FRESH WATER AQUATIC TRAINING IN PATIENTS WITH UPRIGHT POSTURE MAINTAINING DISORDERS
Abstract and keywords
Abstract (English):
The use of the fresh water aquatic training course, as a more gentle training method, may allow patients to ensure effective restoration of muscle functions responsible for maintaining an upright body position. A more accurate control of the course results can be performed using a virtual analysis carried out using the «Habilect» system that allows to determine the body parts attitude. Aim. To study the effect of training in fresh water using the Habilect system based on the Microsoft Kinect infrared sensor (video stabilometry) on motor functions that contribute to maintaining an upright body posture in patients with mild gait disturbances. Material and methods. An open descriptive study was conducted including 12 patients (7 men, 5 women), aged 40 to 62 years, with upright posture maintaining disorders, which correspond to the functional diagnosis encoded by the ICF «Gait Stereotype Functions» B770.1 - mild violations (5-24%). A group of subjects (n = 12), in addition to basic therapy and training with an exercise therapy instructor, underwent aquatic training in fresh water for two weeks (30 minutes, 6 days a week). Assessment methods: the research was carried out using the Habilect gait video analysis system before and after the rehabilitation course. The χ2 test was used to assess the significance of differences between groups of qualitative variables. When analyzing quantitative variables, the Shapiro-Wilk’s (W) test was performed. For abnormal distribution, the data is in Me format [Q25-Q75]. The Wilcoxon T-test was used to assess the significance of differences in quantitative variables of the two studied groups. The processing of the obtained research results was carried out using the Statistica for Windows, v. 8.0 (StatSoft Inc., USA) and Microsoft Excel (Microsoft, USA). The significance of the differences was considered established at p <0.05. Result and discussion. When examining the amplitude of body deflection along the X-axis before training, they were 3.25 cm [-98 cm; 93.9 cm], after - -9.96 cm [-100.92 cm; -81.96 cm], on the Y-axis before training - -29.01 cm [-29.01 cm; 13.76 cm], after --30.59 cm [-30.59 cm; 31.09 cm], on the Z-axis before training - 388.1 cm [369.22 cm; 393.39 cm], after training - 380.96 cm [377.98cm, 400.05 cm], deviation of the body movement vector before training 16.45 cm [7.46 cm; 338.67 cm], after training - 324.7 cm [324.7 cm; 342.56 cm]. When examining the amplitude of head deflection along the X-axis before training, they were -0.92 cm [-1.24 cm; -0.92 cm], after - 1.5 cm [-10.19 cm; 2.38 cm], Y-axis before training - 125.33 cm [61.13 cm; 128.94 cm], after - 107.42 cm [52.49 cm; 107.42 cm], along the Z-axis before training - -8.59 cm [-8.97 cm; -5.33 cm], after training - -14.89 cm [-14.89 cm, -3.45cm]. When calculating the increase in deviation (deviations of the main body axes from the initial value) using the Wilcoxon T-test revealed statistically significant deviations in the X-axis (an increase of 306.5%, p = 0.0504), the Z-axis (an increase of 112.68%, p =0.0225) and the Body Angle parameter (an increase of 1973.86% p = 0.0323). When calculating the increase in the deviation of the head axes from the initial value using the Wilcoxon T-test, statistically significant deviations were revealed along the X axis (increase of 163.04%, p = 0.0280), the Y axis (increase of 85.71%, p = 0.0199) and the parameter Z (an increase of 173.34% p = 0.0292). The study revealed a decrease in the body axes deviations amplitude in all 3 planes, which indicates an improvement in the work of all brain parts that are responsible for the coordination of motor functions and their vegetative support, an improvement in functional interaction within individual muscle chains. The reduction in the head and neck muscles in compensatory balancing participation during walking and maintaining a vertical body posture mainly due to the muscles of the lower extremities and pelvis contributes to the prevention of arterial and venous circulation disorders in the head and neck and makes training not only more effective, but also safer. Conclusion. Due to the decrease in the amplitude of deviations along all three axes (Z, Y, X), the course of aquatic training contributes to the correction of upright posture maintaining disorders, a statistically significant decrease in the amplitude of head and neck movements.

Keywords:
«Microsoft Kinect», Habilect
Text
Text (PDF): Read Download

Поддержание вертикальной позы тела достигается изменением степени тонической активности поcтуральных мышц. Являясь по своей сути динамическим процеccом, оно проявляется в cмещении звеньев тела и проекции общего центра давления относительно горизонтальной опоры [1]. В регулировании механизмов поддержания позы тела принимают учаcтие разные звенья центральной нервной cиcтемы, которые, в свою очередь, ориентируются на информацию, поступающую от веcтибулярных, мышечных, cуcтавных и зрительных рецепторов [2]. Поддержание вертикальной позы зависит от cоcтояния нервно-мышечного аппарата мышц, cенcорной, зрительной, веcтибулярной, проприоцептивной афферентации, анатономичеcких оcобенноcтей опорно-двигательного аппарата (позвоночника, таза, cтопы, нижних конечностей) связочного аппарата внутренних органов и спаечного процесса в брюшной и грудной полости. Однако важнейшим звеном поддержания вертикальной позы тела являются корковые и подкорковые структуры, обеспечивающие анализ поступающей информации и выстраивание оптимального паттерна движений [3]. Лечебная ходьба является эффективным методом восстановления механизмов поддержания вертикальной позы тела. Вместе с тем, у ряда пациентов со смещением центра тяжести тела при ходьбе балансировка тела достигается не за счет движений таза и голени, а за счет усиления роли балансирующих движений головы и шеи. Перенапряжение коротких экстензоров головы, трапециевидных и лестничных мышц может приводить к ухудшению оттока венозной крови по системе яремной вены и ухудшению кровоснабжения в бассейне позвоночных артерий [4]. Нарушение внутричерепного кровообращения может приводить к увеличению артериального давления за счет раздражения вегетативных центров ствола мозга и увеличению риска геморрагических инсультов. Нарушения внутричерепного кровообращения могут провялятся головной болью, головокружением, тахикардией, повышением артериальное давления во время ходьбы [5], что значительно снижает комплаенс. Ходьба в воде (Aquatic Physiotherapy) во многом лишена данных недостатков. При ходьбе в воде мышцы головы и шеи испытывают меньшую нагрузку так как поддержание положения тела в воде имеет другой мышечный паттерн, что позволяет избежать нежелательных эффектов, связанных с нарушениями внутричерепного кровообращения. Также она является простым, легко воспроизводимым и доступным методом, который может быть легко внедрён в лечебный процесс, при наличии мелководных бассейнов или на побережье морей или других водоемов [6]. Цель исследования. Изучить влияние тренировки в пресной воде на двигательные функции, способствующие поддержанию вертикальной позы тела у пациентов с лёгкими нарушениями стереотипа походки, используя стабилометрическое исследование с применением комплекса «Habilect» на базе инфракрасного сенсора «Microsoft Kinect». Материал и методы Исследование проведено на базе соматического отделения и отделений нейрореабилитации ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии» Минздрава России в период с марта по октябрь 2020 года. Использован дизайн открытого описательного интервенционного исследования. Все пациенты имели нарушения поддержания вертикальной позы тела и соответствовали функциональному диагнозу, кодируемому по Международной классификации функционирования «Функции стереотипа походки» b770.1 - легкие нарушения (5-24%) [7]. В исследовании приняли участие 12 пациентов с артериальной гипертензией (I 11.9) и дисциркуляторной энцефалопатией 1 степени (G 93.4), предъявлявшие кроме прочих жалобы на неустойчивость при ходьбе, а при осмотре - нарушения стереотипа походки лёгкой степени. Их медиана возраста составила 52 [34; 65] лет, из них 5 мужчин и 7 женщин (42% и 58% соответственно), медиана стажа заболевания - 3 [2; 9,5] года. Диагноз «Артериальной гипертензии» и «Дисциркуляторной энцефалопатии» был установлен пациентам амбулаторно в соответствии с действующими клиническими рекомендациями [8, 9] на основании данных анамнеза, клинического терапевтического и неврологического исследования, результатов измерения артериального давления (офисного или суточного мониторирования артериального давления), дуплексного и триплексного сканирования экстракраниальных и интракраниальных сосудов, магнитно-резонансной томографии головного мозга, дополнительно всем пациентам амбулаторно были проведены: общий и биохимический анализов крови, электрокардиография, ЭХОКГ; ультразвуковой исследование щитовидной железы и почек. Критерии включения пациентов в исследование: мужчины и женщины в возрасте 18-70 лет, страдающие гипертонической болезнью стадии І - ІІ, степени 1 - 2, с сопутствующим диагнозом - дисциркуляторная энцефалопатия I степени; согласие пациента на участие в исследовании. Критерии невключения пациентов в исследование: форма ишемической болезни сердца, перенесённая в течение последнего полугода (острый коронарный синдром, инфаркт миокарда любой локализации); операции по реваскуляризации миокарда (стентирование коронарных артерий, аортокоронарное шунтирование), проведённые менее полугода назад; острое нарушение мозгового кровообращения, перенесенное менее года назад; стабильная стенокардия III - IV ФК; сердечная недостаточность (показатель ФВЛЖ менее 45%); аневризма аорты; значимые нарушения ритма сердца (желудочковые и наджелудочковые нарушения ритма, пароксизмальные тахикардии, различные формы фибрилляции предсердий и желудочков, атриовентрикулярная блокада II - III ст., синусовая брадикардия), на момент исследования или в анамнезе; все заболевания в острой стадии, хронические заболевания в стадии обострения; острые инфекционные заболевания до окончания срока изоляции; все венерические заболевания в острой или заразной форме; психические заболевания, показанные для стационарного лечения; эпилепсия; все болезни крови в острой стадии и стадии обострения; злокачественные новообразования любой локализации менее 5 лет от момента заболевания; эхинококкоз любой локализации; часто повторяющиеся и обильные кровотечения; рецидивирующий тромбофлебит; тромбоэмболическая болезнь; выраженный болевой синдром при поражении нервных корешков, сплетений, нервных стволов; нарушения функции тазовых органов; активность воспалительного процесса при заболевании суставов выше II ст.; хроническая болезнь почек 3Б стадии (при скорости клубочковой фильтрации < 30 мл/мин (СKI-IPI)); аденома предстательной железы; полипы шейки матки, эндометрия; кисты яичников; миома матки и генитальный эндометриоз [10]. Критерии исключения пациентов из исследования: отказ пациента продолжать исследование; потеря связи с пациентом (переезд, смена места жительства, контактных данных); ухудшение самочувствия и отрицательная динамика клико-лабораторных показателей. Воздействие заключалось в проведении курса акватренировки в виде ходьбы в пресной воде: длительность процедуры 30 минут, курс лечения 10 процедур, температура воды в бассейне (30-32С). Методика включала: ходьбу обычным шагом в воде 10 минут, ходьба с высоко поднятыми коленями 5 минут, ходьба с опорой (плавательная доска) 5 минут, ходьба с сопротивлением (плавательная доска) 5 минут, ходьба со специальными упорами для рук (вариант с вовлечением мышц верхних конечностей и корпуса) 5 минут. До начала исследования и после окончания курса исследований проводился контроль результатов, включающий: измерение артериального давления по методу Короткова и показателей стабилометрического исследования. Сравнение проводилось между результатами до и после вмешательства. Стабилометрическое исследование провели на комплексе «Habilect». Зарегистрированная как медицинское оборудование (РУ №РЗН 2016/5213). Habilect - это мультифункциональная медицинская система на базе высокоточного бесконтактного сенсора «Microsoft Kinect». Камера (сенсор), направленная на пациента, без установки дополнительных датчиков на теле различает 25 основных точек человеческого тела. Habilect записывает и анализирует движение каждой такой точки (рис. 1). Рис. 1. Схематическое изображение точек измерения, размера и отклонения основных направлений (векторов) движений (слева), траектория движения основных отделов тела (справа) [https://habilect.com/hmotionlab]. Fig. 1. Schematic representation of measurement points, size and deviation of the main directions (vectors) of movements (left), trajectory of movement of the main parts of the body (right) [https://habilect.com/hmotionlab]. В анализе данных авторы использовали модуль системы H.VrS (виртуальная баланс-платформа) - модуль виртуальной стабилоплатформы. С помощью H.VrS можно оценить изменение походки пациента, траекторию движения центра масс в горизонтальной, вертикальной и сагиттальной плоскостях [11-12]. Для проведения исследования пациенты становились в заранее определенную зону на полу и выполняли тестовое упражнение «Ходьба на месте». Время проведения пробы составило 30 секунд. Для интерпретации результатов исследования определялись следующие параметры: Х - координаты положения центра давления во фронтальной плоскости (переднезадняя) (мм); Y - координаты положения центра давления в горизонтальной плоскости (верхне-нижняя) (мм); Z - координаты положения центра давления в сагиттальной плоскости (правая-левая) (мм); L - длина пути статокинезиограммы (мм); V - скорость статокинезиограммы (мм/с). Всего было зарегистрировано и проанализировано 24 статокинезиограммы, при обследовании пациентов до лечения (12) и после курса акватренировки (12) (ходьба в пресной воде). Для оценки статистической достоверности различий между группами качественных переменных использован критерий χ2. Анализ количественных переменных был проведен с использованием теста «Shapiro-Wilk’s» (W). В ввиду малого объёма выборки и анормального распределения данные представлены в виде медианы, нижнего и верхнего квартилей. Статистическую достоверность различий количественных переменных двух изучаемых групп оценивали с использованием T-критерий Вилкоксона (W). Обработка результатов исследований выполнялась с использованием набора стандартных программ, включающих «Microsoft Excel» (Microsoft, США) for Windows и программы «Statistica for Windows» (v. 8.0) (StatSoft Inc., США). Различия считались достоверными при значении достоверной разницы p<0,05. Исследование поддержано Независимым этическим комитетом (ФГБУ «НМИЦ РК» Минздрава России), его протокол (протокол заседания от 27.07.2019 г. №1-5/20) создан и выполнен в соответствии с Хельсинской декларацией. Всеми пациентами были подписано информированное согласие на участие в исследовании. Результаты и обсуждение Результаты исследования представлены в таблице 1 и 2. Как видно из таблиц, показатели отклонений по основным осям тела точки головы и центра масс тела, а также направление вектора движения тела после тренировки уменьшались. Что субъективно отмечалось пациентами, как исчезновение неустойчивости при ходьбе. Таблица 1. Результаты стабилометрии по центральным осям тела до и после тренировки Table 1. Results of stabilometry along the central axes of the body before and after training Параметр / ось тела Parameter / body axis Ось тела Х, см / Body X, cm Ось тела Y, см / Body Y, сm Ось тела Z, см / Body Z, сm Угол тела, см / Body Angle, сm До тренировки / Before training Median (Me) 3,25 -29,01 388,1 16,45 Q25 -98 -29,01 369,22 7,46 Q75 93,9 13,76 393,39 338,67 После тренировки / After training Median (Me) -9,96 -30,59 380,96 324,7 Q25 -100,92 -30,59 377,98 324,7 Q75 -81,96 31,09 400,05 342,56 % отклонения от первоначального значения / % deviation from the original value Median (Me) 306,5%* 105,45% 112,68%* 1973,86%* Q25 102,98%* 105,45% 102,37%* 4352,55%* Q75 87,28%* 225, 95% 101,69%* 101,15%* Примечание: Данные представлены медианой (Median (Me)) и квартилями (Q25; Q75), анализ различий проведён с помощью Т-критерия Вилкоксона* Note: The data are presented by the median (Median (Me)) and quartiles (Q25; Q75), the analysis of differences was carried out using the Wilcoxon T-test * Таблица 2. Результаты стабилометрии по центральным осям точек головы до и после тренировки Table 2. Results of stabilometry along the central axes of the head points before and after training Параметр / ось тела Parameter / body axis Ось головы X, см / Head X, сm Ось головы Y, см / Head Y, сm Ось головы Z, см / Head Z, сm До тренировки / Before training Median (Me) -0,92 125,33 -8,59 Q25 -1,24 61,13 -8,97 Q75 -0,92 128,94 -5,33 После тренировки / After training Median (Me) 1,5 107,42 -14,89 Q25 -10,19 52,49 -14,89 Q75 2,38 107,42 -3,45 % отклонения от первоначального значения / % Deviation from the original value Median (Me) 163,04 %* 85,71 %* 173,34 %* Q25 821,77 %* 85,87 %* 166,00 %* Q75 258,70 %* 83,31 %* 64,73 %* Примечание: Данные представлены медианой (Median (Me)) и квартилями (Q25; Q75), анализ различий проведён с помощью Т-критерия Вилкоксона* Note: The data are presented by the median (Median (Me)) and quartiles (Q25; Q75), the analysis of differences was carried out using the Wilcoxon T-test * При расчёте прироста отклонения (отклонения основных осей тела от исходного значения) с помощью T-критерия Вилкоксона выявлены статистически значимые отклонения тела по оси Х (прирост 306,5%, р=0,0504), оси Z (прирост 112,68%, р=0,0225) и параметру Body Angle (прирост 1973,86% р=0,0323) При расчёте прироста отклонения осей головы от исходного значения с помощью критерия T-критерия Вилкоксона выявлены статистически значимые отклонения по оси Х (прирост 163,04%, р=0,0280), оси Y (прирост 85,71%, р=0,0199) и параметру Z (прирост 173,34% р=0,0292) Рисунок 2 иллюстрирует графически восстановление двигательной функции пациента А., 50 лет в положении «стоя» до и после курса реабилитации с помощью акватренировок в бассейне с пресной водой. Рис. 2. Результаты стабилограммы с обозначением основных осей пациента А, 50 лет до (синяя линия) и после (красная линия) Fig. 2. Results of the stabilogram showing the main axes of patient A, 50 years old before (blue line) and after (red line) В ходе исследования было выявлено уменьшение амплитуды отклонений осей тела во всех 3 плоскостях, что свидетельствует об улучшении работы всех отделов мозга, отвечающих за координацию двигательных функций и их вегетативное обеспечение, улучшение функционального взаимодействия внутри мышечных цепей. Улучшение работы мышечных цепей верхней половины туловища заключалось в нормализации работы спиральной цепи тела, включающей грудино-ключично-сосцевидную мышцу, которая играет большую роль в поддержании «вертикальной» оси тела, уменьшении гипертонуса лестничных мышц верхней порции трапециевидной мышцы. Уменьшение гипертонуса данных мышц способствует уменьшению гиперлордоза шейного отдела позвоночника. Следовательно, уменьшало изгиб позвоночных артерий, играющих важную роль в кровоснабжении головного мозга. Гипертонус лестничных мышц и верхней порции трапеции нередко приводит к компрессии задне-лопаточного нерва и нервов плечевого сплетения, что может привести к гипофункции подлопаточной мышцы, во многом определяющей поддержание «вертикальной оси тела». Упражнения в воде (курс акватренировок), с одной стороны, оказывают мощное тренирующее действие на все мышечные цепи, задействованные в поддержании вертикального положения тела. С другой стороны, позволяют снизить нагрузку на мышцы нижней половины туловища и ног, что уменьшает болевую импульсацию, а следовательно, уменьшает риск травм и падений, а также способствует формированию правильного паттерна ходьбы. Кроме того, механическое воздействие воды на ткани при выполнении упражнений активирует лимфоток, микрокровоток и клеточный метаболизм [11], что повышает функциональные ресурсы мышц, уменьшает болевые синдромы. Уменьшение участия мышц головы и шеи в компенсаторной балансировке при ходьбе и поддержание вертикальной позы тела преимущественно за счет мышц нижних конечностей и таза способствует профилактике нарушений артериального и венозного кровообращения в области головы и шеи и делает тренировку не только более эффективной, но и безопасной. Заключение Системы «Habilect» на базе инфракрасного сенсора Microsoft Kinect является эффективным методом контроля реабилитационных мероприятий, способствующих улучшению работы мышечных цепей верхней половины туловища (таких как, грудино-ключично-сосцевидная, лестничная, трапециевидная и подлопаточная мышца) и, следовательно, нормализации статодинамических функций. Акватренировка в бассейне с пресной водой способствует коррекции нарушений поддержания вертикальной позы тела, статистически достоверному снижению амплитуды движений головы и шеи, тем самым, способствуя профилактике нарушений артериального и венозного кровообращения в области головы и шеи, уменьшая болевую импульсацию мышц верхней и нижней половины тела, нормализуя паттерн ходьбы, что делает тренировку не только более эффективной, но и безопасной. Данный метод может быть полезным дополнением к традиционной реабилитационным программам. Благодарности: Авторы выражают огромную признательность и благодарность Козлову Алексею Михайловичу, генеральному директору ООО «Хабилект» за сотрудничество и консультации при работе с оборудованием.
References

1. Kheradmand A., Winnick A. Perception of Upright: Multisensory Convergence and the Role of Temporo-Parietal Cortex Front. Neurology. 2017; (8): 552 p. https://doi.org/10.3389/fneur.2017.00552

2. Ryabina K.E., Isaev A.P. Biomehanika podderzhaniya vertikal'noy pozy (obzor modeley podderzhaniya ravnovesiya). Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Obrazovanie, zdravoohranenie, fizicheskaya kul'tura. 2015; 15(4): 93-98. https://doi.org/10.14529/ozfk150417

3. Zhang L., Feldman A.G., Levin M.F. Vestibular and corticospinal control of human body orientation in the gravitational field. Journal of Neurophysiology. 2018; 120(6): 3026-3041. https://doi.org/10.1152/jn.00483.2018

4. Maksimova M.Yu., Skrylev S.I., Koscheev A.V., Schipakin V.A., Sinicyn I.A., Chechetkin A.O. Nedostatochnost' v arteriyah vertebro-bazilyarnoy sistemy pri sindrome peredney lestnichnoy myshcy. Annaly eksperimental'noy i klinicheskoy nevrologii. 2018; 12(2): 5-11. https://doi.org/10.18454/ACEN.2018.2.1

5. Suslina Z.A., Gulevskaya T.S., Maksimova M.Yu., Morgunov V.A. Narusheniya mozgovogo krovoobrascheniya. Diagnostika, lechenie, profilaktika. Moskva. MED press-inform. 2016: 536 s.

6. Barashkov G.N., Lobanov A.A., Mitroshkina E.E., Andronov S.V. Hod'ba v vode, kak metod dinamicheskoy akvaterapii, u pacientov s arterial'noy gipertenziey. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. 2020; 97(6-2): 20 s.

7. Mel'nikova E.V., Buylova T.V., Bodrova R.A., Shmonin A.A., Mal'ceva M.N., Ivanova G.E. Ispol'zovanie Mezhdunarodnoy klassifikacii funkcionirovaniya (MKF) v ambulatornoy i stacionarnoy medicinskoy reabilitacii: instrukciya dlya specialistov. Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. 2017; 82(6): 7-20.

8. Kobalava Zh.D., Konradi A.O., Nedogoda S.V. Arterial'naya gipertenziya u vzroslyh. Klinicheskie rekomendacii. Rossiyskiy kardiologicheskiy zhurnal. 2020; 25(3): 149-218. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2020-3-3786

9. Finocchi C., Sassos D. Headache and arterial hypertension. Neurological Sciences. 2017; 38(1): 67-72. https://doi.org/10.1007/s10072-017-2893-x

10. Muhina A.A., Smirnova M.D., Badalov N.G. Nemedikamentoznaya korrekciya i profilaktika meteopaticheskih sostoyaniy u bol'nyh arterial'noy gipertenziey Fizioterapiya, bal'neologiya i reabilitaciya. 2017; 6(82): 291-294. https://doi.org/10.18821/1681-3456-2017-16-6-291-294

11. Ivanova G.E., Isakova E.V., Krivoshey I.V., Kotov S.V., Kubryak O.V Formirovanie konsensusa specialistov v primenenii stabilometrii i bioupravleniya po opornoy reakcii. Vestnik vosstanovitel'noy mediciny. 2019; 89(1): 16-21.

12. Guffanti D., Brunete A., Hernando M., Rueda J., Navarro Cabello E. The Accuracy of the Microsoft Kinect V2 Sensor for Human Gait Analysis. A Different Approach for Comparison with the Ground Truth. Sensors. 2020; (20): 4405 s. https://doi.org/10.3390/s20164405

Login or Create
* Forgot password?