметричности опорно-двигательного аппарата, органов чувств и способствуют их развитию [8, 9]. Оптимальность выполнения специальных двигательных навыков спортсменом определяется морфогенетическими особенностями организма и зависит от наличия необходимого уровня асимметрии при выполнении движения, т. е. успешность в конкретном виде спорта сопутствует определенному типу сенсомоторного профиля.
Особую значимость имеет связь асимметрии мозга с организацией вертикальной позы. Ее длительная поддержка возможна при уравновешивании статических моментов сил всех звеньев тела, что, в свою очередь, обеспечивается адекватным состоянием всех уровней проприоцептивного контроля.
Необходимо упомянуть, что такие стабилометрические показатели функциональной постуральной асимметрии, как среднее положение и среднеквадратическое отклонение ОЦД во фронтальной плоскости, являются маркерами специальных двигательных навыков, характерных для того или иного вида спорта, и актуальны для оценки техники выполнения специфических локомоций [9].
В то же время положение и показатели площади и скорости ОЦД рассматриваются как функциональные маркеры статического положения, что позволяет оценивать различные влияния специальной физической нагрузки на все звенья опорно-двигательного аппарата. При этом стабилограмма — это интегральный и комплексный метод оценки функционального состояния системы регуляции движений. Неотъемлемой частью оценки постурального контроля в спорте является также клиническая оценка состояния мышц, участвующих в удержании специфичной для конкретного вида спорта («рабочей») вертикальной позы.
Таким образом, способность стабилизировать равновесие в статике (стоя, сидя) и в динамике (ходьба) — это важнейший аспект двигательной сферы в спортивной медицине, и ее оптимальная оценка позволяет выявить различные нарушения проприоцепции. Кроме того, рациональная интерпретация стабилометрических показателей и их сопоставление с данными клинического тестирова- ния мышц, участвующих в удержании вертикальной позы, помогают повысить эффективность восстановительных мероприятий у спортсменов с травмами и заболеваниями опорно-двигательного аппарата [10, 11]. Пример стабилограммы с выраженной асимметричной стойкой у спортсмена представлен на рис. 2.
Однако классическая стабилометрия имеет свои ограничения в оценке проприоцептивной системы, которая работает по принципу биологической обратной связи, реагируя на внешние раздражители изменением стратегии регуляции позы. Наиболее быстро отвечающее на внешнее раздражение звено — периферический анализатор; в регуляции вертикальной устойчивости им является прежде всего голеностопный сустав, а также стопы. Если опорная поверхность неподвижна, то невозможно в полной мере оценить функцию периферического анализатора при сложных постуральных реакциях, характерных для спорта высоких достижений. Эта проблема освещена американским травматологом Фрименом в 60-е гг. прошлого столетия: после травм нижних конечностей реабилитация на нестабильных платформах восстанавливала оптимальное состояние периферического анализатора системы проприоцепции за счет активации рецепторов стопы и голеностопного сустава [цит. по 10].
В настоящее время принцип нестабильности опоры широко используется при проведении реабилитационных мероприятий у пациентов с последствиями травматической болезни спинного мозга, осложнениями остеохондроза позвоночника, после оперативного лечения ортопедической патологии тазобедренных, коленных и голеностопных суставов [10, 11, 12]. Внедряются методики, стимулирующие активность аутохтонных мышц, обеспечивающих постуральный баланс. Данные методики реализуются тренажерами — сферическими жесткими и полужесткими платформами с различными степенями свободы угловых смещений [12, 13].
Однако использование механических тренажеров не подразумевает первичной оценки постурального контроля на нестабильной поверхности. Для проведения диагностических манипуляций на нестабильных опорах необходимо наличие встроенных в платформы датчиков, отображающих опорные реакции спортсмена во время тестирования. Подобные аппаратные комплексы оснащены на сегодняшний день как классическими стабилометрическими платформами, так и баланс-комплексами с использованием комбинированного акселерометро-гироскопического сенсорного датчика, позволяющего оценить линейные скорости, а также скоростно-угловые характеристики в системе координат. Именно с помощью балансометрии можно максимально точно оценить функциональную активность суставных механорецепторов при перемещении сустава в пространстве (тельца Руффини) и скоростные параметры изменения суставного угла (тельца Пачини). Особенностью и преимуществом балансометрического комплекса с использованием акселерометра и гироскопа является способность регистрировать минимальные угловые смещения ОЦД, что увеличивает эффективность как диагностики системы проприоцепции, так и ее стимуляции во время занятий с использованием биологической обратной связи [14, 15].
Балансометрические комплексы обладают высокой диагностической значимостью в оценке постурального контроля спортсменов, а также предоставляют возможность целенаправленной коррекции постуральных нарушений в биоуправлении проприоцептивными, слуховыми и зрительными стимулами. В отличие от классических стабилометрических комплексов [16] нестабильные акселерометрические баланс-платформы при коррекции проприоцептивных нарушений имеют активационную функцию: они не предполагают фиксации пациента в пространстве, он должен самостоятельно поддерживать положение тела, что обеспечивается, прежде всего, мышцами, стабилизирующими постуральный баланс, — аутохтонными, ягодичными и Hamstring-группы (мышцами задней поверхности бедра) [11, 16]. Программное обеспечение фиксирует параметры смещения тела во время диагностических и лечебных процедур, что позволяет проводить как первичную верификацию постурального контроля, так и мониторинг показателей во время проведения курса восстановительного лечения [11, 17]. Кроме того, сами автоматизированные платформы снабжены механическими и программными возможностями варьирования векторных направлений тренировок, что позволяет врачу-реабилитологу дифференцировать занятия в зависимости от степени тяжести основного заболевания, выраженности компенсаторных проявлений со стороны центральной и периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата, а также возможного наличия сопутствующей патологии этих функциональных систем. На рис. 3 представлен один из образцов мобильной беспроводной балансометрической платформы.
Описанный принцип интегральной оценки системы проприоцепции на нестабильных опорных платформах реализован в различных аппаратно-программных комплексах биомеханической диагностики и коррекции. Фундаментальные исследования, проведенные G. Fellicetti, A. Srivastava, A. B. Taly, A. Gupta, доказали высокую эффективность этого оборудования при проприоцептивных нарушениях [цит. по 19].
Одним из самых перспективных методов в оценке постурального контроля у спортсменов является бароподометрия, которая, в отличие от стабилометрии, предполагает использование большого количества тензодатчиков (до нескольких десятков тысяч). Это позволяет оценить весь спектр смещений давления под стопами, включая как основные показатели постуральной диагностики (площадь и скорость ОЦД), так и динамические изменения степени давления во время стояния, ходьбы, бега и специальных динамических тестов [20].
В бароподометрических комплексах используются датчики двух типов: емкостные и резистивные. Принцип их работы основан на изменении электрического сигнала или сопротивления среды между двумя пластинами. Датчики емкостного типа, являясь более точными, тем не менее требуют более сложной калибровки, поэтому используются лишь в специальных исследовательских лабораториях. Для клинической практики более применимы платформы с датчиками резистивного типа [21].
Технология бароподометрии на данный момент стремительно развивается. Успешно преодолеваются различные недостатки ранних версий датчиков: повышенная чувствительность, термочувствительность, нестабильность в работе, недостаточная прочность. В настоящее время бароподометрические платформы представлены множеством вариаций — компактные платформы для оценки в положении стоя, дорожки для анализа походки, тредмилы, сенсорные стельки в обувь и др. Бароподометрия используется также для оценки статодинамической функции стоп, анализа походки. Неоценима роль данного исследования в диагностике функциональных проявлений плоскостопия, мониторинге в процессе реабилитационных мероприятий при различных неврологических и ортопедических заболеваниях стоп. Подобные платформы входят в состав сложных аппаратных комплексов анализа движений и систем для изготовления стелечных ортезов [20, 21].
Кроме этого, активно внедряются методики оценки состояния позвоночника и аутохтонных мышц спины — оптическая топография и аппаратно-программный комплекс для обследования антигравитационных мышц туловища с регулируемым изменением угла наклона пациента [1].
Необходимо отметить, что диагностика динамических проприоцептивных нарушений у спортсменов более оптимальна при использовании биомеханических комплексов, обеспечивающих синхронизацию различных способов регистрации показателей локомоций (видеоанализа, миографии), применение инерциальных систем на основе гироскопов и акселерометров. Самыми перспективными, с позиций комплексного биомеханического обследования спортсменов в целом и системы проприоцепции в частности, на наш взгляд, являются беспроводные инерциальные системы.
При первичной и динамической оценке качества постурального контроля нельзя забывать также о необходимости локальной диагностики функционального состояния мышц связок и суставов. Для этого целесообразно применение электромиографии и термографии [23].
Принципы методологии биомеханического обследования системы проприоцепции у спортсменов
Приведенный выше спектр диагностического оборудования позволяет оптимально и комплексно оценить постуральный стереотип спортсмена, выявить симптомы нарушений проприоцепции, инструментально подтвердить данные клинического осмотра, а также проводить мониторинг динамики показателей проприоцептивной сферы в процессе реабилитационных мероприятий [24].
Однако, на основании нашего опыта и по данным мировых источников, наиболее важна роль указанного биомеханического оборудования в построении реабилитационных программ [25].
Знание статодинамических особенностей в различных видах спорта, преференции наиболее используемой руки или ноги в конкретном виде спорта, физиологические аспекты опорной и доминирующей в движении нижней конечности позволяют правильно интерпретировать данные клинического и биомеханического обследований спортсмена [26].
Основными принципами диагностики постурального контроля у спортсменов являются:
- характеристика степени выраженности асимметричных влияний спортивной деятельности;
- анализ показателей стабильности баланса вертикальной устойчивости в целом, стоя на одной ноге, при двигательном координационном тесте;
- выявление первичного звена в патогенезе проприоцептивных нарушений.
Постуральная асимметрия является необходимым компонентом комплексной оценки постурального стереотипа спортсмена. Признаки морфологических и функциональных асимметрий свойственны основным афферентным элементам, центральному и эфферентному отделам контроля позы. Выявление степени асимметрии у спортсменов тесно связано с онтогенетическими особенностями и доминированием «рабочей» руки/ноги в конкретном виде спорта [27, 28, 29, 30, 31, 32, 33].
Кроме этого, необходимо оценить стабильность показателей постурального стереотипа (контроля) как в основной стойке, так и в пробе, стоя на одной ноге [28, 29, 30]. Так, группа ученых [28] провела сравнительное клинико-биомеханическое исследование выполнения координационного теста «Звезда» у представителей игровых видов спорта и людей, не занимающихся спортом. Сутью данного теста является клиническая оценка баланса испытуемого в вертикальном положении во время стояния на одной ноге и дотягивания другой ногой до зон, расположенных по периметру окружности. Данные постуральной биомехани- ческой диагностики, включающей в себя стабилометрию и бароподометрию, показали статистически значимое смещение ОЦД в основной стойке в сторону доминирующей нижней конечности, а также лучшие показатели стабильности баланса, стоя на доминирующей ноге (правой у правшей и левой у левшей), у профессиональных спортсменов [28]. Полученные результаты свидетельствуют о наличии «рабочей» асимметрии, а также о тенденции смещения ОЦД в сторону доминирующей нижней конечности под влиянием функциональной преференции руки и/или ноги, характерных для конкретного вида спорта [34, 35, 36].
Данные изменения можно считать проявлением адаптивных реорганизаций постурального контроля. При значительных физических перегрузках, после травм, смене условий реализации спортивной деятельности (обуви, покрытия, позиции на игровом поле) возможен срыв адаптационных процессов регуляции позы, который может привести к дезадаптации межмышечных взаимодействий, а затем, при отсутствии корригирующих мероприятий, к формированию компенсаторных изменений, которые являются дополнительным фактором риска развития хронических заболеваний опорно-двигательного аппарата у спортсменов [37, 38, 39].
Клинико-биомеханическими критериями дезадаптации являются:
- болевой синдром в перегружаемой области;
- смещение ОЦД в сторону перегружаемой области;
- функциональная недостаточность мышц, отвечающих за стабильность суставов перегружаемой области;
- формирование вторичных изменений в компенсаторно измененных областях.
На основании многолетнего опыта проведения клинико-биомеханических исследований у спортсменов нами был разработан следующий алгоритм биомеханического обследования (таблица).
На основании полученных результатов определяются основные задачи, структура, очередность реабилитационных мероприятий у спортсменов с различными нарушениями системы проприоцепции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Описанный выше подход, на наш взгляд, является наиболее актуальным, так как в нем объективно учитывается взаимосвязь физиологических возможностей функциональных систем с адаптационными и компенсаторными процессами, сопровождающими тренировочную деятельность, специфичную для отдельно взятой патологии нервной системы и опорно-двигательного аппарата. Необходимо также подчеркнуть, что только комплексная биомеханическая диагностика позволяет получать значимые данные, которые, в свою очередь, могут помочь правильно оценить степень функциональной подготовленности спортсмена и выбрать наиболее оптимальный путь ее стабилизации и повышения.