Prospects of exoskeletal orthosis of the upper extremities in patients of the older age group

全文:

Риск развития синдрома верхнего пара- и монопареза у пациентов старшего возраста значительно выше ввиду возрастающей частоты заболеваний центральной и периферической нервной системы [1]. Так, в Российской Федерации инсульт различных видов ежегодно встречается более чем у 500 тыс. человек, из которых у 80 % развивается стойкая утрата трудоспособности [2]. Хотя приведение эпидемиологических данных по миопатиям связано с трудностями ввиду неоднородности этой группы заболеваний, характеризующихся различными нарушениями в структуре и метаболизме скелетных мышц, известно, что их распространенность варьирует от 1 до 6 случаев на 100 тыс. человек, из которых не менее 30 % становятся инвалидами I или II группы [3]. Постравматические поли- и мононейропатии также не являются редкостью для этой категории больных и приводят к инвалидности более чем в 30 % случаев [4]. Вместе с тем абилитация и реабилитация пациентов старшего возраста зачастую требует больших усилий по причине целого ряда имеющихся у них особенностей, таких как инволюция тканей и изменение индивидуальных антропометрических параметров, которые нужно обязательно учитывать при применении ортезов, ортопедических конструкций, мехатронных и прочих средств [5].

Помимо чисто технических аспектов абилитации и реабилитации в геронтологии, следует помнить об изменении качества нейрофизиологических и нейропатологических процессов в пожилом и преклонном возрасте.

Недостаточное внимание к этим и другим вопросам вместо ожидаемого положительного лечебного эффекта может привести к усугублению состояния пожилого человека и ухудшению реабилитационного прогноза. Концепция ранней абилитации и реабилитации, поддерживаемая большинством специалистов, приобретает еще большую актуальность для возрастных пациентов, потому что в отсутствие комплекса восстановительных мероприятий функциональные двигательные нарушения, закрепляясь, не только с большей частотой приводят к инвалидизации и ухудшению качества жизни, но и лежат в основе запуска каскада патофизиологических процессов, которые как итог сокращают среднюю продолжительность жизни [6].

В настоящее время среди разнообразного перечня эффективных методов абилитации и реабилитации больных старшего возраста с неврологической патологией особый интерес представляют экзоскелеты конечностей [7]. Причем в литературе зачастую обсуждается экзоскелетное ортезирование нижних конечностей, а сообщения об эффективном использовании подобных механических средств при нейрогенной дисфункции верхних конечностей крайне редки [8].

В федеральном центре поддержки, разработки и производства экзопротезов ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России с учетом и устранением недостатков, которые не позволяли предшественникам достаточно широко внедрить подобные конструкции в клиническую практику, был разработан и запатентован пассивный экзоскелет верхних конечностей «ЭКЗАР-34» [9]. Последний нашел успешное применение и на разных этапах абилитации и реабилитации у пациентов, страдающих верхним вялым пара- и монопарезом, включая детей с врожденными и приобретенными заболеваниями (артрогриппозом, различными видами миопатий и др.), взрослых с посттравматическими моно- и полинейропатиями, плексопатиями после огнестрельных, минно-взрывных травм, колото-резаных ранений [4, 10]. Вместе с тем в доступной нам литературе нет указаний на использование пассивных эзоскелетов верхних конечностей у пациентов старшей возрастной группы [1].

Цель работы

Показать возможности применения модификации пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР-34» в комплексной абилитации и реабилитации у пациентов старшей возрастной группы с верхним вялым пара- и монопарезом.

Методика исследования

Обобщен инновационный опыт использования модификации пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР-34», представляющего авторскую разработку А. А. Воробьева и Ф. А. Андрющенко, сконструированную по ГОСТ Р 60.5. 0.3-2024 и ТУ 32.50.22-001-39543129-2022 [9], у 2 женщин и 2 мужчин, страдающих верхним вялым пара- и монопарезом, обусловленным последствиями травмы, инсульта и миопатии в возрасте от 63 до 86 лет.

Для подбора и адаптации индивидуальной версии экзоскелета применялся оригинальный способ анатомической параметризации, состоящий из 4 этапов [11]. При оценке эффективности экзоскелетной абилитации и реабилитации прибегали к гониометрии, исследованию неврологического статуса.

Настоящее исследование соответствует этическим нормам и одобрено локальным этическим комитетом: решение № 2025/34-ДИ от 23.05.2025.

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из немаловажных аспектов при создании пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР-34» для лиц пожилого и преклонного возраста явился подбор материалов, качество которых способно обеспечить необходимые медицинские свойства конструкции. При изготовлении последней применены магний-алюминиевые сплавы АМг3 и АМг5, нержавеющая медицинская сталь, PLA и АBS пластики, литьевой пластик, низкотемпературные термопластики с памятью формы «Турбокаст» и «Поливик», а также жесткие полимеры. Предпочтение отдавалось отечественным материалам. Для изготовления деталей использовали 3D-моделирование, объемную фрезеровку на станке с ЧПУ, 3D-принтер, литье в пресс-формы, лазерную резку. В качестве упругих элементов выбраны резиновые кольца различного диаметра и сечения.

До начала экзоскелетной абилитации у всех больных (n = 4) в силу патологии отмечалось значительное, 80° и менее, ограничение сгибания и отведения в плечевых суставах пораженных парезом рук. Первичный абилитационный и реабилитационный эффект был отмечен сразу же во время первой примерки экзоскелетов, адаптированных к индивидуальным параметрам пациентов, к которым вернулась возможность сгибания и отведения в скомпроментированных плечелопаточных сочленениях в объеме более 100°, что уже соответствовало незначительному ограничению объема движений, определяемого по критериям Постановления Правительства РФ от 04.07.2013 № 565 (ред. от 17.04.2024) «Об утверждении Положения о военно-врачебной экспертизе». Однако для лучшей переносимости у пациентов старшего возраста следует отдавать предпочтение более плавному плановому увеличению амплитуды движений, что достигается благодаря сочетанию тонких настроек авторской конструкции и динамическому изменению комплекса физических упражнений. Еще одним важным условием успешного использования пассивного экзоскелета является индивидуальный подбор элементов восстановительной программы, при составлении которой должен участвовать врач-реабилитолог.

Мы также выявили конструктивную особенность экзоскелета для возрастных пациентов, которая связана со значительным весом верхней конечности. Для таких экзоскелетов предпочтительнее использовать плечевой и локтевой шарниры, снабженные 3 или 4 парами подшипниковых узлов и усиленными осями (см. рис.).

 

Рис. 1. Конструктивные особенности экзоскелета «ЭКЗАР-34» для пациентов старшей возрастной группы (на примере больной С., 82 года)

 

При этом для плечевых тяг целесообразнее выбирать двутавровые конструкции. Тяга предплечья тоже по возможности может быть усилена дополнительными ребрами жесткости, однако это требование не столь критично, как для плечевых парных тяг. Несмотря на некоторое увеличение веса, такие конструкции показали себя более надежными в эксплуатации. Считаем нецелесообразным использование жакетов (корсетов) жесткой конструкции из-за их плохой переносимости пациентами. Более обоснованным полагаем применение разработанного нами жакета-разгрузки с несущей углепластиковой пластиной и узлом настройки «верхний крест» (см. рис.).

Спустя 6 месяцев экзоскелетной аблитации и реабилитации с применением модифицированной конструкции «ЭКЗАР-34» во всех случаях (n = 4) удалось закрепить положительный клинический эффект, при котором объем движений в вовлеченных в патологический процесс плечевых суставов сохранялся на уровне незначительного ограничения (101–115°) и/или нижней границы нормы (116–180°) с темпом прироста за указанный период от 50 до 150 %. Также у всех участников исследования (n = 4) отметили оживление сухожильных рефлексов и увеличение силы мышц ослабленных конечностей с 2–3 до 4–5 баллов. Это относительно выбранной категории больных мы считаем хорошим результатом, существенно улучшившим их способность к самообслуживанию и, как следствие, качество жизни. Полученные результаты применения модифицированного пассивного экзоскелета у возрастных пациентов соответствовали таковым при абилитации и реабилитации посредством «ЭКЗАР-34» больных с верхними моно- и парапарезами из других возрастных групп [4, 10, 11].

Достоверных различий в результатах экзоскелетной реабилитации между пациентами с заболеваниями центральной и периферической нервной системы не наблюдали, что объясняется общностью патофизиологических звеньев и подтверждает гипотезу о возможности универсального применения экзоскелетов серии «ЭКЗАР» в лечении больных с нейромышечными расстройствами различной этиологии. При этом пациенты старшей возрастной группы отмечали хорошую переносимость экзоскелета. Ни в одном из наблюдений не отмечено поломки аппарата или осложнения, связанные с его применением. Вместе с тем в одном случае (n = 1) у больного с постинсультными осложнениями в виде спастической параплегии, которая может ограничивать возможности применения пассивных экзоскелетов, нам удалось расширить показания к использованию конструкции «ЭКЗАР-34» посредством проведения предварительной терапии ботулотоксином.

Таким образом, перспективы применения экзоскелета верхних конечностей у данной группы больных огромны, однако следует выстраивать взаимоотношения в последовательности действий невролога по использованию ботулотоксина и ортезированию. Вместе с тем считаем необходимым продолжить исследование с изучением выборок большего объема.

В представленных наблюдениях продемонстрировано, что достижение первичного положительного результата у пациентов с верхними моно- и парапарезами в старшей возрастной группе при применении модифицированной авторской конструкции «ЭКЗАР-34» возможно за счет:

• увеличения силы мышц плеча и предплечья в экзоскелете;
• увеличения амплитуды движений конечности в аппарате;
• коррекции избыточных движений позвоночника при использовании несущего жакета.

Приведенные аспекты реализуемы за счет следующих патогенетических эффектов, обеспечиваемых конструкцией пассивного экзоскелета:

• трансформации пассивных движений денервированных мышц в активные;
• влияния на нейронные связи между центральным и периферическим отделом нервной системы;
• тренировки с увеличением собственной силы мышц плечевого пояса и свободной верхней конечности;
• улучшения кровотока в мышечной ткани и нейромышечной проводимости;
• профилактики контрактур.

В основе вышеперечисленных патофизиологических эффектов может лежать следующий нейрофизиологический механизм, требующий дальнейшего углубленного и детального изучения. При использовании экзоскелета происходит перманентная афферентная стимуляция центров коры головного мозга, участвующих в нейромышечной передаче, приводящая к постепенному модулированию эфферентного нервного импульса в соответствии с вновь возникшими в поврежденном в результате заболевания или травмы нейроне-проводнике морфофизиологическими условиями.

Подобным образом характер нервного импульса может быть изменен до уровня, необходимого для компенсации утраченных скомпроментированной мышцей функциональных параметров и достижения ими исходных показателей.

Одновременно с этим происходит обеспечение репаративных процессов в самом нейроне-проводнике. Приведенный механизм замкнут в контуре: зона кора головного мозга – нейрон-проводник – мышечные волокна. Таким образом происходит перестройка функциональной системы нейромышечной проводимости.

В случае вовлечения в патологический процесс отделов центральной нервной системы, например, после инсульта, наряду с вышеописанным механизмом в действие вступают нейропластичность и активация других участков головного мозга, также стимулируемые обратной нейрофизиологической связью от поддерживаемых пассивным экзоскелетом мышц, благодаря чему их утраченная функция постепенно полностью или частично восстанавливается и оказывается возможной уже без экзоскелетного пособия.

Также следует обратить внимание на конкурентные конструктивные преимущества пассивных экзоскелетов серии «ЭКЗАР», к которым следует отнести низкую себестоимость, возможность модификации по индивидуальным антропометрическим параметрам пациента, простоту в настройках и обслуживании, мобильность и прочие, что позволяет использовать авторскую разработку в различных режимах.

Изменения в модификации, адресованной для возрастных больных, также не усложняют конструкцию экзоскелета, а делают ее более удобной для регулярного и повседневного использования.

Заключение

Первый опыт использования пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР-34» в комплексной абилитации и реабилитации пациентов старшей возрастной группы с верхним вялым пара- и монопарезом свидетельствует о высокой перспективности этого направления реконструктивной медицины.

Ввиду выявленных в ходе исследования инженерно-анатомических особенностей пассивного экзоскелета верхних конечностей «ЭКЗАР-34» считаем необходимым при его изготовлении и сборке наряду с прочими параметрами учитывать возраст целевых больных. Расширение показаний к использованию модификаций экзоскелета «ЭКЗАР-34» возможно за счет группы пациентов с постинсультными осложнениями в виде спастической параплегии, после предварительной терапии ботулотоксином.

作者简介

А. Vorobiev

Volgograd State Medical University; Federal Center for Supporting the Development and Production of Exoprostheses of Volgograd State Medical University

Email: cosaav@mail.ru

the Head of Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy, Doctor of Medicine, Professor, Honored Worker of Science, Deputy Director of Federal Center for Supporting the Development and Production of Exoprostheses

俄罗斯联邦, Volgograd; Volgograd

F. Andryushchenko

Federal Center for Supporting the Development and Production of Exoprostheses of Volgograd State Medical University

Email: andrewshenko@mail.ru

Candidate of medical Science, Senior Researcher, Federal Center for Supporting the Development and Production of Exoprostheses

俄罗斯联邦, Volgograd

A. Mazunov

Volgograd State Medical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: astra_83@mail.ru

Associate Professor of the Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy, Candidate of medical Science

俄罗斯联邦, Volgograd

E. Pisareva

Volgograd State Medical University

Email: eepisareva@mail.ru

Associate Professor of the Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy, Candidate of medical Science

俄罗斯联邦, Volgograd

E. Venskel

Volgograd State Medical University

Email: elenavenskel@yandex.ru

Associate Professor of the Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy, Candidate of medical Science

俄罗斯联邦, Volgograd

O. Chulkov

Volgograd State Medical University

Email: chulkovoleg1966@mail.ru

lecturer of the Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy

俄罗斯联邦, Volgograd

V. Chernov

Volgograd State Medical University; Hospital №16

Email: chernovts@yandex.ru

lecturer of the Department for Operative Surgery and Topographic Anatomy

俄罗斯联邦, Volgograd; Volgograd

参考

补充文件