ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Влияние тренировок в виртуальной реальности на психофизиологические и постуральные нарушения у пожилых

А. Е. Хижникова, А. С. Клочков, А. А. Фукс, А. М. Котов-Смоленский, Н. А. Супонева, М. А. Пирадов
Информация об авторах

Научный центр неврологии, Москва, Россия

Для корреспонденции: Анастасия Евгеньевна Хижникова
ул. Волоколамское шоссе, д. 80, г. Москва, 125367, Россия; moc.liamg@lapakhsutsan

Информация о статье

Финансирование: исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ МК-118.2020.7.

Статья получена: 26.10.2021 Статья принята к печати: 24.11.2021 Опубликовано online: 09.12.2021
|

Нарушение двигательной функции и равновесия является главной причиной повышения риска падения в пожилом возрасте. Более трети пожилых людей старше 60 лет имеют нарушения походки. Если в возрасте 60–69 лет распространенность такого расстройства составляет около 10,7%, то в возрасте более 80 лет — уже 61,7%. У трех четвертей пациентов в основе нарушения походки и равновесия лежат причины, связанные с нервной системой [1]. К ведущим неврологическим причинам двигательной дисфункции можно отнести сенсорную атаксию различного генеза, паркинсонизм, повреждения головного мозга, а также цереброваскулярные заболевания, среди которых наиболее распространена хроническая ишемия головного мозга (ХИГМ) [2]. Наиболее частыми проявлениями ХИГМ принято считать: нарушение походки (до 85% случаев при ХИГМ II ст.); пирамидные нарушения, акинетико-ригидный синдром, снижение координационных способностей (в том числе сохранение равновесия) и др. [3].

Одним из факторов, влияющих на ухудшение функции поддержания равновесия в пожилом возрасте, является снижение скорости реакции на различные внешние стимулы. Пожилые люди хуже адаптируются к резкому изменению положения тела, для них характерны чрезмерный мышечный ответ и повышенная жесткость суставов, не дающие достаточно эффективной амортизации [4]. При попытке резко изменить позу (поднять стопу) в ответ на визуальный стимул пациенты пожилого возраста демонстрируют замедленную реакцию, чаще при подготовке к шагу ошибочно смещают массу тела, причем временные различия снижаются, если из анализа исключить подготовительный компонент. Соответственно, замедленная реакция связана не только с общим замедлением, но и с неправильной предварительной подготовкой к движению [5]. Помимо увеличения времени реакции, на снижение устойчивости у пожилых людей оказывает влияние увеличение времени торможения. В экспериментальных условиях при серии движений «назад-вперед» пожилые участники продемонстрировали увеличение скорости движения вперед (второго движения) для компенсации общего замедления. Кроме того значительно изменялась стратегия управления движением, что вело к замедлению торможения. Соответственно, попытка адаптации к общей замедленности может приводить к увеличению неустойчивости [6].

Для профилактики и снижения риска падений у пожилых пациентов необходимо проведение реабилитационных мероприятий. Технологический прогресс последних двух десятилетий привнес в рутинную реабилитацию немало высокотехнологичных реабилитационных методов. Многие из них уже обладают существенной доказательной базой: роботизированные технологии, экзоскелетные системы, нейроинтерфейсы, неинвазивные методы стимуляции головного мозга и др. [712]. В условиях избыточности технологий особенно важным становится персонифицированный подход к выбору методов реабилитации, оценки эффективности реабилитационных мероприятий, а также разработки предикторов эффективности как при использовании конкретного метода, так и всего процесса в целом [13]. В рамках такого подхода особый интерес представляют методики, позволяющие определять потенциальную эффективность определенного комплекса реабилитационных мероприятий для конкретного пациента. Таким образом, целью настоящего исследования было определить влияние комбинированной тренировки равновесия и скорости реакции на постуральные и психофизиологические показатели.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

В исследование было включено 24 пациента с диагнозом ХИГМ: 5 мужчин и 19 женщин. Медиана возраста составила 66 лет (61; 72).

Критерии включения в исследование: пациенты мужского и женского пола в возрасте 60–80 лет; диагноз ХИГМ. Критерии исключения: грубое нарушение зрения, не позволяющее различать изображения на экране прибора; выраженные когнитивные нарушения, затрудняющие выполнение инструкций, значение по Монреальской шкале оценки когнитивных функций (Montreal Cognitive Assessment — MoCA) менее 20 баллов; грубая сенсорная или моторная афазия; наличие других заболеваний, приводящих к нарушению статического и динамического равновесия.

Курс реабилитации проводили на системе виртуальной реальности Rehabunculus («Интеллект и Инновации»; Россия) на базе бесконтактного сенсора Kinect (Microsoft; США.).

Продолжительность курса составила 10 дней, по 5 дней в неделю, длительность одной тренировочной сессии — 30 мин. Курс тренировок включал ряд упражнений, направленных на развитие функции поддержания статического и динамического равновесия и скорости реакции, такие как «Дартс», «Перешагивание через планку» для левой и правой ноги, «Уклонение», «Вышибалы», «Футбол» для левой и правой ног, «Пятнашки» [14].

Оценку психофизиологических параметров проводили на УПФТ-1/30 «Психофизиолог» («Медиком МТД»; Россия). В батарею тестов были включены следующие.

  1. Тест простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР). В ответ на зрительный стимул (загоревшийся светодиодный индикатор на корпусе пульта) необходимо было как можно быстрее нажать рабочей рукой кнопку «да» или «нет».
  2. Тест сложной зрительно-моторной реакции (СЗМР). В данном тесте от пациента требовалось как можно быстрее нажать одну из кнопок в ответ на аналогичный зрительный стимул (красный — «нет», зеленый — «да»).
  3. Тест простой зрительно-моторной реакции на движение стрелки (ПЗМР-ДС). В данном тесте от пациента требовалось как можно быстрее нажать рабочей рукой кнопку «да» или «нет» в ответ на начало движения стрелки на «циферблате» модуля психомоторных тестов.
  4. Тест простой слухо-моторной реакции (ПСМР). Тестирование проводили без наушников, громкий звуковой стимул шел из корпуса прибора, пациенту необходимо было как можно быстрее нажать рабочей рукой кнопку «да» или «нет» в ответ на стимул.
  5. Тест сложной зрительно-моторной реакции на световую комбинацию (СЗМР-СК). От пациента требовалось как можно быстрее нажать рабочей рукой кнопку «да» или «нет» в ответ на определенную трехцветную комбинацию загоревшихся лампочек на корпусе модуля психомоторных тестов (крайняя левая лампочка зеленая, крайняя правая — красная).
  6. Тест функциональной подвижности нервных процессов (ФПНП). Тест ФПНП подразумевал нажатие кнопки «да» на красный стимул, «нет» — на зеленый и пропуск желтого стимула быстро мигающей средней лампочки на корпусе модуля психомоторных тестов.
  7. Тест реакции на движущийся объект (РДО). При выполнении этого теста от пациента требовалось нажать рабочей рукой кнопки «да» или «нет» для остановки движущейся в произвольную сторону стрелки напротив загоревшейся лампочки на «циферблате».

Общая длительность психофизиологического тестирования составляла 30 мин. Перед каждым тестом пациента инструктировали и получали от него вербальное подтверждение понимания требований. Пациент располагал пальцы обеих рук в удобном положении над кнопками прибора. Стимулы подавали неритмично для исключения приспособления.

Для оценки функции статического и динамического равновесия пациентов до и после курса тренировок применяли стабилометрический анализ на комплексе «Стабилан-01-2» (ЗАО ОКБ «РИТМ»; Россия), анализировали по шкале баланса Берг [15].

Статистическую обработку результатов проводили с помощью критериев Манна–Уитни (при сравнении независимых выборок), Уилкоксона (при сравнении зависимых выборок), коэффициента корреляции Спирмена, на персональном компьютере с применением пакета прикладных программ Statistica v. 7.0 (StatSoft; США). Данные представляли в виде медианы и квартилей (25, 75%) медианы. Статистически значимыми считали различия при р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Влияние тренировок в виртуальной реальности на функцию равновесия у пожилых пациентов

При анализе изменений по шкале баланса Берг были получены следующие результаты: медиана показателя увеличилась на 3 балла (p < 0,05) и составила до реабилитации 50 [45; 54] после реабилитации 53 [52; 55] балла. При этом начальный показатель по шкале баланса Берг отрицательно коррелировал с изменением этого же показателя (коэффициент корреляции равен –0,823 при р = 0,000005).

Для анализа стабилометрии использовали стандартные показатели с расшифровкой для каждого из них (табл. 1).

При анализе теста Ромберга были получены следующие результаты. После тренировок происходили значимое (p < 0,05) уменьшение коэффициента Ромберга (KoefRomb) (рис. 1), увеличение показателя длины в зависимости от площади с закрытыми глазами (LFS_с) и корреляционной зависимости между положением ЦД в сагиттальной плоскости относительно межлодыжечной линии и скоростью перемещения ЦД с открытыми глазами (VFY_о).

Среди стабилометрических показателей при проведении теста с открытыми глазами было получено значимое (p < 0,05) увеличение средней скорости перемещения центра давления (V_о), увеличение индекса скорости (IV_о), увеличение нормированной по времени длины кривой статокинезиограммы по оси У (LУ_о), уменьшение качества функции равновесия (КФР_о), увеличение нормированной площади векторограммы (НПВ_о), увеличение средней линейной скорости (ЛСС_о), особенно в сагиттальной плоскости (ЛСС_о_саг), тенденция к увеличению оценки движения (OD_o) (p = 0,055), увеличению нормированной по времени длины кривой статокинезиограммы по оси Х (LX_о) (p = 0,058). 

Среди стабилометрических показателей при проведении теста с закрытыми глазами было получено значимое (p < 0,05) увеличение оценки движения (OD_c), увеличение комплексного коэффициента (LFS_с), увеличение коэффициента резкого изменения направления движения вектора (КРИНД_с), увеличение средней угловой скорости (УСС_с), увеличение средней амплитуды вариации угловой скорости (АВУС_с), увеличение коэффициента асимметрии угловой скорости (КАУС_с), увеличение накопленного угла смещения векторов (НУС_с). 

При анализе теста на устойчивость получено значимое (p < 0,05) увеличение площади зоны перемещений (SZone) (рис. 2), увеличение смещения по фронтали (МО) (p < 0,01), увеличение среднего разброса отклонения центра давления (R), увеличение средней скорости перемещения центра давления (V), увеличение скорости изменения площади статокинезиограммы (SV), увеличение индекса скорости (IV), уменьшение коэффициента асимметрии относительно смещения (фронталь) (KAssM(х)), увеличение средней линейной скорости (ЛСС), увеличение накопленного угла смещения векторов (НУС_с).

Влияние тренировок в виртуальной реальности на психофизиологические показатели у пожилых пациентов

Тестирование простой зрительно-моторной реакции показало тенденцию (p = 0,052) к уменьшению среднего времени реакции (ПЗМР_МО) и тенденцию (p = 0,061) к уменьшению среднеквадратичного отклонения времени реакции (ПЗМР_SD). Статистический анализ показал тенденцию (p = 0,069) к увеличению интегрального показателя надежности (ПЗМР_ИПН) на фоне тренировок.

При тестировании сложной зрительно-моторной реакции выявлено значимое (p < 0,05) увеличение уровня сенсомоторных реакций (СЗМР_УАЦНС) и оценки уровня сенсомоторных реакций (СЗМР_Р), и увеличение амплитуды моды времени реакции, отражающей процент максимальных значений скорости реакции (СЗМР_AMODA).

Изменения простой зрительно-моторной реакции на движение стрелки после реабилитации показало тенденцию (p = 0,053) к увеличению интегрального показателя надежности (ПЗМРДС_ИПН). 

Наиболее значимые изменения обнаружены в показателях простой слухо-моторной реакции (p < 0,05): увеличился интегральный показатель надежности (ПСМР_ ИПН), уменьшилось среднее время реакции (ПСМР_МО) (рис. 3), медиана (ПСМР_Ме).

При тестировании реакции на движущийся объект произошли значимое (p < 0,01) увеличение числа (РДО_ ЧОР) и процента опережений (РДО_ПОР), уменьшение числа (РДО_ЧП) и процента пропусков (РДО_ППР) (табл. 2).

Тестирования функциональной подвижности нервных процессов и сложной зрительно-моторной реакции на световую комбинацию не выявили значимых изменений на фоне тренировок.

По результатам корреляционного анализа обнаружено, что начальные показатели числа запаздываний РДО и процента запаздываний РДО положительно коррелируют с изменениями КАУС (r = 0,53; p < 0,05) и НУС (r = 0,57; p < 0,05) в тесте Ромберга с закрытыми глазами. Изменение коэффициента асимметрии угловой скорости и накопления угловой скорости показывает, что пациентам с изначально худшими показателями реакции на движущийся объект требовалось чаще и в большей степени корректировать положение ЦМ для поддержания равновесия.

Изменение показателя по шкале баланса Берг значимо (p < 0,05) коррелировало с начальным интегральным показателем надежности ПСМР (ПСМР_ИПН), уровнем активации ЦНС (ПСМР_КАЦНС), оценкой уровня активации ЦНС (ПСМР_ОУАЦНС), номером квадрата классификации (ПСМР_НКК), средним временем ПСМР (ПСМР_МО), уровнем быстродействия (ПСМР_Убыстр), оценкой быстродействия (ПСМР_ОБ), средним квадратичным отклонением скорости (ПСМР_СКО), медианой времени ПСМР (ПСМР_Ме), модой времени ПСМР (ПСМР_Мо), максимальным временем ПСМР (ПСМР_МахВ) (табл. 3).

Наблюдаемые корреляционные связи, вероятно, связаны с тем, что наибольшее изменение по шкале баланса Берг показывали пациенты с худшими начальными показателями равновесия, и эти же пациенты демонстрировали худшее начальное состояние ЦНС по результатам ПСМР.

Корреляционной связи изменений психофизиологических показателей с динамикой изменений равновесия на фоне тренировок по данным теста Ромберга и теста устойчивости выявлено не было.

Изменение показателя по шкале баланса Берг значимо (p < 0,05) коррелировало с изменением интегрального показателя надежности ПСМР (r = 0,72; p < 0,05), изменением среднего времени реакции (r = –0,73, p < 0,05) и изменением медианы ПСМР (r = –0,69; p < 0,05).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Анализ результатов стабилометрии позволил сделать следующие выводы: по данным изменения коэффициента Ромберга пациенты стали меньше ориентироваться на зрение при поддержании равновесия и начали использовать в качестве основной стратегии поддержания равновесия проприоцептивное чувство. Данные изменения можно объяснить использованием биологической обратной связи в виртуальном пространстве, что требовало от пациентов сопоставления проприоцептивной информации с текущим положением ЦД, отображаемым на экране. Отображение на экране во время тренировок трехмерного аватара с видом от третьего лица не только позволяло использовать в качестве источника обратной связи вид горизонта виртуального пространства, но и способствовало тренировке проприоцептивной чувствительности.

Увеличение плотности статокинезиограммы (LFS_с) указывает на большую концентрацию положений ЦМ на меньшей площади, что говорит об улучшении функции поддержания равновесия. Изменение значения показателя корреляционной зависимости между положением ЦД в сагиттальной плоскости относительно межлодыжечной линии и скоростью перемещения ЦД (VFY) с отрицательных значений на положительные связано с изменением стратегии поддержания баланса. Положительные значения этого показателя указывают на уменьшение напряженности трехглавой мышцы голени и на смещение ЦД вперед, что соответствует более физиологичой стратегии.

Увеличение скоростных показателей теста Ромберга связано с уменьшением ригидности пациентов и переходом от компенсаторной стратегии поддержания равновесия к более физиологичной по сравнению с состоянием до тренировок. Отказ от компенсаторной стратегии поддержания равновесия являлся необходимой мерой для обеспечения достаточной степени свободы перемещения ЦМ с целью улучшения устойчивости. Изменения стабилометрических показателей теста на устойчивость указывают на улучшение двигательного контроля после курса тренировок. Пациенты стали значимо легче перемещать ЦД по большей площади и с большей скоростью [16, 17].

Увеличение итогового показателя по шкале баланса Берг говорит об общем улучшении статического и динамического, а также функционального баланса после терапии. Пациенты, изначально имевшие худшие результаты, продемонстрировали наибольшее изменение в процессе тренировок.

Таким образом, десятидневный курс тренировок положительно повлиял на функцию равновесия у пациентов с ХИГМ, что соотносится с данными предыдущих исследований [1820] и подтверждает предположение об эффективности ВР для тренировки функции равновесия [21].

Результаты психофизиологического тестирования показали, что тренировки в системе ВР ведут к уменьшению среднего времени ПСМР и ПЗМР, а также увеличению интегрального показателя надежности тестирования. Интегральный показатель надежности (ИПН) позволяет в процентном отношении оценить число допущенных ошибок во время каждого ответа. ИПН рассчитывают как среднее коэффициентов надежности (КН1) каждого ответа. При исследовании сложных сенсомоторных реакций не было получено результатов в отношении времени реакции, но было уменьшено число ошибок разного рода и получены данные об улучшении функционального состояния ЦНС. Сложные реакции, рассматриваемые в нашем исследовании, относились к реакциям как распознавания, так и выбора. Не все типы тестов показали достоверные изменения после курсов тренировок: тестирования функциональной подвижности нервных процессов и сложной зрительно-моторной реакции на световую комбинацию не показали значимых изменений результатов. Это, вероятно, связано с тем, что данные тесты были наиболее сложными из всей батареи и требовали значительного вовлечения когнитивных резервов. Увеличение скорости реакции согласуется с литературными данными [2224], однако мнения расходятся: ряд исследователей получили ухудшение показателей времени реакции [25], другие не отметили влияния тренировок на скорость реакции [26]. Насколько нам известно, ни одна исследовательская группа не анализировала взаимосвязь тренировок в системе ВР с надежностью тестирования, ошибочными реакциями и аналогичными показателями. Вероятно, это обусловлено особенностями прибора, на котором проводили тестирование.

Пациенты, продемонстрировавшие большее улучшение показателя по шкале Берг (т. е. пациенты в изначально худшем состоянии), показали большее улучшение интегрального показателя надежности ПСМР, средней скорости и медианы ПСМР. Это свидетельствует об эффективности реабилитационной программы как в отношении баланса, так и в отношении когнитивной составляющей, а также демонстрирует некоторую предиктивную силу теста ПСМР. Интегральный показатель надежности и средняя скорость ПСМР позволяют выявить пациентов в худшем начальном состоянии, для которых ВР-реабилитация будет высокоэффективна.

Как известно, поддержание баланса зависит от афферентативной интеграции зрительной, вестибулярной и проприоцептивной систем. Слуховой системе не приписывают подобную вспомогательную роль, несмотря на ее способность обеспечивать пространственные ориентиры с чрезвычайной скоростью и точностью [27]. Тем не менее ряд авторов предполагают, что слуховые стимулы могут играть возрастающую роль, если одна из задействованных систем нарушена [28]. Наличие корреляционной связи изменений скорости слухомоторной реакции и динамики функции равновесия на фоне тренировок может быть обусловлено повышением роли аудиальной афферентации в рамках изменения компенсаторной стратегии.

На данном этапе не было получено однозначных данных о наличии единственного предиктора моторного восстановления, однако как один из возможных вариантов может быть рассмотрен тест ПСМР. Вероятно, отсутствие единого предиктора связано с разнородностью механизмов нарушения равновесия в группе пациентов. Помимо когнитивных нарушений к ухудшению баланса могут вести саркопения, моторные дефициты, проприоцептивные нарушения и др.

Для детализации требуется дальнейшее исследование большего числа пациентов и формирования групп с однородной причиной нарушения равновесия. Больший объем выборки и анализ вестибулярной функции с учетом физиологических особенностей испытуемых позволят выделить различные паттерны нарушений равновесия и разработать инструмент определения мишеней реабилитационного воздействия при тренировках равновесия.

ВЫВОДЫ

На основании предварительных данных проведенного исследования можно сделать следующие выводы: 1) нарушения равновесия у пожилых пациентов могут быть обусловлены как нарушением процессов активации и ингибирования ЦНС, так и постуральными и двигательными нарушениями; 2) комбинированная тренировка равновесия         и             скорости              реакции               в виртуальной среде является эффективным методом реабилитации пожилых пациентов, способствующим развитию как статического, так и динамического равновесия; тренировки способствуют также переходу от компенсаторной стратегии поддержания равновесия к более физиологичной с точки зрения биомеханики; 3) тренировки равновесия и устойчивости с применением технологий виртуальной реальности позволяют улучшить не только навык поддержания равновесия, но и процессы активации ЦНС, в то же время стимулируя пациентов к использованию дополнительных афферентных источников для поддержания равновесия; 4) для пациентов с выраженными нарушениями равновесия, проходящих курс тренировок с обратной связью в виртуальной среде, характерно более значительное увеличение точности и скорости реагирования на зрительный и слуховой стимул. Таким образом, комбинированная тренировка равновесия и скорости реакции в виртуальной среде может стать эффективным методом реабилитации, однако для выявления достоверных психофизиологических и стабилометрических        предикторов       требуется продолжение исследования с разделением пациентов на группы в зависимости от причины и степени нарушения равновесия.

КОММЕНТАРИИ (0)