Научная проблема, на решение которой направлен проект

Проект направлен на решение актуальной социально значимой проблемы детей с заболеванием ДЦП – создание методов физической реабилитации, обучение основным двигательным навыкам, сохранения здоровья, повышение социальной адаптации детей с заболеванием ДЦП на основе исследования биомеханических закономерностей движения.

Актуальность научной проблемы исследования

Детский церебральный паралич (ДЦП) занимает в настоящее время одно из ведущих мест в структуре детской инвалидности. По данным Минздрава за 2010 год больных детским церебральным параличом в России насчитывается более 70 тысяч детей в возрасте до 14 лет и с каждым годом это количество растёт.

Социальная значимость и важность этой проблемы достаточно велика. ДЦП не только вызывает задержку или патологию умственного развития, речевую недостаточность, нарушение слуха и зрения, но и ведёт к двигательным нарушениям, так как является сложным заболеванием центральной нервной системы, что отрицательно сказывается на социальной адаптации больных ДЦП.

Одно из основных проявлений ДЦП - нарушение локомоторной функции, так как в основе этого заболевания лежит органическое повреждение нервной системы плода. Нарушения локомоторной функции носят характер патологических стереотипов позы и ходьбы. Они формируются на основе сохраняющих свою патологическую активность тонических рефлексов.

На сегодняшний день существует большое количество методик восстановительного лечения больных с ДЦП. Но их эффективность недостаточна, так как не даёт ожидаемой положительной динамики. Поэтому необходимость дальнейших разработок в этой области остаётся актуальной.

Одна из основных физиологических составляющих нормального формирования и развития организма у детей - это движение. Благодаря ему развиваются все зоны коры больших полушарий мозга, координация межцентральных связей, коррекция и компенсация недостатков в физическом и психическом развитии, формируются двигательные взаимодействия анализаторных систем и познавательных процессов. Движение - это необходимое условие жизнеобеспечения организма, а также средство и метод поддержания его работоспособности.

Основным клиническим синдромом детских церебральных параличей (ДЦП) являются двигательные нарушения.

В связи с этим, наше исследование направлено на создание методов физической реабилитации, обучение основному двигательному навыку-ходьбе на основе исследования биомеханических закономерностей основных двигательных навыков у детей с ДЦП.

Для изучения биомеханических особенностей опорно-двигательного аппарата широко используются законы биомеханики. Биомеханика изучает законы положения тела человека в норме и патологии. При стоянии, сидении, беге, ходьбе (осанку, расположение центра тяжести, определение площади опоры, способы замыкания суставов и характер приспособительных процессов для удержания центра тяжести в пределах площади опоры при различной патологии костей и суставов); принципы выбора лечебных (профилактических) мероприятий с учетом биомеханического единства опорно-двигательного аппарата.

Основной задачей объективной оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата для практикующих врачей является разработка основных принципов лечения и реабилитации конкретного заболевания. Тогда как, применение физиологических методов (метод компьютерной стабилографии, электромиографии, реографии, метод отслеживания движения - Motion Tracking) исследования опорно-двигательного аппарата позволит выявить особенности двигательной активности и способов ее компенсации другими системами, а так же установить принципы регуляции механизмов движений у лиц с ограниченными возможностями, что повысит не только уровень объективных исследований, но и даст возможность разработать новые принципы реабилитации людей с ограниченными возможностями, направленные на обучение основному двигательному навыку-ходьбе.

Научная новизна исследования

Впервые будут разработаны и внедрены методы физической реабилитации детей ДЦП, направленные на обучение ходьбе, разработанные на основе исследования биомеханических закономерностей двигательных навыков. Контроль состояния здоровья и эффективности используемых методик будет осуществляться методами реографии, электромиографии, методом отслеживания движения - Motion Tracking, а также методом изучения биомеханики работы стопы с помощью тензоплатформы, что позволит оценить функциональное состояние опорно-двигательного аппарата.

Анализ современного состояния исследований по научной проблеме проекта

В обширной литературе, посвященной ДЦП, работы по изучению структуры локомоции долгое время занимали весьма скромное место. В основном, это были электромиографические исследования деятельности мышц при ходьбе до и после различных оперативных вмешательств. Лишь в последние десятилетия появились ряд фундаментальных исследований, но и они направлены, в основном, на биомеханическое обоснование хирургической коррекции позы и ходьбы больных ДЦП.

Однако, в современной научной литературе отсутствуют данные о разработанных методах физической реабилитации детей с ДЦП, направленные на обучение ходьбе, основанных на изучении закономерностей биомеханики движения. Также, в современных научных исследованиях не представлены работы, направленные на решение проблемы сохранения здоровья и увеличения социальной адаптации детей с ДЦП.

Применяемые в исследовании методологические принципы

В качестве объекта исследования будут выбраны дети с ДЦП в форме спастическая диплегия (n=100) в возрасте от 8 лет до 12 лет, проходящие лечение и адаптацию в ОГКУ «Реабилитационный Центр для детей и подростков с ограниченными возможностями», ЗАТО Северск. Первую группу будут составлять дети с легкой формой спастической диплегии (n=50), вторую группу составят дети с тяжелой формой спастической диплегии (n=50). Контрольная группа будет включать 20 детей того же возраста, не страдающих ДЦП.

Исследования тех же детей будут проводиться дважды. В 2015 году будут проведены биомеханические исследования, на основе которых будет разработаны методики физической реабилитации детей с ДЦП обеих групп, направленные на обучение основным двигательным навыкам.

В 2016 году будут проведены те же исследования на тех же детях, по результатам которых будет проведен контроль эффективности предложенных методик, так же, в случае необходимости, будет проведена коррекция разработанных методов физической реабилитации детей с ДЦП.

Предлагаемые методы, методики, инструментарий

Для решения поставленных задач планируется использовать следующие методы:

I. Метод реографии - это метод исследования общего и регионарного кровообращения, основанный на графической регистрации изменений электрического сопротивления тканей, возникающих при прохождении по ним пульсовой волны.

Метод реографии, благодаря своей простоте, относительно высокой информативности, безопасности и доступности, в последние годы получил широкое распространение в клинической практике. Метод дает возможность неинвазивного исследования гемодинамики практически любого органа или части тела. Реография позволяет изучить особенности артериального кровенаполнения органа или конечности, оценить состояние артериального тонуса, венозного оттока и коллатерального кровообращения, а также некоторых показателей центральной гемодинамики.

В ходе исследования оцениваются следующие показатели:

1. Реографический индекс (РИ) — отношение максимальной амплитуды систолической волны к высоте калибровочного импульса (Аарт/К). Этот показатель характеризует величину суммарного кровенаполнения исследуемой области.

2. Амплитуда реограммы в момент достижения максимальной скорости подъема кривой (Асист), а также ее отношение ко времени этого подъема (Асист /a1). Эти два показателя отражают величину и скорость кровенаполнения артерии изучаемого участка тела.

3. Максимальная амплитуда первой производной реограммы (А диф/max).

4. Систоло-диастолический показатель — отношение амплитуды систолической волны реограммы к максимальной амплитуде ее диастолической части (Аарт /Адикр). Этот показатель косвенно характеризует состояние венозного оттока.

5. Индекс эластичности (ИЭ) — отношение максимальной амплитуды систолической волны к ее амплитуде в конце периода наполнения сосудистой области (Аарт/Авен). Это отношение является косвенным показателем эластичности сосудистой стенки.

6. Индекс тонуса (ИТ) — отношение амплитуды реограммы в нижней точке инцизуры к максимальной амплитуде систолической волны (Аинц/Аарт) — отражает величину тонуса сосудистой стенки и хорошо коррелирует с величиной общего периферического сопротивления.

7. Временной интервал Qх (время от начала комплекса QRS ЭКГ до начала анакротического подъема систолической волны реограммы), который характеризует скорость распространения пульсовой волны.

II. Метод электромиографии (ЭМГ). Это метод диагностики, основанный на регистрации и анализе биоэлектрической активности мышечных и периферических нервных волокон, как спонтанной, отражающей состояние их в покое и при мышечном напряжении, так и вызванной, т. е. обусловленной электрической стимуляцией нерва или мышцы различной интенсивности и частоты. Мы будем использовать интерференционную и стимуляционную ЭМГ. Интерференционная ЭМГ позволяет получить информацию о состоянии мышцы, сделать предположение об уровне поражения, в том числе о наличии экстрапирамидной патологии. Сущность методики состоит в регистрации биоэлектрической активности мышцы при помощи накожных электродов.

Стимуляционная ЭМГ основана на анализе вызванных электрических ответов мышцы, полученных путем прямой или непрямой электрической стимуляции периферического нерва. Применяется электрическая стимуляция нервного ствола с последующей регистрацией и анализом вызванного потенциала, отводимых с иннервируемой им мышцы или непосредственно с самого нервного ствола. Современная аппаратура позволяет регистрировать потенциал действия нерва, а также мышечные потенциалы — М-ответ, Н-рефлекс, F-волну и некоторые другие.

III. Метод отслеживания движения (Motion Tracking).

Данный метод используется для анализа ориентации звеньев тела, их местоположения в пространстве и отношения к опоре. Пространственные перемещения звеньев тела регистрируются с помощью видеокамеры Vision Research Phantom Mire eX2. Съемка проводится со скоростью 100 кадров в секунду. Полученные данные обрабатываются и проанализируются в программе StarTraceTracker 1.1 VideoMotion®.

Аппаратно-программный комплекс StarTraceTracker разработан на основе технологии бесконтактного исследования видеоряда движений биологического объекта для количественной оценки функций его двигательного аппарата. Компьютерный анализ видеоряда позволяет с высокой точностью диагностировать различные виды патологии функции опорно-двигательного аппарата, а также осуществлять целенаправленную коррекцию и оптимизацию двигательного стереотипа.

Комплекс предназначен для использования в качестве инструмента изучения двигательной деятельности, прежде всего локомоций, в различных областях нейрофизиологии, реабилитологии, травматологии и ортопедии, космической медицины, физиологии, психологии и спорта.

Программный модуль Traker позволяет создать модель исследования биомеханической системы, построить проекты изучения двигательных актов конкретных испытуемых с анализом линейных и угловых кинематических профилей и их производных.

IV. Метод изучения работы стопы с помощью тензоплатформы.

Для изучения биомеханики работы стопы при выполнении движения используют тензоплатформу. Тензоплатформа – это многокомпонентная силовая платформа с алюминиевой защитной панелью для измерения сил реакции опоры, момента и центра давления в прыжке и анализа координации. Тензоплатформа, фиксируя точки давления на своей поверхности, позволяет составить детальную картину о работе стопы. Распределение веса, подъем, ротацию. Данная технология позволяет с высокой точностью диагностировать различные виды патологии функций опорно-двигательного аппарата, а так же осуществлять целенаправленную коррекцию и оптимизацию двигательного стереотипа. Явным преимуществом данного метода, является отсутствие на теле испытуемого устройств, которые могли бы ограничить его свободное перемещение. Использование системы захвата движений позволяет получать объективные и точные количественные данные, а так же наглядно отображать результаты исследования в удобной для пользователя форме.

Потенциальные возможности использования результатов исследования при решении прикладных задач

Выявленные биомеханические закономерности двигательных навыков у детей с ДЦП в форме спастическая диплегия позволят разработать методики физической реабилитации, направленные на обучение основным двигательным навыкам, в том числе и ходьбе.