Psychophysiological bases of efficiency of restoration of muscle function by the method of functional biofeedback

Full Text

Эффективность использования методик функционального биоуправления (ФБУ) в комплексном функциональном лечении двигательных нарушений убедительно продемонстрирована в ряде работ отечественных и зарубежных авторов [3—5]. Являясь по сути психофизиологическим, метод характеризуется сознательным и активным участием пациента в процессе лечения. Наиболее полно эффект ФБУ проявляется при восстановлении фазической (двигательной) функции мышц у больных с травмами опорнодвигательного аппарата. Предоставляя пациенту оперативную информацию о степени активности ослабленной мышцы или группы мышц, метод способствует созданию адекватного режима для тренировки их двигательных качеств. Основным условием реализации ФБУ является создание дополнительных искусственных обратных связей, организованных, как правило, с помощью различных аппаратных средств. Представления о патогенезе двигательных нарушений при повреждениях опорно-двигательного аппарата и иммобилизации, в которых основное место отводится снижению уровня афферентации и расстройству биологических обратных связей (БОС), инициировали разработку и внедрение целого ряда приборов, реализующих принцип ФБУ. Высокий терапевтический эффект тренировок с БОС по различным двигательным параметрам позволил относиться к этому лечебному фактору как к патогенетическому функциональному методу «БОС» (biofeedback — англ.).

Попытки раскрыть физиологические механизмы восстановления двигательных функций под воздействием БОС наталкиваются на очевидные объективные трудности, связанные с ограниченными возможностями исследовательской техники в области изучения проблем мозга, межнейронных взаимодействий, высшей нервной деятельности, сопряжения сознательного и бессознательного компонентов. Поэтому существующие концепции терапевтического эффекта ФБУ базируются в большей своей части на гипотезах. Впрочем, нельзя не признать, что основные медико-биологические учения развивались именно из гипотез, проходивших со временем проверку и получавших объективное доказательство.

Так, в настоящее время считается общепризнанным, что механизмы формирования двигательного навыка предусматривают постоянное присутствие контроля за локомоцией как при становлении нового движения, так и при последующем его воспроизведении. В случае нарушения имеющегося движения в результате травмы или под воздействием иных факторов происходит расстройство налаженных механизмов контроля и реализации двигательного акта. Целью медицинской реабилитации пациентов с двигательными нарушениями является восстановление соответствующего целенаправленного управления моторной деятельностью. Для оптимального моторного обучения требуется наличие замкнутой системы, обеспечивающей точную и постоянно поддерживаемую обратную (афферентную) связь.

Процессы восприятия афферентной информации складываются в цепь явлений объективного и субъективного порядка. При действии внешних и внутренних стимулов в проприоцепторах возникают потенциалы, вызывающие в свою очередь возбуждение афферентных сенсорных нервных волокон, активность которых интегрируется в сенсорных зонах головного мозга, в результате чего формируется сенсорное впечатление (ощущение). Это ощущение связано, как правило, с тем, что субъект уже испытал и чему обучился, при этом оно становится восприятием, на основе которого формируется двигательная задача и генерируются эфферентные сигналы (схема 1). В основе субъективных феноменов — ощущений — лежат объективные (гистохимические) процессы, протекающие в нервной системе.

Характер восприятия зависит от ассоциативных связей в определенной области коры головного мозга, накопленных в процессе формирования функциональных зон и несущих в себе свойства, которые можно охарактеризовать как опыт. Экспериментальные сравнительно-анатомические исследования изучение особенностей поведения, а также физиологические работы с использованием метода раздражения или метода выключения отдельных участков мозга позволили констатировать наличие отчетливой иерархической организации всех действующих систем головного мозга (зрительная, слуховая, обще чувствительная, двигательная). В основе каждой из них лежат первичные (проекционные) зоны, куда приходят афферентные и откуда отправляются эфферентные импульсы, при этом воспринимаемая информация подготавливается к дальнейшей обработке во вторичных зонах коры. Надстроенные над первичными зонами вторичные зоны относятся к области субъективной сенсорной физиологии и способны к анализу и синтезу поступающей информации, переработке (кодированию), интеграции сенсорной информации, хранению материала чувственного опыта, а также к подготовке сложных двигательных программ. Наконец, над этими зонами надстраиваются третичные зоны коры (зоны перекрытия), играющие особенно важную роль в функциональной организации мозга и обеспечивающие совместную работу отдельных анализаторов. Они ответственны за формирование планов и программ поведения (в частности — двигательного), регуляцию и контроль человеческой деятельности [2]. Синтез решения и начальный этап реализации движения выражается в селективном возбуждении двигательных нейронов первичной (проекционной) зоны коры и генерации эфферентных импульсов, распространяющихся на соответствующие мотонейроны сегментов спинного мозга.

Схема 1. Соотношение объективных и субъективных фе­номенов в структуре процесса принятия решения

На сегментарном уровне в системе биоуправления главенствуют рефлекторные связи, одно из основных предназначений которых — поддержание стабильности в суставах как в покое, так и при движении. Взаимоотношения элементов рефлекторных дуг реализуются посредством генерации, восприятия и обработки биоэлектрических сигналов. В то же время крайне важное значение имеют биохимические (гуморальные) связи мотонейронов и мышечных волокон. Помимо выполнения своей специфической функции как проводника потенциалов действия, аксон служит каналом для орто-и ретроградного транспорта веществ. Белки, синтезированные в теле мотонейрона, синаптические медиаторные вещества, а также низкомолекулярные факторы посредством аксонного транспорта спускаются к синапсу. Предназначение этих веществ состоит в обеспечении синаптической передачи импульса возбуждения, а также в настройке обменных процессов в мышце: среди составляющих аксонного транспорта выделяется ряд субстанций, влияющих исключительно на метаболизм в мышечных волокнах, которые получили общее название трофических факторов. Ретроградный транспорт, доставляющий с периферии «сигнальные» факторы, содержащие информацию о состоянии рабочих мышечных волокон, рассматривается как главный фактор для регуляции синтеза белков в теле нейрона [6, 7]. Обмен биохимическими субстанциями между мотонейроном и мышечным волокном обеспечивает поддержание некоторого уровня энергетических процессов в мышце, достаточного для удовлетворения потребности в сокращении в соответствии с функциональной востребованностью мышцы. Ограничение этой востребованности при ряде патологических состояний (гиподинамия, иммобилизация и пр.) сопровождается снижением функциональной активности нервно-мышечного сопряжения и обусловливает перевод мышцы в более «экономное» состояние.

С учетом приведенной принципиальной схемы развитие патофизиологических изменений двигательного анализатора при повреждениях опорнодвигательного аппарата можно представить следущим образом. Снижение уровня афферентации влечет за собой ограничение интегративных процессов в сенсорных областях ЦНС, дефицит сенсорных ощущений и нарушение процессов восприятия. Следствием этого является расстройство функции вторичных зон коры головного мозга, в частности синтеза решений, что приводит к значительному снижению потока эфферентных стимулов в направлении мотонейронов соответствующих сегментов спинного мозга. В условиях пониженного влияния со стороны вышерасположенных уровней управления мотонейроны сегментарного аппарата оказывают меньшее, чем в норме, стимулирующее воздействие на мышечные волокна, в результате чего изменяется активность метаболизма в мышце и, как следствие, происходит дальнейшее снижение уровня афферентации. При этом замыкается порочный круг, в котором основным инициирующем элементом служит дефицит сенсорной информации.

Схема 2. Формирование дополнительных связей в коре го­ловного мозга при создании внешнего канала афферентации с помощью БОС. (ОДА — опорно-двигательный аппарат; ОС — обратная связь)

Введение в представленную систему искусственной внешней обратной связи вносит некоторые коррективы в ее рабочую схему, а именно в область объективной сенсорной физиологии (см. схему 1). Использование в технологии ФБУ зрительных и звуковых сигналов информации предусматривает некоторое удлинение пути поступления информации в центры интеграции. Это обусловливает включение в цепь афферентации органов зрения и слуха, а также зрительного и слухового анализаторов и их связей с корковыми интегрирующими структурами (схема 2). При этом в коре головного мозга активизируются третичные зоны, которые оказывают управляющее влияние на нижележащие элементы (зоны). Распространение возбуждения на мотонейроны сегментов спинного мозга и далее на мышечные волокна стимулирует интенсификацию энергетических процессов в мышце, что сопровождается соответствующими качественными и количественными изменениями аксонного транспорта. Сокращение мышц, возникающее при возбуждении, запускает генерацию сенсорных сигналов и увеличивает поток афферентных импульсов. Таким образом, метод ФБУ, восполняя дефицит афферентной информации, способствует разрыву порочных кругов, формирующихся при повреждениях опорно-двигательного аппарата.

About the authors

I. S. Kosovo

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Scheme 1. The ratio of objective and subjective phenomena in the structure of the decision-making process

Download (347KB)

Indexing metadata

3. Scheme 2. Formation of additional connections in the cerebral cortex when creating an external afferent channel using BFB. (ODA - musculoskeletal system; OS - feedback)

Download (395KB)

Indexing metadata