Psychophysiological correction of motor disfunctions by means of functional biocontrol in traumatology and orthopedics

Full Text

Введение В современных представлениях о патогенезе двигательных нарушений при повреждениях и заболеваниях опорнодвигательного аппарата основное место отводится снижению уровня афферентации и расстройству биологических обратных связей, что способствует разрыву функциональных цепей биоуправления. Попытки алгоритмизации отношений функциональных элементов нервно-мышечной системы нашли отражение в ряде работ: теории сенсорных коррекций (Бернштейн Н.А.; 1947), теории функциональных систем (Анохин П.к.; 1954), теории управления, базирующейся на кибернетическом подходе (Houk J.C.; 1980) и др. для обеспечения координации мышечной деятельности необходимо взаимодействие ряда функциональных элементов нейромышечной системы. Эта система организована как замкнутый контур (Рис. 1а). Повреждение рецепторного звена способствует разрыву контура и разрушению обратных афферентных связей, необходимых для саморегуляции системы, что в свою очередь приводит к различным двигательным нарушениям (Рис. 1б). Пациент «забывает» как нужно выполнять движение, не способен выполнять активные движения с заданной амплитудой, в нужном темпе и т.п. Т.е. утрачиваются привычные, Рис. 1а. Схема взаимодействий элементов саморегулирующейся системы двигательного аппарата. V_J Т- ! РАБОЧАЯ ТОЧКА I ОБЪЕКТ Рис. 1б. Схема взаимодействий элементов саморегулирующейся системы при развитии дефицита афферентации. 20 Психофизиология, психодиагностика и психотерапия в восстановительной медицине и медицинской реабилитации Вестник восстановительной медицины № 3^2014 подчас элементарные двигательные навыки, а это существенно затрудняет процесс реабилитации, увеличивает сроки восстановления двигательной функции. Следует отметить, что для реализации двигательного навыка требуется четкая организация движений, которая условно разделяется на три уровня управления. к уровню «А», относятся простые составляющие движений: это тонус, сила, координация деятельности мышц-антагонистов. все они входят в компетенцию сегментарного аппарата спинного мозга. уровень «в», обеспечивает согласованность в работе мышц на подсознательном уровне, что необходимо для регуляции ходьбы и т.п. Осознанные управляемые движения контролируются на другом уровне. Его обозначают как уровень «С». Этот уровень обеспечивает целенаправленные перемещения в пространстве и воздействие на элементы внешнего мира. Необходимо обратить внимание на то, что при повреждениях и заболеваниях опорно-двигательного аппарата нарушается регуляция движений на уровнях «А» и «в». Отмечается значительное снижение функциональных возможностей мышц, а именно - понижение возбудимости, лабильности и, как следствие, - выраженное ухудшение интегральных показателей их функции - силы, работоспособности и выносливости. Нарушается координация мышечной деятельности, пациенты утрачивают большинство двигательных навыков. В последние годы наряду с общепринятыми методами лечения для коррекции нарушенных двигательных функций используют приемы биоуправления с обратными связями. Первые сообщения о возможности обучения произвольному контролю мышечной деятельности с помощью электромиографа появились около 60 лет назад. Но лишь в последнее десятилетие появились промышленные образцы терапевтических приборов. Применение этих приборов позволяет создать искусственный канал афферентации. Внешняя обратная связь занимает место рецептора, включаясь параллельно ему, в результате замыкается разорванный контур регуляции мышечной деятельности (Рис. 1в). Процессы восприятия афферентной информации складываются в цепь явлений объективного и субъективного порядка. При действии внешних и внутренних стимулов происходит возбуждение афферентных сенсорных нервных волокон, активность которых интегрируется в сенсор ных зонах головного мозга и формируется сенсорное впечатление - ощущение, на основе которого формируется двигательная задача и генерируются эфферентные сигналы. В основе субъективных феноменов - ощущений - лежат объективные гистохимические процессы, протекающие в нервной системе (Рис. 2). Воздействие стимула на рецепторы приводит к определенному восприятию, что потенцирует реакцию в виде поведения. На рисунке 3 приведено схематичное изображение путей афферентного потока информации, переключений в них и их функций. В центральной нервной системе различаются два уровня переработки сигналов от рецепторов: уровень афферентных систем и уровень интегративных и эфферентных систем. Опосредованное сенсорными стимулами адаптивное поведение состоит из восприятий и реакций с когнитивным (включающим сознательное опознание), аффективным (включающим чувства), мотивационным (включающим драйвы), двигательным и вегетативным компонентами. 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, общечувствительная, 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, 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 Рис. 1в. Схема взаимодействий элементов саморегулирую- Рис. 2. Соотношение объективных и субъективных феноменов щейся системы при создании внешнего канала афферентации в структуре процесса принятия решения. с помощью БОС. Психофизиология, психодиагностика и психотерапия в восстановительной медицине 21 и медицинской реабилитации Вестник восстановительной медицины № 3^2014 Рис. 3. Схема путей афферентного потока информации. работу отдельных анализаторов. Они ответственны за формирование планов и программ поведения, регуляцию и контроль человеческой деятельности. 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. 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 посредством аксонного орто- и ретроградного транспорта веществ. Среди них присутствуют синтезированные в теле мотонейрона низкомолекулярные белки, т.н. факторы трофики, влияющие исключительно на метаболизм в мышечных волокнах. Ретроградный транспорт, доставляет в нейроны аналогичные информационные факторы с периферии в которых закодирована информация о состоянии рабочих мышечных волокон и служит главным фактором для регуляции синтеза белков в теле нейрона. 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 ее функциональной востребованностью. Ограничение этой востребованности при ряде патологических состояний сопровождается снижением функциональной активности нервно-мышечного сопряжения и обусловливает перевод мышц в более «экономное» состояние - гипотрофию «неиспользования». С учетом приведенной функциональной схемы развитие патофизиологических изменений двигательного анализатора при повреждениях опорно-двигательного аппарата можно представить следующим образом. Недостаток афферентной информации влечет за собой ограничение интегративных процессов в сенсорных областях ЦНС, развитие дефицита сенсорных ощущений и нарушение процессов восприятия. Следствием этого является расстройство функций вторичных зон коры головного мозга, в частности синтеза решений, что приводит к значительному снижению потока эфферентных стимулов в направлении мотонейронов 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. Введение в представленную систему искусственной внешней обратной связи вносит некоторые коррективы в ее рабочую схему, а именно в область объективной сенсорной физиологии (Рис. 4). Использование в технологии ФБУ зрительных и звуковых сигналов информации предусматривает некоторое удлинение пути поступления информации в центры интеграции. В цепь афферентации включаются зрительный и слуховой анализаторы, а также их связи с корковыми интегрирующими структурами. При этом в коре головного мозга активизируются третичные зоны, которые оказывают управляющее влияние на нижележащие элементы. 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. Восполняя дефицит афферентной информации, искусственные обратные связи способствуют разрыву порочных кругов, формирующихся при повреждениях опорно-двигательного аппарата. Для практической организации тренировки с обратной связью используют различные аппаратные средства. Рис. 4. Схема дополнительных связей в коре головного мозга при создании внешнего канала афферентации с помощью БОС. 22 Психофизиология, психодиагностика и психотерапия в восстановительной медицине и медицинской реабилитации Вестник восстановительной медицины № 3^2014 На слайде вашему вниманию представлена рабочая классификация метода. В качестве ее системообразующих элементов использованы следующие составляющие: уровень воздействия, тип канала обработки и контролируемый параметр. Уровень воздействия соответствует уровню организации движения «А» или «В». Контролируемый параметр или показатели функции, нуждающейся в компенсации, в качестве которых могут выступать угловая скорость, биоэлектрическая активность, сила мышц, мощность, вращающий момент и др. Одной из форм организации обратной связи является использование в качестве средств сигнализации игровых сюжетов. Эффективность биоуправления определяется интенсивностью мотивации, остротой «настройки» пациента на достижение устойчивого уровня саморегуляции функции. Использование компьютерных мультимедийных игр повышает интерес пациента к процедуре, ее сценарию, придает происходящему эмоциональную окраску. Заключение Таким образом, при лечении травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата метод функционального биоуправления позволяет повысить уровень осознания и произвольного контроля физиологических процессов, не осознаваемых и не контролируемых произвольно в результате снижения или утраты их афферентации. Результаты внедрения метода в клинику свидетельствуют об его высокой эффективности.

About the authors

I. S Kosov

«Central Scientific-Research Institute of Traumatology and orthopedics n.a. N.N. Priorova»

Email: cito@cito-priorov.ru

References

Supplementary files