Современные здоровьесберегающие технологии №01 2017

Аннотация: в статье рассмотрены особенности мелкой моторики, причины, приводящие к ее нарушению, применяемые методы и средства для ее восстановления и развития, особенности современного роботизированного реабилитационного комплекса Amadeo с биологической обратной связью для восстановления и развития мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травма­тологического и неврологического профиля с целью создания более эффектив­ных реабилитационных программ.

Ключевые слова: мелкая моторика, ортопедия, травма, нейрореабилитация, роботизированные средства, виртуальная среда, биологическая обратная связь.

Постановка проблемы. Современный активный человек подвержен различным заболеваниям и повреждениям опорно-двигательного аппарата (ОДА), неврологичес­ким заболеваниям, приводящим к двигательной патологии верхних конечностей и непосредственно к нарушению мелкой моторики кисти. Анализ патологического двигательного состояния кисти и ее пальцев показал, что оно приводит к потере трудо­способ­ности и даже к инвалидности человека [2, 3, 5-10,].

Восстановление и развитие мелкой моторики кисти осуществляется при помощи различных методов и средств, включающих физические упражнения, массаж, методы физиотерапии, специальные технические средства, однако эффектив­ность реабилита­ционных мероприятий с использованием традиционных средств все еще оставляет желать лучшего.

Для повышения эффективности восстановления темати­ческих больных необхо­димо включение в реабилитационный процесс новых современ­ных методов и средств с использованием биологической обратной связи (БОС), которые могут дополнять традиционные средства или работать самостоятельно. К таким средствам относятся современные роботизированные реаби­литационные комплексы, системы и аппараты с использованием БОС [1, 4, 13 ].

Анализ последних публикаций по исследуемой проблеме. В процессе физичес­кой реабилитации с целью восста­нов­ления и развития мелкой моторики кисти в результате заболеваний и повреждений используют традиционные методы и средства, включающие физические упражнения, массаж, методы физиотерапии, специальные технические средства и др. [3, 5-11], которые не в полной мере обеспечивают требуе­мую эффективность программ физической реабилитации.

В последнее время появились новые методы и средства с использованием БОС, широко применяется роботизи­рованная механотерапия - новый реабилитационный метод [1, 4, 13]. Они позволяют значительно повысить эффективность реабилитацион­ных мероприятий по восста­нов­лению и развитию мелкой моторики кисти у больных  ортопедо-травмато­ло­ги­ческого и неврологического и профиля.

С учетом приведенного, применение роботизи­рованной механотерапии в виде  роботизированного реабилитационного комплекса Amadeo с БОС для восстановления и развития мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травма­тологического и невро­ло­гического профиля для повышения эффектив­ности реабилитации является актуальной и важной научной проблемой, решение которой сохранит здоровье человека.

Актуальность исследования. Работа выполнена по плану НИР «Разработка технологий обеспечением психофизической реабилитации и оздоровления человека  (№ государственной регистрации 0111U003539) кафедры биобезопасности и здоровья человека Национального технического университета Украины «Киевский политехни­ческий институт имени Игоря Сикорского».

Цель исследования – рассмотреть подходы относительно повышения эффективности реабилитации по восстановлению и развитию мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травма­тологического и неврологического профиля с помощью роботизированного реабилитационного комплекса Amadeo с использованием БОС.

Задачи исследования:

1. Проанализировать особенности мелкой моторики кисти и ее нарушения.

2. Рассмотреть существующие методы и средства для восстановления и развития мелкой моторики кисти.

3. Рассмотреть возможность развития мелкой моторики кисти с помощью роботи­зированного реабилитационного комплекса Amadeo с БОС.

4. Дополнить существующие методы и средства для восстановления и развития мелкой моторики кисти с целью создания новой более эффективной реабилитационной программы с применением роботи­зированного реабилитационного комплекса Amadeo с БОС у больных ортопедо-травматологического и неврологического и профиля.

Организация и методы исследования. Использован анализ специальной научно-методической литературы и информационных источников Интернет, методы теоретического исследования.

Результаты исследования. Мелкая моторика представляет собой совокупность скоординированных действий человека, направленных на выполнение точных мелких движений кистями и пальцами рук и ног. Она достигается скоординированным функционированием нервной, мышечной, костной и зрительной систем. В применении к моторным навыкам руки и пальцев часто используется термин «ловкость» [5, 14-16].

К области мелкой моторики относится большое количество разнообразных движений: от примитивных жестов (захват объектов), до очень мелких движений, от которых, например, зависит почерк человека.

В повседневной жизни человеку постоянно требуется совершать различные действия мелкой моторики: застёгивание пуговиц, манипулирование мелкими предметами, письмо, рисование, работа на клавиатуре компьютера и т. д., поэтому от её развития зависит качество жизни любого человека. Для людей пожилого и старческого возраста развитие мелкой моторики играет важное значение для поддержания работоспособности коры головного мозга и, как следствие, для поддержания качества жизни. Для лиц пожилого возраста, перенесших различные травмы ОДА и заболевания, приводящие к нарушению мозговой деятельности, развитие мелкой моторики способствуют улучшению психического здоровья и восстановлению деятельности центральной нервной системы (ЦНС).

Без анализа моторных навыков врач-психолог не может дать полную картину индивидуальных особенностей человека - ребенка или взрослого. Согласно международной классификации болезней (МКБ – 10), выделяют медицинский диагноз под маркировкой F82: «специфические расстройства моторной функции» [18]. Бывают случаи, когда дисфункция координации незначительна и постановка данного диагноза не уместна, но необходимо учитывать, что малейшее нарушение моторики негативно сказывается на обучении, интеллектуальных способностях, а часто эмоциональном и общем физическом состоянии человека.

Хорошо развитая мелкая моторика активно взаимодействует со вниманием, мышлением, координацией, наблюдательностью, воображением, зрительной и двигательной памятью [14]. Еще во II веке до новой эры китайские ученые знали о влиянии действия рук на развитие головного мозга человека. Они утверждали, что упражнения с участием рук и массаж пальцев гармонизирует тело и разум, положи­тельно влияют на деятельность мозга. Каждый палец руки имеет довольно обширное значение в коре больших полушарий мозга. Развитие тонких движений пальцев рук предшествует появлению артикуляции слогов [14]. Благодаря развитию пальцев в мозгу формируется проекция «схемы тела человека», а речевые реакции находятся в прямой зависимости от тренированности пальцев. Пальцы имеют большое количество рецепторов, посылающих импульсы в ЦНС человека, а массируя определенные точки, можно воздействовать на внутренние органы, связанные с этими точками [2, 5, 9, 14].

Существует три основных типа нарушений мелкой моторики [5, 6]: нарушения подачи сигнала на выполнение действия (органические поражения головного мозга, инсульт, травмы головы); нарушения передачи сигнала (болезнь Паркинсона, постинсультное состояние); нарушения в приёме и выполнении сигнала (ДЦП, травмы конечностей, недостаточное развитие ловкости и т. д.). Нарушения мелкой моторики могут наблюдаться при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ), при нарушениях зрения, произношения вследствие нарушения иннервации речевого аппарата в результате поражения нервной системы (дизартрия), спиноцеребеллярной атаксии (клиническая характеристика - прогрессирующее расстройство координации движений) и др. Нарушения мелкой моторики рук могут возникать в таких случаях     [2, 3, 9, 15]: травмы кистей рук, аутизм, органическое поражение головного мозга.

Практически любое нарушение (отклонение) развития ребенка характеризуется специфическим признаком [18]: нарушение моторики; неловкость, угловатость движений; неправильное или неполное представление о схеме собственного тела (расположение и взаимоотношения частей тела); незнание предлогов пространствен­ного расположения объектов (например, ребенок 5-го года жизни должен знать такие предлоги, как «позади - перед»); недостаточность изобразительной деятельности (например, ребенок копирует рисунок с поворотом на 45-90°).

Восстановить мелкую моторику рук после инсульта и травм головы реально, но  не во всех случаях. Восстановление лежачего больного после инсульта или травмы головы требует много времени и терпения. Такой больной вынужден заново учиться разговаривать, сгибать/разгибать конечности, садиться, вставать/ходить. Доказано, что развитие мелкой моторики рук тесно связано с развитием речи [2, 5, 7, 8, 14, 15]. Таким образом, развитие мелкой моторики будет способствовать и восстановлению речи лежачего больного, если она была нарушена в результате травмы головы или инсульта.

От развития мелкой моторики взрослые получат все те же плюсы, что и дети. Речевые навыки вряд ли ощутимо улучшатся, но мыслительные процессы - улучшаются. Есть особенность в способах развития, поскольку мелкая моторика взрослых уже в достаточно развита, они уже обладают всеми основными навыками. Для развития мелкой моторики взрослых отлично подойдет обучение игре на музыкальном инструменте (гитара, пианино и др.), поскольку в мозгу образуется целая новая система. Можно освоить десятипальцевый метод печати, все те, кто обладает этим методом печати (онлайновый клавиатурный тренажер «Клавогонки»), обладают очень высокой скоростью мышления и выдающейся сообразительностью [16]. Только регулярные систематические занятия дадут ощутимый, устойчивый результат.

Амбидекстрия - это врожденная или выработанная способность владения не ведущей рукой так же, как ведущей. Суть ее состоит в следующем [16]: легкость владения ведущей рукой примерно отражает развитость психики и когнитивных навыков человека. Следует выполнить следующее упражнение: записать ведущей рукой любое предложение, оценить насколько это было легко. Далее то же предложение записать не ведущей рукой и оценить, насколько это было трудно. Разница в легкости написания ведущей и не ведущей рукой примерно равна спящему внутри человека потенциалу. После этого несложного упражнения многие поразятся  огромной разнице.

Еще одно преимущество амбидекстрии. Для решения проблем некоторых эпилептиков нейрохирургам приходится рассекать им мозг. Отделяют полушария друг  от друга, за больными некоторое время наблюдают и эти наблюдения привели к следующему открытию. Активность доминантного полушария возрастает в то время, как не доминантное полушарие практически прекращает свою активность. Плохо развитое не доминантное полушарие, из-за своей неразвитости, притормаживает доминантное полушарие мозга, не давая раскрыть ему весь свой потенциал. Проверить это очень легко. Необходимо выполнить упражнение, описанное выше, но после того, как человек запишет предложение не ведущей рукой, то же самое предложение записать опять ведущей рукой и оценить, насколько быстрее, легче и ровнее стал прежний почерк человека. Это происходит буквально мгновенно. Эффект будет сильнее, если не ведущей рукой писать дольше. Развитие не ведущей руки - это очень важный момент в развитии способностей каждого человека.

Для восстановления и ускорения развития мелкой моторики применяют различ­ные методы и средства, где основными являются [2-11, 14-18]: игры с мелкими предметами (пазлы, мозаика, конструкторы, бусины и т. п.), пальчиковые игры,  массаж кистей и пальцев, лепка, вязание, восточные единоборства, кинезиологические упражнения на развитие общей и мелкой моторики, одновременное использование двух рук (например, рисование обеими руками), бисероплетение, вышивание бисером, макраме, ритмика, хореография, лыжный спорт, теннис, верховая езда, изготовление всевоз­можных моделей самолетов, танков, парусников, резьба по дереву, ювелирная работа, занятия по пассивной разработке пальцев кисти на СРМ-тренажерах: Artromot-F, Kinetec Maestra Portable hand CPM [3, 11], электростимуляция  с БОС на аппарате Тренар-01, физические упражнения сочетают с элементами эрготерапии, занятия включали: методики самоухода, обучения продуктивной деятельности, для развития функций кисти с использованием тренажеров, развивающие методики, коррекция нарушений поверхностной и глубокой чувствительности [6].

При тренировке мелкой моторики рук лежачих больных можно использовать самые разные мелкие предметы: грецкие орехи, фасоль, пазлы и мозаику, мягкие мячики, кубики-рубика и специальные тренажеры для рук. Как только лежачий больной с нарушенной мелкой моторикой рук сможет сам есть, его нужно научить пользоваться столовыми приборами (вилкой, ложкой и ножом), у которых должны быть специальные толстые ручки.  Очень важно для восстановления мелкой моторики ежедневно делать специальные упражнения для кистей рук.

Упражнения на развитие мелкой моторики оказывают стимулирующее влияние на развитие речи и  являются мощным средством поддержания тонуса и работоспособ­ности коры головного мозга, средством взаимодействия ее с подчинёнными структу­рами, памятью, мышлением, вниманием и наблюдательностью. Движения руки человека формируются в процессе воспитания и обучения, как результат ассоциатив­ных связей, возникающих при работе зрительного, слухового и речедвигательного анализаторов [14].

В настоящее время в различных странах широко применяется роботизированная механотерапия, которая представляет новый метод физической реабилитации. Суть ее заключается в использовании специальных роботизированных конструкций для тренировки функций верхних и нижних конечностей с наличием обратной связи. Ее преимущество - достижение наилучшего качества тренировок по сравнению с тради­ционной ЛФК благодаря таким факторам: увеличение продолжительности занятий, высокая точность циклических многократно повторяющихся движений, стабильная равномерная программа занятий, наличие механизмов оценки эффектив­ности выпол­ня­емых физических упражнений с возможностью показать ее пациенту [1, 4].

Комплекс средств для реабилитации верхних конечностей предназначен для восстановления функции кистей и пальцев рук в основном при инсультах и ​​черепно-мозговых травмах, проведение реабилитационных программ при посттравматических и послеоперационных патологий суставов кистей рук, хронических дегенеративных и воспалительных заболеваний суставов кистей рук. Суть действия подобных средств заключается в технике обратного обучения движениям верхних конечностей. При травме или инсульте ткани в области поражения мозга погибают, и в этой области  прекращается передача импульсов. Однако благодаря механизму нейропластичности мозг может адаптироваться ко многим патологическим ситуациям.

Особую сложность при двигательной реабилитации руки вызывает восста­нов­ление мелкой моторики кисти, выполняющей статическую, динамическую и сенсорную функции. Вытянутая вперед рука, открытая, с прямыми пальцами служит лопатой, совком, а согнутые пальцы - крюком, щипцами. Более сложная ее функция – захват, при его выполнении человек в зависимости от цели движения, характера объекта (размер, масса, форма, консистенция) образует с кисти новый механизм и создает новые позиции.

В основе различных движений лежат 6 видов хвата: крючковые, межпальцевые, плоскостной, щипковый, цилиндрический, шаровой. Точность, прочность захвата обеспечивается не только всеми отделами кисти (пальцами, пястью, запястьем), но очень зависит от функции надплечья, плеча, локтя, предплечья. Захват и удержание предметов представляет собой сложный двигательный акт, состоящий из ряда подготовительных моментов.

Некоторые из них существующих роботизированных и механотерапевтических тренажеров имеют возможность тренировать цилиндрический захват кисти с помощью датчиков, находящихся в рукоятке устройства и системы БОС. Однако у пациентов с высоким мышечным тонусом в сгибателях пальцев и отсутствием активного разгиба­ния пальцев - тренировка на данных средствах невозможна.

Большинство тренажеров и роботизированных средств для тренировки мелкой моторики кисти, имеют вид экзоскелета, обеспеченного электро- или пневмоприводами для каждого пальца. Отличительной особенностью таких устройств является наличие привода или двигателя для каждого пальца руки. Как правило, подобные устройства представляют собой экзоскелет и выполнены в форме перчатки, которая может быть жесткой и мягкой конструкции, однако не все роботизированные устройства для тренировки мелкой моторики представляют собой экзоскелет.

В настоящее время для обеспечения диагностики и лечения нарушений мелкой моторики кисти, ее восстановления и развития у больных ортопедо-травматологи­чес­кого и неврологического профиля используется современный  роботизированный реабилитационный комплекс с обратной связью Amadeo [12]. Этот комплекс позволяет оценить силу сгибания/разгибания и объем движения в каждом пальце кисти, максимально эффективно провести курс физической реабилитации, при этом область движения для каждого пальца устанавливается отдельно (рис. 1).

Комплекс Amadeo является единственным на сегодняшний день роботи­зиро­ван­ным средством с БОС, позволяющим восстанавливать моторику кисти в пассивном, активно-пассивном и активном режимах при патологии различного генеза (в основном у пациентов неврологического профиля и после травмы). Он используется для пациентов, перенесших острое нарушение мозгового кровообращения, нейрохирур­ги­ческие операции, черепно-мозговые травмы (ЧМТ), травмы шейного отдела спинного мозга, периферической нервной системы, травмы кисти.

В интерактивных программах больной может активно, с помощью целенаправленных заданий в игровой форме тренировать функции пальцев. Требования к пациентам постоянно повышаются с помощью уровней сложности. Разнообразные упражнения и тренировки, а также наглядная оценка в режиме БОС мотивируют и стимулируют человека. Вся полученная информация, сохраненная в базе данных, позволяет создать полную документацию, графический анализ, комплексно отражающий реабилитационный процесс.

Комплекс Amadeo - идеальное устройство для всех этапов восстановления здоровья и трудоспособности, с высокой универсальностью, гибкостью и простым применением, обладает мультифункциональными возможностями для измерения силы и диапазона движе­ний в дистальных отделах руки и последующего восстановления функции в кисти, в том числе и у детей и инвалидов (рис. 2).

Благодаря новому модулю для поверхностной электромиографии (ЭМГ) есть уникальная возможность фиксирования биоэлектрической активности мышц. Модуль EMГ фиксирует минимальную активность в мышцах больного с нарушениями, при которых отсутствует двигательная активность пальцев и кисти.

Возможности роботизированного реабилитационного комплекса Amadeo с БОС для развития мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травма­то­ло­гического и неврологического и профиля:

- проведение целенаправленных занятий для улучшения функций, объема и координации движений верхней конечности, а у пациентов с последствиями шейно-спинальной травмы приводит к значительному улучшению двигательной и функцио­наль­ной активности дистальных отделов верхних конечностей и повышению их качества жизни;

- стимуляция и восстановление проприоцептивной чувствительности в пальцах и кисти; восстановление функции захвата оппозиции большого пальца;

- восстановление функций кисти и пальцев вследствие неврологического заболевания (инсульт, рассеянный склероз, гемиплегия, ДЦП), при повреждениях периферических нервов, после нейрохиругических операций, реконструктивных операций на кисти, ЧМТ, реплантации кисти, пальцев и транспозиции пальцев;

- улучшение координации движений кисти у лиц пожилого возраста;

- движение каждого пальца программируется в зависимости от задач тренинга;

- развитие мелкой моторики кисти у детей и подростков;

- проведение функциональных тренировок в среде виртуальной реальности, а игровые задания, направленные на достижение цели помогают дольше удерживать внимание и повышать мотивацию пациента;

- обеспечение тренировок с применением встроенной БОС;

- проведение движений всеми пальцами одновременно или по отдельности;

- проведение объективной оценки изометрической силы, объема движений в пальцах, наличия спазмов;

- проведение индивидуальной настройки под особенности каждого пациента и простота использования; обеспечение встроенными сенсорными датчиками измерения изометрической силы и объема движений;

- проведение ранней реабилитации даже у пациентов с тяжелыми патологиями;

- за счет применения обратной связи пациент может наблюдать за активностью мышц на экране компьютера при отсутствии видимых движений; отображение каждой попытки активности пациента;

- совершенствование координации мышц антагонистов, которая часто нарушена у пациентов, перенесших инсульт;

- конструкция комплекса позволяет выполнять упражнения в различных положениях предплечья (положении пронации, между пронацией и супинацией);

- за счет механизмов БОС он эффективен не только для пациентов с ограни­чен­ным объемом движений в кисти, но и при плегии дистального отдела верхней конечности, при нарушениях чувствительности;

- сокращение периода восстановления функций кисти на разных этапах двига­тельной реабилитации.

Выводы

1. Проведен анализ особенностей мелкой моторики кисти и типы ее нарушения, которые включают: нарушения подачи сигнала на выполнение действия, передачи сигнала, в приёме и выполнении сигнала.

2. Рассмотрены методы и средства для восстановления и развития мелкой моторики кисти, включающие: игры с мелкими предметами и пальчиковые игры,  массаж кистей и пальцев, лепка, вязание, восточные единоборства, кинезиологические упражнения на развитие общей и мелкой моторики, одновременное использование двух рук, вышивание бисером, макраме, ритмика, хореография, лыжный спорт, теннис, верховая езда, изготовление моделей самолетов, танков, парусников, резьба по дереву, ювелирная работа, пассивная разработка пальцев кисти на СРМ-тренажерах, электро­сти­муляция  с БОС на аппарате Тренар-01, использование специальных ортопедичес­ких средств и тренажеров, методов коррекции нарушений поверхностной и глубокой чувствитель­ности и другие.

3. Проведен анализ функциональных возможностей современного роботизи­ро­ван­ного реабилита­цион­­ного комплекса Amadeo с использованием БОС для диагнос­тики, восстановления и развития мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травма­тологического и неврологического профиля.

4. Определена возможность дополнения существующих методов и средств для восстановления и развития мелкой моторики кисти роботи­зированным реабили­та­ционным комплексом Amadeo с БОС для создания новой эффективной реаби­ли­та­цион­ной программы для больных ортопедо-травматологического и неврологического и профиля.

Перспективы дальнейших исследований. Планируется на основе полученных результатов разработать и внедрить программу реабилитации для восстановления и развития мелкой моторики кисти у больных ортопедо-травматологического и невроло­ги­ческого и профиля на базе традиционных и современных методов и средств.

Summary

The APPLICATION of the robotic system “AMADEO” for recovering and improvement of the shallow motor skills in patients with orthopedic trauma and neurological disorders

Y.A. Popadiukha, E.B. Lazareva

National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv

Abstract. In the article were described the features of the shallow motor skills, the reasons bringing to its disorders of applicable methods and tools for its recovering and improvement, the peculiarities of the modern robotic rehabilitation complex “Amadeo” with biofeedback for the recovering and improvement of the shallow motor skills in patients with hand’s orthopedic and neurological trauma’s profile to create a more effectineness rehabilitation programs.       

Keywords: shallow motor skills, orthopedic, trauma, neurorehabilitation, robotic tools, virtual environment, biofeedback.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Попадюха Юрий Андреевич – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры биобезопасности и здоровья человека, Национальный технический университет Украины «КПИ имени Игоря Сикорского», г. Киев. E-mail: Popadyxa_@ukr.net

Popadiukha Uriy Andreevich – doctor of technical Sciences, Professor, Department of biosafety and human health, the National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Kyiv. E-mail: Popadyxa_@ukr.net

Лазарева Елена Борисовна – доктор наук по физическому воспитанию и спорту, профессор, заведующий кафедры физической реабилитации, Национальный университет физического воспитания и спорта Украины, г. Киев. E-mail: helenka_l@mail.ru

Lazareva Elena - doctor of Science in Physical Education and Sports, Professor, Head of the Department of physical rehabilitation, National University of Physical Education and Sport of Ukraine in Kiev. E-mail: helenka_l@mail.ru