Вопросы сочетанного применения ботулинотерапии и компрессионных ортезов в улучшении локомоторных паттернов у детей с детским церебральным параличом на основе механизма спинальной сенсомоторной адаптации

Осуществление и регуляция двигательных функций в спинном мозге могут происходить путем синтеза информации из многочисленных соматосенсорных каналов, даже без поступления сигналов от головного мозга [1—3]. После повторяющейся тренировки с различными двигательными задачами в спинном мозге возможно формирование долгосрочной двигательной (моторной) адаптации (сенсомоторное обучение), хотя конкретные механизмы этого явления не установлены [4—6]. Сенсомоторное обучение головного мозга — процесс развития и интеграции сенсорных (восприятие) и моторных (двигательных) функций, направленный на улучшение координации, равновесия, внимательности и других когнитивных способностей, а также на формирование связи между телом и окружающим миром. Этот метод используется в сенсомоторной коррекции, которая включает физические и игровые упражнения для стимуляции сенсорных систем и активации соответствующих зон мозга, что особенно важно для детей с нарушениями развития.

Спинной мозг состоит из генетически разнообразных популяций нейронов с различными молекулярными маркерами, пространственным расположением и паттернами связности, которые можно разделить на две основные функциональные категории: дорсальные нейроны, которые регулируют передачу и обработку сенсорной информации, и вентральные — отвечающие за модуляцию двигательной реакции [7—9]. Участие разных типов спинномозговых нейронов в координации ритмических движений, таких как локомоция, изучено относительно хорошо [10—14]. Ингибиторные нейроны спинного мозга выполняют различные функции. Дорсальные — регулируют обработку соматосенсорной информации, обеспечивая пресинаптическое торможение, контролируя значимость информации [15, 16]. Вентральные ингибиторные нейроны, многие из которых напрямую связаны с двигательными нейронами, важны для формирования и координации правильной двигательной реакции [12, 17, 18].

Локомоция у млекопитающих, включая человека, осуществляется при активации нейронных цепей в спинном мозге. В настоящее время исследователями утвердительно решен вопрос о наличии у человека спинального генератора локомоции (генератор центральных паттернов, CPG). Считается, что во всех случаях генерация ритмического моторного выхода базируется как на эндогенной (пейсмекерной) активности специфических групп интернейронов, так и на межнейронном взаимодействии. Эти два взаимосвязанных механизма дополняют друг друга, обеспечивая надежную работу генераторов [19]. Следовательно, работа CPG определяется автономной программой, запуском супраспинальных/надсегментарных команд и афферентацией с различных рецепторов.

Важную роль играют и межконечностные взаимодействия, обеспечивающиеся взаимным влиянием CPG шейного и поясничного утолщений. Показана роль афферентов в инициации и модуляции мотонейронного ответа CPG. В отсутствие надспинального контроля и сенсорной обратной связи, специфичной для ходьбы, поясничный отдел спинного мозга человека может производить ритмичные импульсы активации мышц, которые напоминают вызванную CPG активность изолированного спинного мозга животного. Таким образом, наличие CPG у людей можно определить по активности, которую они производят [20].

Вся информация, поступающая с периферии (афферентный поток), влияет на центральный паттерн. Избранный афферентный поток со стоп нижних конечностей возвращается в центральную нервную систему (ЦНС) в соответствии с внешними требованиями. Рефлексы и CPG находятся под контролем ствола мозга. Имеются доказательства того, что спастичность при центральном поражении приводит к дефектному использованию афферентного входа [21—23]. Часто спастичность сочетается со вторичными компенсаторными процессами. Ряд исследований указывает на пластическое поведение нейронных цепей спинного мозга после поражения центральной двигательной системы [24]. Пластичность ЦНС имеет решающее значение для реабилитационной терапии. Показано изменение нейропластичности под воздействием применения ботулинического токсина (БТ) [25]. Ботулинотерапия способствует изменению как состояния мышц, находящихся в гипертонусе, так и потока обратной афферентации от мышечных веретен и других рецепторов (ноцицепторы, тактильные и др.). Это в свою очередь позволяет модулировать и переобучать CPG.

Спинномозговые сети регулируют ритмическую деятельность конечностей, такую как ходьба, езда на велосипеде или плавание [25]. В основе этих спинальных сетей, как предполагается, находятся центральные сети, генерирующие CPG, которые помогают производить ритмичные скоординированные движения всех четырех конечностей. Исследования ряда авторов [25—27] показали, что ритмичное движение рук модулирует рефлексы в нижних конечностях. Это может играть подавляющую или облегчающую роль для правильной локомоции [28]. В предыдущей нашей работе мы основывались на том, что паттерны CPG определяют клиническую картину спастичности или дискинезии у группы больных с детским церебральным параличом (ДЦП). CPG выдает тот или иной паттерн активности мотонейронов, проявляющийся в различных непроизвольных положениях (движениях) тела и конечностей пациентов, являясь генератором патологически усиленного возбуждения, сформированного в результате очагового органического поражения ЦНС, и формируя устойчивую клиническую картину двигательных нарушений.

Для оценки возможности осуществления регуляции двигательной активности спинным мозгом разработана кинематическая модель с использованием обезглавленных грызунов, у которых определенное положение конечностей было связано с условными раздражителями [29]. Так, у мышей с перерезанным спинным мозгом отслеживались движения задних конечностей в режиме реального времени. Была создана замкнутая система, в которой при отсутствии сигналов из ЦНС активация задних конечностей проходила за счет электрического импульса: когда лапка опускалась ниже выбранного уровня, ее стимулировали электрическим током (условный сигнал). Другая группа мышей не получала стимуляцию электрическим током. Исследуемая (обучающаяся) и контрольная группы продемонстрировали разную двигательную адаптацию. Обучающиеся животные адаптировались и поддерживали подъем лапки выше порогового значения и достигли критерия обучения (когда больше не поступало никаких сигналов) в течение 10 мин, тогда как контрольная группа не продемонстрировала такой адаптации. Следовательно, условные сигналы и информацию о проприорецепции можно считать обучающими даже при отсутствии головного мозга.

Используя защитную реакцию отдергивания, основанную на сокращении сгибателей, принудительное пороговое разгибание конечности также приводило к обучению. Представленные результаты демонстрируют способность спинного мозга связывать условные сигналы и положение конечностей для адаптации двигательной реакции [29]. Исследователями был углублен опыт переучивания групп мышей с помощью переключения, однако обе группы скорректировали положение своих задних конечностей во время сеанса переключения в соответствии с уровнем их обученности. Этот результат свидетельствует о том, что в спинном мозге наблюдается явление, известное как «проактивная интерференция», когда предыдущий опыт мешает новому обучению. Несмотря на то что еще в XX веке стали известны проявления спинального обучения и следы памяти, остается неясным вопрос об идентификации нейронов и способе кодирования опыта [5, 30]. На базе проведенных исследований было показано, что спинной мозг участвует в долгосрочной моторной адаптации, которая, вероятно, необходима для автоматизации движений в норме и восстановления после травмы.

Спинной мозг обладает свойствами, подобными классическому обучению и памяти. Например, во время переделки навыка обучающиеся сталкиваются с проактивным вмешательством, определяемым как препятствие новому обучению из-за существующих воспоминаний [31]. Для спинномозговых цепочек также характерно угасание [32] — потеря условной реакции, когда животное учится отделять реакцию от стимула [33]. Такая пластичность, вероятно, крайне важна для снижения влияния устаревшего опыта и замены нежелательных двигательных привычек, связанных со спастичностью, с целью улучшения двигательных паттернов. Полученные данные согласуются с результатами различных моделей сенсомоторного обучения, опосредованного мозговыми цепями [34—36].

Дорсальные нейроны получают непрерывный поток соматосенсорной информации, которая может меняться в любой момент времени, и они могут лучше приспосабливаться к внешним условиям для реализации адаптивного поведения, в частности моторной адаптации. Наоборот, вентральные нейроны могут осуществлять относительно небольшую моторную адаптацию и более приспособлены для выполнения соответствующего вывода, когда в спинной мозг поступают знакомые сигналы.

Результаты исследований подчеркивают важность понимания механизмов обучения, опосредованных спинномозговыми цепями, поскольку они, вероятно, способствуют и усвоению двигательного навыка (нового паттерна движения), и автоматизму движений после приобретения двигательных навыков. Эти концепции могут быть актуальны для реабилитационных тренировок у детей с ДЦП, при которых постоянная корректировка целенаправленной работы цепей во время реабилитационных тренировок облегчает отдельные фазы восстановления моторики. Адаптация локомоторных функций у пациентов с ДЦП может быть связана с усилением стимуляции за счет использования компрессионных ортезов, которые в свою очередь усиливают афферентацию.

Для получения лучшего эффекта от инъекций БТ следует оценивать наличие спастичности, гипертонусов и дистоний в рамках общего паттерна движений, локомоции и межконечностных взаимодействий. Это позволяет более точно осуществлять выбор ключевых мышц, затрудняющих произвольную двигательную активность и тормозящих переход пациента к следующему этапу двигательного развития. Купирование спастичности в верхних конечностях инъекциями БТ (нейропротеин) типа A (БТА) в спастические мышцы верхних конечностей прерывает циркуляцию патологического возбуждения в CPG, чем облегчает супраспинальный контроль локомоции и позы [20]. Применение компрессионного белья позволяет улучшить локомоторный паттерн во время определенных фаз цикла ходьбы.

Состояние/положение туловища — общей оси тела влияет на активность сгибателей/разгибателей верхних и нижних конечностей, так же как и положение головы (вестибулярные и глазодвигательные влияния, афферентация от проприорецепторов). В условиях повреждения супраспинальных центров с формированием генератора(ов) патологически усиленного возбуждения нарушается баланс в работе CPG, что проявляется фиксированными паттернами спастичности или дискинезий, в том числе у детей с ДЦП [37]. Позу можно определить как положение сегментов тела (т.е. головы, туловища, таза и конечностей) по отношению друг к другу и их ориентацию в пространстве [38]. Контроль позы означает управление положением тела в пространстве для обеспечения устойчивости и ориентации [38]. Интеграция сенсорных сигналов от зрительной, вестибулярной и соматосенсорной систем, а также контроль двигательной системы необходимы для обеспечения стабильности и контроля позы у ребенка с ДЦП [38]. При ДЦП наблюдается нарушение контроля туловища и позы из-за измененной мышечной силы и отсутствия сенсорной интеграции [39]. Получение сенсорных сигналов благодаря компрессионным ортезам во время реабилитации может улучшать контроль позы [40, 41]. Это в свою очередь может облегчить проблемы с нижними конечностями, дислокацией тазобедренного сустава у детей с церебральным параличом [42]. Дислокация сустава (подвывих бедра) является второй по распространенности деформацией после эквиноварусной деформации. Вывих бедра сопровождается болью и потерей функции.

Комбинированное воздействие БТ и ортезов улучшает двигательные функции в целом и часто применяется. Клинические исследования показали положительный результат комбинированного воздействия внутримышечных инъекций БТА в спастические мышцы и ношения фиксирующего ортеза бедра на нижние конечности и туловище S.W.A.S.H. (англ.: Sitting Walking And Standing Hip) для сидения, ходьбы и стояния [43]. Ботулинотерапия, изменяя состояние мышц, находящихся в гипертонусе, влияет на обратную афферентацию от мышечных веретен и других рецепторов. Этому же способствуют различные ортезы, в том числе компрессионные, позволяющие изменять и механику, и поток афферентации от различных рецепторов кожи и проприорецепторов [44]. Помимо S.W.A.S.H., широко применяются шарнирные ортезы на голеностопные и коленные суставы. Однако ортопедические жилеты с компрессионным эффектом для стабилизации позы и улучшения проксимальной стабильности до сих пор практически не применяются [45, 46].

Подобный ортез предоставляет дополнительную экстрапроприоцептивную информацию, так необходимую для детей, которые имеют нарушения чувствительности. Коррекция проприоцептивных сигналов приводит к более правильному положению тела за счет компрессионного ортезирования [45, 46]. Именно экстрапроприорецепция создает так называемую тренировочную базу, адаптируя моторную активность и двигательные реакции для как головного, так и спинного мозга. Это позволяет изменять нейропластичность мозга и формировать более корректные паттерны движения [47, 48].

Компрессионный жилет, который мы предлагаем в качестве ортеза для детей с ДЦП, состоит из передней части, которая представляет собой двойной или тройной слой лайкры, прикрепленный к неопреновой задней панели на липучках. Он обеспечивает компрессию с возможной регуляцией при прикреплении к неопреновой панели. Такой вид жилета обеспечивает стабилизацию туловища за счет двух- или трехслойной лайкры, облегающей плечи, бедра и таз. Его можно отнести к динамическому типу ортезов, так как определенная компрессия замедляет прогрессирование искривления или деформации позвоночника, возникающих при спастической форме ДЦП [49]. В Российской Федерации компрессионное белье используется в ряде спортивных дисциплин для улучшения проприоцептивных возможностей у спортсменов. Но, к сожалению, в нашей стране опыт по применению компрессионных ортезов у детей с различными нарушениями отсутствует, хотя в мировой практике ортезы с использованием лайкры (так называемые компрессионные ортезы) на протяжении 20 лет используются у детей с расстройствами аутистического спектра, с выраженной мышечной гипотонией (как, например, синдром Дауна) и у детей с ДЦП.

Для изучения изолированного воздействия компрессионных ортезов в реабилитации детей с ДЦП в 2018 г. было проведено исследование, подтверждающее эффективность этих ортезов в стабилизации и коррекции позы. Отталкиваясь от гипотезы моторной адаптации спинномозговых нейронов, было проведено одноцентровое слепое рандомизированное контролируемое исследование [50], в которое включены 24 ребенка с ДЦП с нарушением контроля над туловищем, которые соответствовали следующим критериям: нарушение контроля над туловищем, спастическая форма ДЦП легкой или средней степени с диагнозом диплегии или тетраплегии, уровень III—IV по шкале классификации больших моторных функций (англ.: Gross Motor Function Classification System, GMFCS) для оценки двигательных возможностей детей с особенностями развития, включая ДЦП, способность понимать и выполнять инструкции для оценки, согласие родителей на использование компрессионных изделий на основе лайкры. Критериями невключения явились: противопоказания к использованию компрессионной одежды, такие как наличие серьезной дыхательной дисфункции, рефрактерный цианоз или нарушение кровообращения; рефлюкс чаще 3 раз в неделю; ранее применявшийся компрессионный ортез на основе лайкры; инъекция БТ в течение последних 3 мес или ортопедическая операция в течение 1 года; тяжелый сколиоз (угол Кобба [CA] >40°); неконтролируемая эпилепсия; использование интратекальной помпы баклофена; селективная дорсальная ризотомия. Исследование длилось 6 мес.

Все дети были госпитализированы на 2 нед. Участники исследования были случайным образом распределены в одну из трех групп. Все группы получали традиционную физиотерапию, включающую упражнения на растяжку, укрепление, контроль туловища и силовые упражнения, а также упражнения для улучшения мелкой и крупной моторики в течение всей госпитализации, по 2 ч в день, 7 дней в неделю. Контрольная группа получала только традиционную физиотерапию. Первая группа испытуемых получала 2-часовую физиотерапию с использованием компрессионных ортезов. Вторая группа — 2-часовую физиотерапию и носила компрессионные ортезы еще 4 ч в дополнение к этим 2 ч (всего 6 ч использования ортеза). Во время последующего наблюдения после выписки обе группы, в которых применялись компрессионные ортезы, продолжали носить ортезы дома. Все дети продолжали получать регулярные физиотерапевтические процедуры по 1 ч в день 2 раза в неделю. Во время последующего наблюдения длительность ношения ортезов проверялось с помощью еженедельных телефонных звонков. В период наблюдения не допускалось никаких других изменений в физиотерапевтическом или ортопедическом лечении, а также добавления новых методов лечения.

Для оценки эффективности была выбрана шкала оценки осанки и равновесия сидя (SAS) (см. таблицу, рис. 1). SAS разрабатывалась как инструмент, который легко выявляет изменения, прост в использовании и освоении. Она надежна и чувствительна к индивидуальным изменениям контроля позы и функционированию руки/кисти в позе сидя [51].

Шкала оценки позы в положении сидя

Примечание. * — максимально 2 из 5 мин общего времени.

Рис. 1. Центры опоры при нормальном и патологическом сидении.

а — патологическая поза в положении сидя; б — нормальная поза ребенка в положении сидя.

Для изучения влияния ортеза на осанку оценивались показатели CA и кифоза (KA). Для изучения влияния ортеза на латерализацию тазобедренного сустава (рентгологическое измерение с 2 разными исследователями) рассчитывали индекс миграции (MI), проводили магнитно-резонансную томографию. Все обследования проводились до и через 6 мес после лечения. Во время обследований детям не разрешалось носить ортез. Были проанализированы данные 24 детей. Корреляционные связи оказались тесными (рис. 2).

Рис. 2. Схема исследования.

Были выявлены статистически значимые различия показателей по шкале SAS для всех исследуемых групп в конце проводимого исследования по сравнению с исходным уровнем. Ни в одной из групп не было выявлено изменений MI. После лечения во всех группах наблюдалось повышение показателей SAS, однако в контрольной группе оно было значительно меньше, чем в других (рис. 3). Что касается рентгенологических измерений, то снижение CA в контрольной группе после лечения было значительно меньше, чем в группах с компрессионными ортезами. Изменения MI и KA после лечения существенно не различались между группами. При сравнении групп с 2- и 6-часовым применением компрессионных ортезов не было выявлено существенных различий ни по одной из оцениваемых переменных. На рис. 3 представлены изменения показателей в группах с компрессионными ортезами и группе сравнения после лечения.

Рис. 3. Изменения в группах через 1 мес после начала лечения.

MI — индекс миграции; CA — угол Кобба; KA — кифотический угол; BT — до лечения; МРТ — магнитно-резонансная томография.

В группах, где использовался компрессионный жилет, показатели CA и KA снизились по сравнению с исходными значениями, в то время как в контрольной группе они остались без изменений (см. рис. 3). В случае сколиоза было обнаружено, что динамический ортез на основе лайкры, применяющий деротационные силы, уменьшает угол сколиоза. Возможные механизмы связаны с материалом ортеза, что приводит к улучшению осанки и повышению проприорецепции. В отличие от использования жестких ортезов у таких пациентов, при применении компрессионных ортезов мышечная сила не снижается. По сравнению с жесткими ортезами пациенты, использующие компрессионные ортезы, лучше соблюдают режим и легче переносят длительное ношение ортеза [46]. Компрессионный ортез при использовании у детей со сколиозами не обладает выраженной деротационной силой. В исследовании осанка оценивалась с помощью системы трехмерного анализа, которая способна измерять дисбаланс туловища, наклон таза и боковое отклонение.

В последние годы методы реабилитации, направленные на улучшение положения позы и функции верхних и нижних конечностей у детей с ДЦП, все чаще используются в педиатрии. Отмечается интерес к изучению применения компрессионных ортезов в реабилитации [41, 45, 52—58]. Сравнение результатов представленного нами исследования с результатами других авторов затруднительно из-за неоднородности участников исследований, типа используемых костюмов, возраста пациентов, значений по шкале GMFCS. Не существует стандартизированного протокола времени ношения компрессионных ортезов. Исследователи стремились выбрать только один тип ортеза — жилет (не включая костюм, закрывающий все тело, леггинсы, футболки с длинным рукавом, перчатки и шорты) — и сосредоточились на изучении его влияния на улучшение позы. В разработках ФГБОУ ВО СПбГПМУ для детей с ДЦП, синдромом Дауна, расстройством аутистического спектра в зависимости от тяжести двигательных нарушений и контроля позы планируется использование различных компрессионных ортезов с учетом индивидуальных особенностей течения заболевания. Поскольку контроль над туловищем наиболее нарушен у детей с диплегией и тетраплегией, важным является ношение не только жилета, но и других типов компрессионных ортезов (рис. 4, 5) [59]. Чтобы установить эффективность компрессионных ортезов разного типа, необходимо выбирать более однородную группу по GMFCS пациентов и один тип корсетов.

Рис. 4. Компрессионный жилет.

Рис. 5. Грудо-поясничный компрессионный ортез.

Стабилизирующий ортопедический компрессионный ортез (жилет) корригирует кифотическую осанку и сколиоз, но не латерализацию тазобедренного сустава, если использовать его в сочетании с обычными упражнениями. Его можно использовать для улучшения осанки при сидении в сочетании с обычной терапией. Поскольку ношение этого ортеза в течение 2 и 6 ч одинаково эффективно, детям с низкой приверженностью терапии можно рекомендовать носить его в течение 2 ч.

Основываясь на данных последних исследований CPG и применения БТ с самой высокой доказательной базой, обеспечение ношения компрессионных ортезов пациентами рекомендовано в комбинации с ботулинотерапией с первых этапов, при этом важно учитывать паттерны спастичности. Инъекции БТА в верхнюю конечность позволяют изменить формирование патологических паттернов движений, а ношение компрессионных ортезов (корсетов, леггинсов или футболок с длинным рукавом) — создать правильную локомоцию.

Следует отметить важность этапности проведения ботулинотерапии — наши наблюдения показывают, что при раннем формировании спастических паттернов практически у всех пациентов имеет место гипертонус проксимальной мускулатуры конечностей, что требует инъекций большой грудной мышцы, широчайшей мышцы спины, подвздошно-поясничной мышцы. При наличии дискинетического компонента в гипертонус вовлекаются мышцы туловища, что требует обязательной инъекции ботулинического нейропротеина. У пациентов с гипертонусом проксимальной мускулатуры конечностей после воздействия ботулинотерапии обязательно проведение реабилитации, сочетающей лечебную физкультуру и компрессионные ортезы.

У детей с ДЦП в результате комплекса нарушений развивается иная постуральная организация, чем у здоровых детей, формируются патологические локомоторные паттерны. На базе полученных современных исследований CPG, данных об улучшении процесса обучения за счет опосредованного механизма работы спинномозговых цепей рекомендуется применение ботулинического токсина с целью изменения паттерна ходьбы в сочетании с использованием компрессионных ортезов. Таким образом, предполагается облегчение автоматизации нового локомоторного паттерна путем повышения афферентации и улучшения проприорецепции. Для подтверждения этих результатов необходимы дальнейшие крупномасштабные исследования.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.