к оценке поддержания вертикальной позы по данным

К ОЦЕНКЕ ФУНКЦИИ ПОДДЕРЖАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЗЫ ПО ДАННЫМ
ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОСТУРОГРАФИИ
С.А. Лихачев, А.Н. Качинский
Государственное учреждение Республиканский научно-практический центр
неврологии и нейрохирургии Министерства Здравоохранения. Минск, Беларусь.
Лихачев Сергей Алексеевич, доктор медицинских наук, профессор,
Директор государственного учреждения Республиканский научно-практический центр
неврологии и нейрохирургии МЗ РБ,
220000 г. Минск, проспект Правды 54 кв. 116
тел.8-1037517-264-16-95.
e-mail:sergilikhachev@ mail.ru
Качинский Александр Николаевич, научный сотрудник неврологического отдела
Государственного учреждения Республиканский научно-практический центр неврологии
и нейрохирургии МЗ РБ,
220109 г. Минск, ул. Ф.И. Павловского 48 кв.30
тел. GSM –8-1037529−634-04-72
Резюме
Цель работы: Изучить основные параметры постуральной функции у здоровых
людей с использованием динамической стабилометрической платформы под влиянием
полимодальной сенсорной афферентации.
Для решения поставленной задачи обследована группа здоровых людей – 93
человека. Исследования функции поддержания вертикальной позы проведены на
динамической
стабилоплатформе.
Диагностика
проведена
с
использованием
разработанного оригинального диагностического алгоритма в основу которого положены
основные принципы биологической обратной связи.
В ходе исследований выделены два типа реагирования на полимодальную
афферентацию: первый – корковый и второй – подкорковый (рефлекторный). Для
«коркового» типа характерно замедление ответных реакций, так как проводящие пути
сенсорной афферентации проходят весь путь от первично рецепторной клетки до
корковых центров произвольного контроля позы. Для «подкоркового» (рефлекторного)
типа характерно быстрое, но недостаточно точное реагирование на полимодальную
афферентацию.
Метод
диагностики
постуральных
нарушений
с
помощью
динамической
(подвижной) стабилоплатформы позволит расширить возможности по количественной
оценке функционального состояния поддержания вертикальной позы.
Ключевые
слова:
поддержание
вертикальной
позы,
постурография,
стабилоплатформа.
Механизм постуральной стабилизации представляет большой интерес в различных
областях естествознания. Система управления вертикальной позой (ВП) сложный
иерархично построенный механизм, существующий по определенным правилам и законам
[4,5].
Динамическая стабилометрия с полимодальным афферентным воздействием и
биологической обратной связью (БОС) – современная методика изучения вертикальной
позы (ВП) и коррекции её нарушений [1-3].
Цель работы - Изучить основные параметры постуральной функции у здоровых
людей с использованием динамической стабилометрической платформы под влиянием
полимодальной сенсорной афферентации.
Материалы и методы. Для решения поставленной задачи обследована группа
здоровых людей – 93 человека, из них 37 женщин и 56 мужчин. Средний возраст в
2
основной группе 26,7±8,7 лет, средний рост 177,4±11,0см, средняя масса тела 71,9±15,6кг.
Оценка состояния испытуемых проводилась с учетом анамнеза жизни, физического
развития, соматического и неврологического статуса на момент осмотра, а также
анализировалась соответствующая медицинская документация. При наличии в анамнезе
психических расстройств, заболеваний нервной системы и соматической патологии
влияющей на постуральную функцию у осматриваемых лиц, они в исследование не
включались.
Для оценки функционального состояния ВП в исследованиях использована
подвижная динамическая стабилоплатформа (авторская разработка, производитель ОАО
«Ратунак», Беларусь), которая позволяет оценить способность активно удерживать
равновесие. При этом подвижная платформа является дополнительной функциональной
нагрузкой на систему поддержания равновесия человека. Это связано с тем, что для
поддержание равновесия на колеблющейся со значительной амплитудой платформе,
пациенту приходится активизировать механизмы регуляции ВП, включающие как
корковые волевые системы управления, так и неосознанные механизмы биологической
обратной связи (БОС), в том числе проприорецепцию, прежде всего голеностопных
суставов и вестибулярную афферентацию. Метод исследования предполагает собой
регистрацию ошибок допускаемых пациентом в единицу времени, а полученная
информация в дальнейшем обрабатывается в программном пакете.
Метод по содержанию сходен с классической статокинезиметрией, однако
существенным отличием является то, что верхний лист платформы подвижен. Эффект
подвижности достигается за счет расположенной по центру шаровой опоры. Колебания
края подвижной части платформы составляет 18мм, что позволяет испытуемому ощущать
угловой наклон. Принципиальная схема динамической стабилоплатформы представлена
на рис.1.
Рисунок 1
3
Основными элементами устройства являются два опорных листа, между которыми
по центру располагается шаровая опора. Датчики, регистрирующие отклонение верхнего
листа платформы располагаются по периметру, их четыре. Датчики ориентированы по
осям абсцисс и ординат, тем самым предопределяют варианты ошибок в прямолинейном и
боковом направлениях. Угол срабатывания оптического датчика при наклоне верхнего
листа платформы составляет не менее 3°. Частота опроса датчиков составляет не менее 20
Гц. Общий вид платформы представлен на рис. 1.
Рисунок 2
Испытуемый должен удерживать центр масс в зоне оптимального режима, которая
соответствует горизонтальному положению верхнего листа платформы, с минимальным
отклонением от горизонта. Время записи составляет 60сек. Пациент во время
исследования находится в классической прямолинейной стойке, которая представлена на
рис. 3 [1,3].
Особенностью метода является применение нескольких сенсорных стимулов
основанных на принципах БОС. Между тестами перерыв в 60 сек.
1.
Тест в режиме зрительной БОС. В период проведения теста об отклонении
управляемой пациентом платформы относительно исходного, "нулевого" положения
сообщает визуальное окно, с обозначением ошибки в виде стрелки, которую пациент
должен исправить противодействием (смещением центра масс), при котором изображение
стрелки исчезает, что означает ликвидацию ошибки; вышеуказанное действие должно
быть проведено в кратчайший срок (см. рис. 4).
Рис 4
2. Тест в режиме акустической БОС с открытыми глазами. В период проведения
теста об отклонении управляемой пациентом платформы относительно исходного,
"нулевого" положения сообщает звуковой сигнал. Пациент должен исправить ошибку в
4
кратчайший срок и добиться тем самым положения, при котором нет звуковых сигналов.
Экран монитора в период теста закрыт нейтральным изображением.
3. Тест в режиме акустической БОС с депривацией зрения. В период проведения
теста по команде исследователя пациент закрывает глаза и удерживает равновесие на
платформе. Об отклонении управляемой пациентом платформы сообщает звуковой
сигнал. Пациент должен добиться положения, при котором нет звуковых сигналов.
4. Тест в режиме проприорецептивной БОС с открытыми глазами. В период
проведения теста по команде исследователя пациент должен удерживает равновесие,
ориентируясь на собственные ощущения углового наклона плоскости и на зрительные
ориентиры. При объективно обоснованном ощущении наклона плоскости в одну из
сторон пациент должен исправить в кратчайший срок ошибку, добиться тем самым
положения, при котором он субъективно воспринимает оптимальную горизонталь. Экран
монитора в период теста закрыт нейтральным изображением, зрительные «подсказки»
отсутствуют.
5. Тест в режиме проприорецептивной БОС с депривацией зрения. Требования к
тесту аналогичны предыдущему, с одной поправкой – глаза закрыты.
В ходе исследований, оценивались среднее время постурального ответа (СВПО,
регистрируется в секундах) и эффективность действий (ЭД) пациента (измеряется в %),
общее время нахождения пациента в ошибке (совокупное время ошибок (СВО)
измеряется в секундах). Также регистрировалась частота ошибок в единицу времени
(измеряется в ГЦ) и совокупное количество ошибок (СКО) совершенных в период
проведения теста [1-3]. Все показатели обрабатываются и выдаются на экране монитора
автоматически.
Статистическая обработка полученных результатов проводилась в программном
пакете «STATISTICA – 6» в режиме базовой статистики, сравнительный анализ для
непараметрических данных по Wilcoxon.
5
Результаты и обсуждение.
Результаты динамической постурографии представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты имеют существенные различия, что подтверждает значимость каждого
из сенсорных каналов при оценке поддержания ВП. Так, значения СКО и СВО в режиме
зрительной и акустической БОС значимо отличаются от аналогичных параметров в тестах
с проприорецептивной БОС (при р<0,02). ЧО, полученная в режиме зрительной и
акустической БОС, значимо отличается в режимов проприорецептивной БОС (при
р<0,003). Значения ЭД в режимах зрительной и акустической БОС значимо отличаются от
режима проприорецептивной БОС (при р<0,001). СВПО в режиме зрительной БОС также
значимо отличается от режима проприорецептивной БОС (при р<0,003).
Изначально предполагалось, что регистрируемые параметры будут иметь различия
при регистрации в различных режимах функционирования поддержания ВП. Однако
выявлено, что ЧО и СВПО в режиме акустического сопровождения даже при депривации
зрения значимых различий не имеют, притом, что ЭД снижается в два раза и резко
возрастает СКО. Учитывая тот факт, что зрение и слух, работая совместно как сенсорные
каналы пространственного обеспечения, имеют определенный системный механизм
взаимодействия с сенсорными каналами гравитационной направленности и выключение
одной (доминирующей) сенсорной афферентации вызывает дефект оптимальной
обработки всех афферентных сигналов. Однако подобное состояние не является
патологий, а лишь отражает влияние того или иного сенсорного входа на функцию
поддержания ВП.
Для анализа полученных данных рассмотрим физиологические механизмы
поддержания ВП схематично (см. рис.5).
Рис.5
6
На рис.5 изображена общая схема функционального состояния поддержания ВП.
Безусловно, имеет большое значение постановка задачи испытуемому: в зависимости от
цели произвольные действия подкрепляются теми или иными рефлексами, которые
замыкаются
на
уровне
подкорковых
образований,
мозжечка,
спинного
мозга.
Афферентации - проприоцептивные от стоп и голеностопных суставов, вестибулярные,
слуховые - поступают в мощный интегратор нервной системы – мозжечок. Туда же
попадает часть зрительной афферентации относительно зрительных ориентиров.
Формируются корковые и подкорковые двигательные ответы, направленные на
включение аксиальной мускулатуры и мышц конечностей, прежде всего, нижних, что
позволяет реализовать скоординированные движения по поддержанию ВП.
Описанные выше тесты выбраны не случайно, каждый из примененных режимов
БОС отражает определенный механизм поддержания ВП.
Безусловно, поддержание ВП в режиме зрительной БОС с возможностью
коррекции позы с помощью символов, происходит при непосредственном участии
корковых центров. Все осуществляемые действия произвольные, а для обеспечения
ответной реакции используются самые длинные пути с точки зрения проводниковых
систем мозга. Вместе с тем известно, что обратная связь в виде зрительной информации
наиболее эффективна при устранении совершенной позной ошибки.
При проведении теста в режиме акустической БОС со зрительным контролем,
зрительная функция не является доминирующей, однако сохраняются зрительные
ориентиры, которые дополняют картину восприятия возникающего пространственного
положения испытуемого. СВПО и ЭД в данном режиме возрастают в сравнении с первым
тестом. Присутствует «сторожевая» реакция - готовность рефлекторно ответить на звук,
иногда неверно, что приводить к возрастанию количества ошибок, но быстрее, чем при
осмыслении зрительного изображения.
7
В подтверждение вышесказанного проведен статистический анализ сравнения
данных режима зрительной и акустической БОС, для непараметрических данных (для
зависимых выборок) по Wilcoxon. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2
Выяснилось, что только два параметра значимо отличающихся друг от друга. ЧО в
режиме акустической БОС, в абсолютных значения больше чем в режиме зрительного
контроля (при р<0,05). Физиологическая трактовка выявленного феномена изложена
выше. А оперируя математическими представлениями, можно сказать, что в режиме
акустической БОС при сохранении зрительных ориентиров включается «сторожевая
слуховая» реакция, что приводит к увеличению количества допускаемых ошибок. Как
следствие снижается СВПО в абсолютных значениях (при р<0,05). С физиологической
точки зрения это свидетельствует об уменьшении латентного периода ответной реакции.
По абсолютным значениям СВПО можно отметить, что реакция на акустический стимул
оказалась быстрее.
Для определения степени преобладания в реакции поддержания ВП одной из
сенсорных функций (зрительной или акустической) нами вычислялся коэффициент
зрительного участия (КЗУ), который определялся по следующей формуле для параметра
СВПО:
где, x - СВПО регистрируемое в режиме акустической БОС глаза открыты;
у - СВПО регистрируемое в режиме зрительной БОС.
Положительное значение КЗУ свидетельствует о преобладании зрительной
сенсорной системы, а при отрицательном значении – акустической. В данном случае
значение КЗУ в группе составляет -3,03±12,9, что указывает на преобладание
акустической
сенсорной
функции
в
присутствии
зрительных
ориентиров
при
поддержании ВП.
8
При
описании физиологического механизма поддержания ВП
в режиме
акустической БОС с закрытыми глазами, на первый план выступает потеря зрительных
ориентиров.
Возникает
дополнительная
нагрузка
на
проприорецептивный
и
вестибулярный анализатор с акустическим ориентиром при отклонении тела. Такой
режим деятельности приводит к резкому снижению ЭД и увеличению СВО. Также это
приводи к усилению «сторожевой» реакция и значительному увеличению СКО.
Для подтверждения вышесказанного, проведен сравнительный анализ между
параметрами в тестах с использованием акустической БОС в режиме зрительного
контроля и без такового. Результат представлен в таблице 3.
Таблица 3
В абсолютных значениях параметров ЧО и СВПО значимых различий нет.
Депривация зрения, как усложняющий фактор для проведения теста, не влияет на
вышеупомянутые параметры. При этом увеличивается СКО, СВО и снижается в два раза
ЭД. КЗУ равное -3,03±12,9 подтверждает доминирующее влияние зрительной сенсорной
функции в рамках зрительной БОС при организации поддержания ВП.
Тест в режиме проприорецептивной БОС, глаза открыты: сохраняются зрительные
ориентиры. В период выполнения теста мысль пациента направлена на сохранение
равновесия,
ориентируясь
только
на
ощущение
углового
наклона
плоскости
(проприорецептивный стимул). Зрительных и акустических подсказок нет, а по
результатам отмечено замедление движений на платформе, СВПО увеличилось, время
пребывание в ошибке возросло, что повлекло за собой снижении ЧО и ЭД.
Усложнение теста в режиме проприорецептивной БОС депривацией зрения,
снижает поток эфферентной информации, зрительных ориентиров нет, акустическая и
зрительная стимуляция отсутствует. СКО и СВО резко возрастает, а ЭД минимальна в
значениях. Сохраняется увеличение СВПО как следствие замедленной моторной реакции
в ответ на проприорецептивную и отолитовую афферентацию.
9
Для подтверждения данных изменений проведен сравнительный статистический
анализ данных, в тестах с использованием проприорецептивной БОС в режимах
зрительного контроля и без такового (см. таб. 4).
Таблица 4
При сравнении результатов по всем регистрируемым параметрам выявлены
значимые изменения (при р<0,001). При депривации зрения отмечено резкое увеличение
СКО и СВО, что приводит к незначительному увеличению ЧО и снижению
эффективности действий. А СВПО в абсолютных значениях уменьшается, однако
сохраняет высокие значения в сравнении с тестами в режиме зрительной и акустической
БОС. Аналогичная картина отмечена при сравнении результатов в режимах акустической
БОС с контролем зрения и без такового.
Выявленные закономерности позволяют утверждать, что, чем больше получаемой
информации – зрительной, акустической, вестибулярной и проприорецептивной, тем
эффективнее поддержание ВП. Депривация зрения на фоне исключения акустической
информации, при работе только проприорецептивной и вестибулярной афферентации
значительно ухудшает поддержание ВП.
Подводя итог вышесказанному при поддержании ВП можно выделить два типа
реагирования на полимодальную афферентацию: первый – корковый и второй –
подкорковый (рефлекторный). Для «коркового» типа характерно замедление ответных
реакций, так как проводящие пути сенсорной афферентации проходят весь путь от
первично рецепторной клетки до корковых центров произвольного контроля позы. А
реализация движения, которая в свою очередь подвергается повторному контролю при
выполнении, также имеет значительную латентность. Данный тип произвольного
реагирования представляет собой многократное повторение кольцевой рефлекторной дуги
с главенствующей ролью корковых центров. При этом произойдут изменения СВПО, в
абсолютных величинах они станут больше и снизится ЧО.
10
Для «подкоркового» (рефлекторного) типа характерно быстрое, но недостаточно
точное реагирование на полимодальную афферентацию, данное явление наиболее
выражено в режиме акустической БОС. Срабатывают врожденные механизмы регуляции
поддержания ВП, так называемый «ориентировочный рефлекс». Это при объективном
контроле выражается в снижении значений СВПО, увеличении ЧО, СКО и СВО.
Метод
диагностики
постуральных
нарушений
с
помощью
динамической
(подвижной) стабилоплатформы позволит расширить возможности по количественной
оценке
функционального
классической
состояния
статокинезиметрии
и
поддержания
динамической
ВП.
Использование
постурографии
методов
расширяют
возможности по оценке состояние профиля постуральной активности, который будет
характеризовать статический и динамический компонент поддержания ВП. Объединив в
один блок, информацию о состоянии ВП в покое и оценку способности удерживать
равновесие, мы получим развернутую картину постуральной активности пациента.
11
Литература.
1.
Лихачев С.А., Борисенко А.В., Качинский А.Н. Способ контроля за динамикой
постуральных нарушений при болезни Паркинсона под влиянием мануальной
терапии. // Международная научно-практическая конференция «Медэлектроника
2004». Минск. – 2004. – С. 78 – 83.
2.
Лихачев С.А., Борисенко А.В., Качинский А.Н. О динамике постурографических
характеристик постуральной функции под влиянием мануальной терапии при
болезни
Паркинсона
с
выраженной
гипокинезией.
Вестник
//
оториноларингологии 2005г. Приложение № 5. // Материалы IV Российской
конференции оториноларингологов. Москва, 2005. – С. 148 – 149.
3.
Лихачев С.А., Борисенко А.В., Качинский А.Н. Состояние постуральной функции
при болезни Паркинсона по данным постурографии. // Неврологический журнал.
Т.13.1. 2008. С.23 – 26.
4.
Лучихин Л.А. Определение функциональной стабильности системы равновесия на
основе
ее
статической
и
динамической
характеристик
//Вестник
оториноларингологии. - 1987. -№3. – С. 24–29.
5.
Усачев
В.И.
Пространственное
статокинетическая
система
//
чувство,
Материалы
вестибулярный
XV
аппарат
Всероссийский
и
съезда
оториноларингологов. - СПб. 1995. - Т. 1. – С. 49–54.
12
Таб.1
Средние значения параметров в группе здоровых лиц при записи в пяти режимах
обратной биологической связи.
Режимы записи
Параметры
Результаты
№
(M±δ)
1
СКО (шт.)
59,1±26,5
2
СВО (сек)
29,8±12,2
Зрительная БОС
3
ЧО (Гц)
2,1±0,6
4
ЭД (%)
50,2±20,3
5
СВПО (сек)
0,535±0,17
1
СКО (шт.)
60,6±27,9
2
СВО (сек)
29,3±12,2
Акустическая БОС
3
ЧО (Гц)
2,2±0,64
4
ЭД (%)
51,1±20,54
5
СВПО (сек)
0,499±0,15
1
СКО (шт.)
96,4±25,6
Акустическая БОС с
2
СВО (сек)
44,0±6,12
депривацией зрения
3
ЧО (Гц)
2,2±0,58
4
ЭД (%)
26,5±10,2
5
СВПО (сек)
0,482±0,12
1
СКО (шт.)
66,5±32,9
Проприорецептивная БОС
2
СВО (сек)
37,9±11,9
3
ЧО (Гц)
1,8±0,7
4
ЭД (%)
36,7±20,0
5
СВПО (сек)
0,653±0,31
1
СКО (шт.)
93,3±28,9
Проприорецептивная БОС
2
СВО (сек)
46,9±4,7
с депривацией зрения
3
ЧО (Гц)
1,9±0,6
4
ЭД (%)
21,8±7,8
5
СВПО (сек)
0,559±0,24
Таб.2
Результаты сравнительного анализа параметров зрительной и акустической БОС
№
Зрительная БОС
Акустическая
Z
п/п
Параметры
БОС
Wilcoxon
1
СКО (шт.)
59,1±26,5
60,6±27,9
2
СВО (сек)
29,8±12,2
29,3±12,2
3
ЧО (Гц)
2,1±0,6
2,2±0,64
2,0*
4
ЭД (%)
50,2±20,3
51,1±20,54
5
СВПО (сек)
0,535±0,17
0,499±0,15
2,32*
Примечание: * - значимое различие при р<0,05.
13
№
п/п
1
2
3
4
5
Таб.3
Результаты сравнительного анализа акустической БОС (глаза открыты и закрыты)
Акустическая
Акустическая
Z
Параметры
БОС
БОС глаза закрыты
Wilcoxon
СКО (шт.)
60,6±27,9
96,4±25,6
8,23*
СВО (сек)
29,3±12,2
44,1±6,12
8,37*
ЧО (Гц)
2,2±0,64
2,2±0,58
ЭД (%)
51,1±20,54
26,5±10,2
8,37*
СВПО (сек)
0,499±0,15
0,482±0,12
Примечание: * - значимое различие при р<0,001.
Таб.4
Результаты сравнительного анализа в режиме проприорецептивной БОС со зрительным
контролем и без такового.
Проприорецептивная
Проприорецептивная
Z
№
Параметры
БОС
БОС с депривацией
Wilcoxon
п/п
зрения
1
СКО (шт.)
66,5±32,9
93,3±28,9
7,15*
2
СВО (сек)
37,9±11,9
46,9±4,7
7,0*
3
ЧО (Гц)
1,8±0,7
1,9±0,6
3,15*
4
ЭД (%)
36,7±20,0
21,8±7,8
7,0*
5
СВПО (сек)
0,653±0,31
0,559±0,24
3,22*
Примечание: * - значимое различие при р<0,001.
14
Рис. 1. Принципиальная схема динамического постурографа.
15
Рис. 2. Общий вид динамической платформы.
16
Рис. 3. Прямолинейная стойка.
17
Рис. 4. Установка пациента на платформу.
18
Рис.5. Общие принципы сенсорного обеспечения ВП с принципиальной схемой
корковых и подкорковых реакций.
19
Рис.1. Принципиальная схема динамического постурографа.
Рис. 2. Общий вид динамической платформы.
Рис. 3. Установка ног пациента на платформе. Прямолинейная стойка.
Рис. 4. Установка пациента на платформу.
Рис.5. Общие принципы сенсорного обеспечения ВП с принципиальной схемой
корковых и подкорковых реакций.
20