Функциональная электростимуляция в комбинации с фармакотерапией в нейрореабилитации при церебральных ишемиях и болевых синдромах

Введение

Функциональная электростимуляция (ФЭС) – развивающийся метод лечения, который призван помочь улучшить качество жизни людей с различными неврологическими и скелетно-мышечными заболеваниями. ФЭС представляет собой метод физиотерапии, основанный на применении электрического тока для активации мышц и нервной системы [1]. В процессе ФЭС электроды накладываются на кожу вблизи целевых мышц, после чего через электроды подается импульсный электрический ток определенной амплитуды, частоты и длительности. Этот ток вызывает деполяризацию мембран мышечных волокон и генерацию аксональных потенциалов, что приводит к сокращению мышц [2, 3].

ФЭС может быть применена как изолированная методика, но чаще используется совместно с фармакотерапией в реабилитационном процессе для достижения различных целей, включая укрепление мышц, улучшение кровообращения, снятие боли и восстановление функциональной активности после травмы или хирургического вмешательства. Этот метод активации мышц может быть полезен пациентам с мышечной слабостью, параличом, болевым синдромом и нарушениями двигательных функций [4].

Механизм действия ФЭС заключается в активации моторных нервных волокон и, как следствие, сокращении соответствующих мышц. Это способствует улучшению мышечного тонуса, силы и выносливости, а также улучшению координации движений [5]. Кроме того, ФЭС улучшает кровообращение в области применения и снижает выраженность боли [6].

Нейрофизиологические основы функциональной электростимуляции

ФЭС основана на принципах нейрофизиологии, регулирующих работу нервно-мышечной системы. При ФЭС электрические стимулы искусственно активируют нервы, заставляя мышцы сокращаться. Перечислим ключевые этапы нейрофизиологических процессов, лежащих в основе ФЭС:

• стимуляция. Электрические импульсы, генерируемые стимулятором ФЭС, подаются на электроды, расположенные на коже над целевыми мышцами;
• нейрональная активация. Данные импульсы проходят через кожу и опосредованно через нервную ткань передают стимул на мотонейроны в спинном мозге;
• нейромышечная передача. Активированные мотонейроны посылают сигналы по двигательным нервам к целевым мышцам;
• сокращение мышц. Сигналы от мотонейронов вызывают деполяризацию мембран мышечных волокон, что приводит к их сокращению;
• движение. Сокращение целевых мышц приводит к видимому движению конечности или другой части тела [7, 8].

Эффективность ФЭС зависит от нескольких параметров, в том числе:

• места стимуляции: электроды должны быть расположены точно над целевыми мышцами;
• параметров стимуляции: сила, продолжительность и частота импульсов должны быть персонифицированно подобраны для активации мышц пациента без причинения дискомфорта или повреждения тканей;
• анатомического состояния нервно-мышечной системы: ФЭС может быть менее эффективна при определенных группах заболеваний, патогенетической основой которых являются повреждения нервной либо мышечной ткани [9].

Принцип действия ФЭС основан на трех ключевых факторах:

• нейропластичности. Повторная ФЭС может привести к нейропластическим изменениям в нервно-мышечной системе, улучшая и потенцируя эффективность стимуляции со временем;
• модуляции функционирования мотонейронов. ФЭС может модулировать активность мотонейронов, влияя на их возбудимость и синхронизацию;
• афферентном кортикальном влиянии. ФЭС может влиять на активность корковых областей мозга, связанных с движением, улучшая контроль и координацию движений [10].

Цель – проанализировать современные данные о ФЭС при различных заболеваниях на основании работ, опубликованных в ведущих международных научных журналах.

Материал и методы

Проанализированы исследования, опубликованные в российских и международных научных журналах, научных библиотеках (Scopus, PubMed, Web of Science, Google Scholar и др.). В статье представлены актуальные сведения о достижениях в области ФЭС, полученные в исследованиях последних лет. Особое внимание уделено новым методикам ФЭС, позволяющим повысить эффективность лечения и расширить спектр его применения в целях нейрореабилитации.

Данная статья представляет интерес для широкого круга специалистов, занимающихся вопросами восстановительной медицины, неврологии, нейрохирургии, физиотерапии и реабилитации. Полученные сведения могут быть использованы для разработки новых протоколов лечения, оптимизации применения ФЭС в клинической практике и улучшения качества жизни пациентов.

Нейроадаптивная ФЭС

Принцип действия нейроадаптивной ФЭС (НФЭС) основан на доставке электрических импульсов к целевым мышцам и нервам через электроды, размещенные на коже. Данные импульсы имитируют сигналы, аналогичные тем, которые генерируются в передних рогах спинного мозга для активации скелетной мускулатуры. НФЭС означает, что стимуляция адаптируется к потребностям конкретного человека. Это достигается с помощью электромиографии (регистрируемая информация используется для корректировки интенсивности, частоты, продолжительности и формы стимуляции, чтобы обеспечить оптимальную активацию целевых мышц), алгоритмов машинного обучения (позволяют автоматически подстраивать параметры стимуляции с учетом ответа на нейромышечную активность пациента в режиме реального времени), индивидуального подхода (помогает подобрать более точную и эффективную стимуляцию, оптимизированную под индивидуальные потребности пациента) [11].

L. Romera-De Francisco и соавт. [12] провели обзор десяти клинических исследований и одного систематического обзора с метаанализом, чтобы оценить эффективность ФЭС у пациентов после церебрального инсульта. Авторы проанализировали различные типы ФЭС, включая нейромышечную электростимуляцию, транскраниальную магнитную стимуляцию и глубокую стимуляцию головного мозга. В результате проведенного анализа были сделаны следующие выводы:

• ФЭС может улучшить качество жизни, двигательные навыки и походку пациентов с инсультом;
• НФЭС для восстановления руки после инсульта ассоциируется со значительным улучшением функции руки по сравнению с традиционной ФЭС;
• наилучшие результаты наблюдаются при использовании ФЭС с другими методами физиотерапии;
• ФЭС наиболее эффективна, если применяется к нескольким группам мышц и активируется движениями в конечностях.

Согласно Международной классификации болезней 11-го пересмотра, хроническая боль является отдельным заболеванием. H. Knotkova и соавт. [13] проанализировали 23 исследования, опубликованных в период 2000–2020 гг., где в общей сложности были описаны 500 клинических случаев пациентов с хронической болью различного генеза. Данные были изучены и систематизированы с использованием метаанализа для оценки влияния эффекта НФЭС на интенсивность боли и качест­во жизни пациентов. Показано, что НФЭС значительно эффективнее плацебо для уменьшения интенсивности боли (средняя разница  – 1,38 единиц по визуальной аналоговой шкале боли) и улучшения качества жизни (средняя разница – 0,54 единицы по шкале SF-36). Полученные результаты позволяют сделать вывод, что НФЭС – эффективный и безопасный метод лечения хронической боли различного происхождения и может быть использована в качестве альтернативы или дополнения к другим методам лечения, таким как лекарст­венная терапия и стандартная физиотерапия.

ФЭС с биологической обратной связью

Функциональная электростимуляция с биологической обратной связью (ФЭС-БОС) – это комплексный метод реабилитации, сочетающий в себе ФЭС и БОС для восстановления функций у пациентов с различным двигательным дефицитом. БОС предоставляет пациенту информацию о его собственной физиологической активности в режиме реального времени. Данная информация обычно касается электрической активности мышц, оцениваемой с помощью электромиографии, в результате чего пациент наблюдает свою мышечную активность на мониторе или ощущает ее через вибрацию или звуковые сигналы. Преимущества БОС состоят в том, что при ее проведении визуализируется нейромышечная активность пациента в режиме реального времени, помогая ему контролировать и оптимизировать движения. Помимо этого БОС повышает приверженность пациента процессу реабилитации [14].

Эффективность БОС, ФЭС и комбинированной терапии БОС-ФЭС у пациентов с нарушениями ходьбы в результате развившейся после церебрального инсульта гемиплегии изучали D. Cozean и соавт. [15]. По дизайну исследование было рандомизированным контролируемым и включало четыре группы: контрольную, пациенты которой не получали никакого лечения, группу ФЭС, где больные получали ФЭС нижних конечностей, группу БОС (целевыми мышцами для работы с миоэлектричес­кой активностью стали квадрицепсы и мышцы-разгибатели голеностопного сустава) и группу БОС-ФЭС, пациенты которой получали комбинированную терапию БОС-ФЭС. Продолжительность терапии в каждой группе составила 30 сеансов по 30 минут. Эффективность реабилитации оценивали до начала лечения, в конце курса и через шесть месяцев по окончании терапии. Для оценки использовались методы кинематического анализа походки (измерение углов сгибания колена и голеностопного сустава в фазе замаха), измерение скорости ходьбы с помощью секундомера, измерение продолжительности цикла ходьбы с помощью секундомера, определение симметрии фаз стойки (измерение продолжительности фаз стойки на каждой ноге с помощью секундомера). Статистический анализ полученных данных проводили методами ANOVA и с помощью парных t-тестов. Согласно результатам, группа БОС-ФЭС продемонстрировала значительное улучшение сгибания колена и голеностопного сустава в фазе замаха, скорости ходьбы, продолжительности цикла и симметрии фаз стойки. В группе, пациенты которой получали в качестве реабилитационного лечения только ФЭС, улучшились показатели сгибания колена и голеностопного сустава в фазе замаха и скорости ходьбы. В группе БОС значительно улучшились показатели сгибания колена в фазе замаха. В контрольной группе не выявлено значительных изменений по всем указанным параметрам. Время, прошедшее после инсульта, не влияло на результаты лечения ни в одной группе. Таким образом, комбинированная терапия БОС-ФЭС является наиболее эффективным методом лечения нарушений походки у пациентов с гемипарезом после перенесенного острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК). БОС и ФЭС, применяемые в качестве монотерапии, также показали положительные результаты.

L. Christiane и соавт. [16] в рандомизированном контролируемом исследовании (РКИ) отмечали эффективность комбинированной терапии, включавшей ФЭС и БОС, в улучшении функции ходьбы и двигательной функции у пациентов, перенесших церебральный инсульт. В исследовании участвовали пациенты после ОНМК, у которых наблюдались двигательные нарушения нижних конечностей. В процессе реабилитации электростимуляция применялась к мышцам ног для их активации, БОС была организована так, что пациенты получали информацию в режиме реального времени о своей мышечной активности посредством ЭМГ-датчиков, что позволяло им корректировать усилия и улучшать контроль над движениями. Оценка результатов проводилась до и после восьминедельного курса терапии. Пациенты группы ФЭС-БОС продемонст­рировали лучшие результаты по сравнению с пациентами контрольной группы: учитывались объективные показатели функции ходьбы (скорость ходьбы, длина шага, симметрия) и двигательные функции, оцененные клинически (сила мышц ног, амплитуда движений в голеностопном суставе, баланс).

Многоканальная ФЭС

Многоканальная функциональная электростимуляция (МФЭС) – метод лечения, который использует электрические импульсы для активации нескольких мышц или нервов одновременно. Ключевая особенность МФЭС заключается в том, что используется несколько независимых каналов стимуляции, что позволяет стимулировать определенную группу мышц одномоментно, имитируя естественные паттерны движения. Таким образом, МФЭС позволяет активировать несколько мышц, что обеспечивает более координированные и естественные движения [17].

В РКИ M. van Bloemendaal и соавт. [18] оценивали влияние десятинедельной программы тренировки ходьбы с использованием многоканальной МФЭС на восстановление симметрии и пространственно-временных параметров походки у пациентов, перенесших церебральный инсульт. В исследовании приняли участие 40 пациентов с дефицитом ходьбы, которые поступили в отделение реабилитации спустя 31 день после установленного диагноза ОНМК. Пациенты случайным образом были разделены на две равные группы. Пациентов первой группы лечили с использованием МФЭС-ассистированных тренировок ходьбы, пациентов второй – классическими тренировками ходьбы. МФЭС-ассистированная тренировка включала в себя применение МФЭС к мышцам голени и стопы во время ходьбы. Занятия проводились по 30 минут каждый рабочий день в течение десяти недель. Показатели оценивали на исходном уровне, спустя две недели и по истечении трех месяцев после завершения курса процедур. Основным показателем результативности было соотношение симметрии длины шага, которое представляет собой отношение длины шага пораженной конечности к длине шага здоровой конечности. Результаты показали, что МФЭС-ассистированная тренировка способствует значительному улучшению соотношения симметрии длины шага по сравнению с контрольной группой (p < 0,01). Значительных различий между группами в отношении других показателей, таких как скорость ходьбы, длина шага и время двойной опоры, не выявлено. Исследователи также провели анализ подгрупп, чтобы изучить влияние МФЭС-ассистированной тренировки на пациентов с различной степенью тяжести пареза. Результаты показали, что МФЭС-ассистированная тренировка более эффективна для улучшения соотношения симметрии длины шага у пациентов с более тяжелым парезом. Выводы данного исследования свидетельствуют о том, что МФЭС-ассистированная тренировка эффективна в улучшении симметрии походки у пациентов с инсультом. МФЭС-ассистированная тренировка может быть особенно полезна пациентам с более выраженной мышечной слабостью.

В исследовании Y. Hou и L. Yang [19] изучали влияние комбинированной МФЭС и ранней реабилитационной тренировки (РРТ) на функциональные исходы, качество жизни и психоэмоциональное состояние пациентов с гемиплегией после церебрального инсульта. В исследовании приняли участие 60 пациентов с гемиплегией после перенесенного инсульта, которые были рандомизированы на две группы. В первой группе применяли многоканальную ФЭС нижних конечностей в сочетании с РРТ; во второй – только РРТ. Продолжительность курсового лечения в обеих группах составила четыре недели. Для оценки функциональных исходов использовались NIHSS (National Institutes of Health Stroke Scale), шкала оценки шестиминутной ходьбы и шкала оценки равновесия Берга. Качество жизни оценивали с помощью опросника SF-36, психоэмоциональное состояние – с помощью шкалы оценки тревожности Гамильтона и шкалы оценки депрессии Бека. В группе ФЭС + РРТ по сравнению с группой РРТ объективно отмечалось значительное улучшение по NIHSS (p < 0,05), увеличение дистанции, пройденной за шесть минут (p < 0,05), улучшение показателей равновесия (p < 0,05), показателей качества жизни по всем субшкалам опросника SF-36 (p < 0,05), выраженное снижение уровня тревожности (p < 0,05) и депрессии (p < 0,05). Результаты данного исследования показали, что МФЭС в сочетании с РРТ является эффективным методом лечения, приводящим к существенному улучшению функциональных исходов, качества жизни и психоэмоционального состояния пациентов с гемиплегией после инсульта.

Инвазивная ФЭС

Инвазивная функциональная электростимуляция (ИФЭС) применяется, когда другие методы неэффективны. В отличие от традиционных методов ИФЭС использует электроды, вживляемые в нервы или мышцы. Это позволяет обеспечить более точную и эффективную стимуляцию, а также стимулировать более глубокие мышцы, недоступные для стимуляции с поверхнос­ти кожи.

Существует два основных типа ИФЭС:

• эпидуральная стимуляция спинного мозга, при которой электроды вживляются в пространство между спинным мозгом и позвоночником;
• периферическая нервная стимуляция, включающая вживление электродов непосредственно в нервы [20].

F. Berenpas и соавт. [21] провели исследование с участием 13 пациентов с парезом стопы, перенесших церебральный инсульт. Пациентам была имплантирована система электростимуляции в малоберцовую мышцу. Участники исследования выполняли задания на ходьбу со случайно расположенными целями на беговой дорожке. Дополнительно давались задания на слуховую стимуляцию с целью отвлечения внимания. Пациенты выполняли каждое задание с включенной и выключенной электростимуляцией. Без электростимуляции больным разрешалось использовать ортез на голеностопном суставе. Оценивалось отклонение постановки стопы относительно целевых точек. Результаты показали, что ошибки во время ходьбы при совершении движений в медиальном и латеральном направлениях были меньше при включенной электростимуляции по сравнению с выключенной (Δ = 1,0 см; р = 0,011). В переднезаднем направлении не обнаружено сущест­венных различий. При этом точность выполнения заданий не менялась при включенном/выключенном звуковом сигнале. Исследование показало, что ИФЭС улучшает точность размещения стопы в медиолатеральном направлении при выполнении задачи.

Роботизированная ФЭС

Роботизированная функциональная электростимуляция (РФЭС) использует электроды, интегрированные с роботизированными системами, обеспечивающими биомеханическую поддержку, помогая пациентам совершить движения, которые им трудно выполнить самостоятельно. Ключевое преимущество роботизированных систем заключается в том, что они позволяют создавать индивидуальные программы реабилитации, максимально учитывающие потребности каждого пациента, что повышает мотивацию больных к занятиям и в конечном итоге положительно сказывается на процессе реабилитации.

Выделяют следующие типы РФЭС:

• экзоскелетные системы: роботизированный экзоскелет размещается на теле пациента, используются моторы и передачи для движения конечностей в соответствии с запрограммированными траекториями;
• роботизированные тренажеры: пациент взаимодействует с роботизированными тренажерами, которые оказывают сопротивление или помощь движениям в соответствии с заложенными параметрами [22].

В РКИ M.T. Artero Prado Dantas и соавт. [23] участвовали 42 пациента (средний возраст – 62 года) с пост­инсультными нарушениями ходьбы [23]. Пациенты получали три сеанса терапии в неделю на роботизированном тренажере Lokomat с применением ФЭС мышц ног. Пациенты контрольной группы проходили стандартную реабилитационную терапию по три сеанса в неделю в течение восьми недель. Проводились следующие оценки: тест шестиминутной ходьбы, скорость ходьбы, длина шага, симметрия ходьбы; качество жизни – опросник качества жизни SF-36 и опросник Stroke Impact Scale-36 (SIS-36). Сбор данных проводился до начала вмешательства, после четырех недель и через восемь недель после завершения курса терапии. У пациентов группы РФЭС значительно улучшились все показатели функции ходьбы по сравнению с пациентами контрольной группы (p < 0,05) на всех этапах оценки. Статистический анализ проводился с использованием t-теста для независимых выборок и теста Манна – Уитни, уровень значимости p < 0,05. Данное РКИ продемонст­рировало, что роботизированная ходьба с функциональной электростимуляцией является эффективным методом реабилитации пациентов, перенесших инсульт. Терапия РФЭС приводила к значительному улучшению функции ходьбы и качества жизни по сравнению со стандартной реабилитационной терапией.

Y.-H. Bae и соавт. [24] исследовали влияние роботизированной тренировки ходьбы в сочетании с функциональной электростимуляцией на восстановление локомоторной функции у пациентов после инсульта. В исследовании приняли участие 40 пациентов с инсультом, которые были разделены на две группы: основную, или группу роботизированной тренировки ходьбы с ФЭС (n = 20), и контрольную (n = 20). Пациенты группы роботизированной тренировки ходьбы с ФЭС получали 30-минутные сеансы тренировки пять дней в неделю в течение шести недель. Сеансы тренировок включали в себя ходьбу по роботизированной беговой дорожке с использованием ФЭС для стимуляции мышц-сгибателей стопы. Пациенты контрольной группы получали классическую физиотерапию. Группа роботизированной тренировки с ФЭС показала значительное увеличение скорости ходьбы по сравнению с исходным уровнем (p < 0,01) и группой контроля (p < 0,05). Длина шага увеличилась в основной группе по сравнению с исходным уровнем (p < 0,01) и группой контроля (p < 0,05). Время двойной опоры уменьшилось в группе исследования по сравнению с исходным уровнем (p < 0,01) и по сравнению с пациентами конт­рольной группы (p < 0,05). По шкале оценки баланса Берга (BBS) наблюдалось увеличение показателей BBS по сравнению с исходным уровнем (p < 0,01) в экспериментальной группе, а также при сравнении с показателями группы контроля (p < 0,05). Результаты данного исследования свидетельствуют о том, что роботизированная тренировка ходьбы в сочетании с ФЭС эффективна в улучшении параметров ходьбы у пациентов, перенесших церебральный инсульт. Роботизированная тренировка ходьбы может помочь улучшить локомоторную функцию путем предоставления пациентам повторяющихся, интенсивных и целенаправленных тренировок ходьбы. ФЭС в свою очередь улучшает локомоторную функцию за счет стимуляции паретичных мышц у пациентов, которые получают реабилитационное лечение после инсульта.

Обсуждение

Результаты анализа cовременной мировой литературы показали, что ФЭС может быть эффективным методом реабилитации у пациентов с различными неврологичес­кими состояниями, включая церебральные ишемии, в том числе после инсультов (качество жизни после которых нами изучается в течение многих лет [25]), спинальные травмы, рассеянный склероз, детский церебральный паралич, болезнь Паркинсона, хронические болевые синдромы. ФЭС имеет ряд преимуществ, таких как неинвазивность, безопасность, эффективность, дос­тупность и универсальность использования. Однако существуют и определенные ограничения, например наличие специализированного дорогостоящего оборудования, обучение специалистов, индивидуальная вариативность и необходимость в постоянном применении, поскольку эффект сохраняется только при регулярном использовании. Дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию параметров стимуляции, расширение области применения ФЭС, изучение долгосрочных эффектов и повышение доступности метода. Решение данных проблем является предметом активных исследований и разработок [26, 27].

Заключение

Функциональная электростимуляция является ценным инструментом в арсенале методов нейрореабилитации, хорошо дополняя фармакотерапию в комплексном лечении пациентов с церебральными ишемиями, болевыми синдромами и другими неврологическими состояниями. Она имеет большой потенциал для улучшения качества жизни при различных неврологических и скелетно-мышечных заболеваниях. Нейрофизиологические основы ФЭС продолжают изучаться, ведутся исследования для оптимизации режимов и методов стимуляции и достижения лучших результатов.