Preview

"Хирургия позвоночника"

Расширенный поиск

Динамика независимости и локомоторных возможностей при тренировках ходьбы в экзоскелете у пациентов с тяжелой хронической позвоночно-спинномозговой травмой

https://doi.org/10.14531/ss2020.4.54-67

Полный текст:

Аннотация

Цель исследования. Оценка эффективности комплексной реабилитации с применением тренировки ходьбы в экзоскелете «ExoAtlet» у пациентов с тяжелыми хроническими параплегиями, вызванными травмой грудного и верхнепоясничного отделов позвоночника.

Материал и методы. Дизайн: проспективное моноцентровое исследование. Пятидесяти пациентам с тяжелыми повреждениями спинного мозга (ASIA: A – 36, В – 10, C – 4; Frankel: A – 24, B – 16, C – 10) с давностью от 6 мес. до 23 лет после осложненной позвоночно-спинномозговой травмы грудного и верхнепоясничного отделов проведено два интенсивных курса комплексной нейрореабилитации, включающих 36 тренировок/часов ходьбы в экзоскелете. Для анализа выбраны три направления, наиболее важные для пациента: изменение независимости пациентов (оценка по шкале SCIM III), локомоторных возможностей (индекс мобильности Хаузера и тетрапедальные тесты), а также показателей силы и чувствительности (стандарт ASIA). Тестирование проведено до начала и через месяц после окончания второго курса. Изучены частота позитивных сдвигов по каждому направлению и их зависимость (ANOVA) от полноты поражения спинного мозга и давности травмы.

Результаты. Увеличение независимости отмечено у 46/50 пациентов, в том числе на 1–3 балла SCIM – у 14 (28 %), на 4–9 баллов – у 20 (40 %), на 10 баллов и выше – у 12 (24 %). Локомоторные возможности улучшили 84 % пациентов за счет сокращения времени выполнения тестов и снижения потребности в помощи. Прогресс чувствительности ниже зоны поражения не менее чем на 1 балл выявлен у 80 % пациентов (в среднем на 6 баллов AIS), в том числе у 68 % по тактильной и у 54 % по болевой чувствительности. Прирост силы мышц отмечен у 7 (14 %) пациентов с неполным поражением спинного мозга (в среднем на 3,5 балла AIS). В пределах исследованной группы установлено отсутствие зависимости достигнутого прогресса в независимости, локомоторных возможностях и чувствительности от полноты поражения спинного мозга и срока после травмы.

Заключение. Реабилитация с применением повторных интенсивных курсов тренировок ходьбы в экзоскелете увеличивает независимость, расширяет локомоторные возможности и улучшает чувствительность ниже зоны поражения у большинства пациентов с полным и неполным поражением спинного мозга при разных сроках после травмы.

Об авторах

Е. Ю. Шапкова
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии; Санкт-Петербургский государственный университет
Россия

Елена Юрьевна Шапкова, канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, руководитель направления «нейрореабилитация» лаборатории нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий Центра патологии позвоночника; ведущий научный сотрудник лаборатории нейропротезов Института трансляционной биомедицины

Россия, 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 32;

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9



Д. В. Емельянников
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии
Россия

Дмитрий Владимирович Емельянников, научный сотрудник лаборатории нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий Центра патологии позвоночника

Россия, 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 32



Ю. Е. Ларионова
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии
Россия

Юлия Евгеньевна Ларионова, научный сотрудник лаборатория нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий Центра патологии позвоночника

Россия, 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 32



Н. А. Купреев
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии
Россия

Никита Александрович Купреев, младший научный сотрудник лаборатории нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий Центра патологии позвоночника

Россия, 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 32



Е. В. Григорьева
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии
Россия

Екатерина Вячеславовна Григорьева, младший научный сотрудник лаборатории нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий Центра патологии позвоночника

Россия, 194064, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 32



Список литературы

1. Всемирная организация здравоохранения: сайт. [World Health Organization: website]. URL: https://www.who.int/mediacentre/news/releases/2013/spinal-cord-injury-20131202/ru.

2. Даминов В.Д., Ткаченко П.В. Экзоскелеты в медицине: мировой опыт и клиническая практика Пироговского центра // Вестник национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2017. Т. 12. № 4. Ч. 2. С. 17–22. [Daminov VD, Tkachenko PV. Exoskeletons in medicine: world experience and clinical practice of the Pyrogov center. Bulletin of Pirogov National Medical and Surgical Center. 2017;12(4).Pt 2:17–22. In Russian].

3. Nam KY, Kim HJ, Kwon BS, Park JW, Lee HJ, Yoo A. Robot-assisted gait training (Lokomat) improves walking function and activity in people with spinal cord injury: a systematic review. J Neuroeng Rehabil. 2017;14:24. DOI:0.1186/s12984-017-0232-3.

4. Del-Ama AJ, Koutsou AD, Moreno JC, De-los-Reyes A, Gil-Agudo A, Pons JL. Review of hybrid exoskeletons to restore gait following spinal cord injury. J Rehabil Res Dev. 2012;49:497–514. DOI: 10.1682/jrrd.2011.03.0043.

5. Onose G, Cardei V, Craciunoiu ŞT, Avramescu V, Opris I, Lebedev MA, Costantinescu MV. Mechatronic wearable exoskeletons for bionic bipedal standing and walking: a new synthetic approach. Front Neurosci. 2016;10:343. DOI: 10.3389/fnins.2016.00343.

6. Sylos-Labini F, La Scaleia F, d’Avella A, Pisotta I, Tamburella F, Scivoletto G, Molinari M, Wang S, Wang L, van Asseldonk E, van der Kooij H, Hoellinger T, Cheron G, Thorsteinsson F, Ilzkovitz M, Gancet J, Hauffe R, Zanov F, Lacquaniti F, Ivanenko YP. EMG patterns during assisted walking in the exoskeleton. Front Hum Neurosci. 2014;8:423. DOI: 10.3389/fnhum.2014.00423.

7. Mekki M, Delgado AD, Fry A, Putrino D, Huang V. Robotic rehabilitation and spinal cord injury: a narrative review. Neurotherapeutics. 2018;15:604–617. DOI: 10.1007/s13311-018-0642-3.

8. Sanchez-Villamanan MDC, Gonzalez-Vargas J, Torricelli D, Moreno JC, Pons JL. Compliant lower limb exoskeletons: a comprehensive review on mechanical design principles. J Neuroeng Rehabil. 2019;16:55. DOI: 10.1186/s12984-019-0517-9.

9. Bao G, Pan L, Fang H, Wu X, Yu H, Cai S, Bingqing Y, Wan Y. Academic review and perspectives on robotic exoskeletons. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2019;27:2294–2304. DOI: 10.1109/TNSRE.2019.2944655.

10. Shi D, Zhang W, Zhang W, Ding X. A review on lower limb rehabilitation exoskeleton robots. Chin J Mech Eng. 2019;32:74. DOI: 10.1186/s10033-019-0389-8.

11. He Y, Eguren D, Luu TP, Contreras-Vidal JL. Risk management and regulations for lower limb medical exoskeletons: a review. Med Devices (Auckl). 2017;10:89–107. DOI: 10.2147/MDER.S107134.

12. Kozlowski AJ, Bryce TN, Dijkers MP. Time and effort required by persons with spinal cord injury to learn to use a powered exoskeleton for assisted walking. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2015;21:110–121. DOI: 10.1310/sci2102-110.

13. Lebedev MA. Augmentation of sensorimotor functions with neural prostheses. Opera Med Physiol. 2016;2(3-4):211–227. DOI: 10.20388/ OMP.003.0035.

14. Fisahn C, Aach M, Jansen O, Moisi M, Mayadev A, Pagarigan KT, Dettori JR, Schildhauer TA. The effectiveness and safety of exoskeletons as assistive and rehabilitation devices in the treatment of neurologic gait disorders in patients with spinal cord injury: a systematic review. Global Spine J. 2016;6:822–841. DOI: 10.1055/s-0036-1593805.

15. Contreras-Vidal JL, Bhagat NA, Brantley J, Cruz-Garza JG, He Y, Manley Q, Nakagome S, Nathan K, Tan SH, Zhu F, Pons JL. Powered exoskeletons for bipedal locomotion after spinal cord injury. J Neural Eng. 2016;13:031001. DOI: 10.1088/1741-2560/13/3/031001.

16. Mehrholz J, Harvey LA, Thomas S, Elsner B. Is body-weight-supported treadmill training or robotic-assisted gait training superior to overground gait training and other forms of physiotherapy in people with spinal cord injury? A systematic review. Spinal Cord. 2017;55:722–729. DOI: 10.1038/sc.2017.31.

17. Hornby TG, Reisman DS, Ward IG, Scheets PL, Miller A, Haddad D, Fox EJ, Fritz NE, Hawkins K, Henderson CE, Hendron KL, Holleran CL, Lynskey JE, Walter A. Clinical practice guideline to improve locomotor function following chronic stroke, incomplete spinal cord injury, and brain injury. J Neurol Phys Ther. 2020;44:

18. –100. DOI: 10.1097/NPT.0000000000000303.

19. Gorgey AS. Robotic exoskeletons: the current pros and cons. World J Orthop. 2018;9:112–119. DOI: 10.5312/wjo.v9.i9.112.

20. Hauser SL, Dawson DM, Lehrich JR, Beal MF, Kevy SV, Propper RD, Mills JA, Weiner HL. Intensive immunosuppression in progressive multiple sclerosis. A randomized, three-arm study of high-dose intravenous cyclophosphamide, plasma exchange, and ACTH. N Engl J Med. 1983;308:173–180. DOI: 10.1056/NEJM198301273080401.

21. American Spinal Injury Association. Standards for Neurological Classification of Spinal Injury Patients. Chicago, IL: American Spinal Injury Association. 1982. [Electronic resource]. URL: https://asia-spinalinjury.org/international-standards-neurological-classification-sci-isncsci-worksheet.

22. Григорьева Е.В., Ларионова Ю.Е., Емельянников Д.В., Шапкова Е.Ю. Оценка динамики локомоторных возможностей пациентов с плегиями при тренировках ходьбы в экзоскелете «ЭкзоАтлет» // Новые подходы к изучению классических проблем: Материалы IX Всероссийской с международным участием конференции с элементами научной школы по физиологии мышц и мышечной деятельности, посвященной памяти Е.Е. Никольского. 2019. С. 45. [Grigorieva EV, Larionova YuE, Emeliannikov DV, Shapkova EYu. Dynamic assessment of locomotor capabilities of patients with plegias during gait training in the exoskeleton “Exoathlet”. New Approaches to Classical Problems: Materials of the 9th All-Russian Conference dedicated to the memory of E.E. Nikolsky. 2019:45. In Russian].

23. Ларионова Ю.Е., Купреев Н.А., Григорьева Е.В., Емельянников Д.В., Шапкова Е.Ю. Динамика локомоторных возможностей пациентов с плегиями при тренировках ходьбы в экзоскелете // Управление движением Motor Control 2020: Материалы VIII Российской с международным участием конференции по управлению движением. Петрозаводск, 2020. С. 76–77. [Larionova YuE, Kupreev NA, Grigorieva EV, Emeliannikov DV, Shapkova EYu. Dynamics of locomotor capabilities of patients with plegias during gait training in an exoskeleton. Motor Control 2020: Materials of 8th All-Russian Conference. Petrozavodsk, 2020:76–77. In Russian].

24. Коновалов А.Н., Лихтерман Л.Б, Потапов А.А. Нейротравматология. М., 1994. [Konovalov AN, Likhterman LB, Potapov AA. Neurotraumatology. Moscow, 1994. In Russian].

25. Амелина О.А. Травма спинного мозга // Клиническая неврология с основами медико-социальной экспертизы: под ред. А.Ю. Макарова. СПб., 1998. С. 232–248. [Amelina OA. Spinal cord injury. In: Clinical Neurology with the Basics of Medical and Social Expertise, ed. by A.Yu. Makarov. St. Petersburg. 1998:232–248. In Russian].

26. Schuld C, Franz S, Bruggemann K, Heutehaus L, Weidner N, Kirshblum SC, Rupp R. International standards for neurological classification of spinal cord injury: impact of the revised worksheet (revision 02/13) on classification performance. J Spinal Cord Med. 2016;39:504–512. DOI: 10.1080/10790268.2016.1180831.

27. Frankel HL, Hancock DO, Hyslop G, Melzak J, Michaelis LS, Ungar GH, Vernon JD, Walsh JJ. The value of postural reduction in the initial management of closed injuries of the spine with paraplegia and tetraplegia. I. Paraplegia. 1969;7:179–192. DOI: 10.1038/sc.1969.30.

28. Spinal Cord Independency Measure – SCIM III. [Electronic resource]. URL: https://docplayer.ru/68086380-Izmeritel-nezavisimosti-pri-povrezhdeniyah-spinnogo-mozga-scim-iii-spinal-cord-independence-measure-iii.html.

29. Anderson KD, Acuff ME, Arp BG, Backus D, Chun S, Fisher K, Fjerstad JE, Graves D, Greenwald K, Groah S, Harkema SJ, Horton JA, Huang MN, Jennings M, Kelley KS, Kessler SM, Kirshblum S, Koltenuk S, Linke M, Ljungberg I, Nagy J, Nicolini L, Roach MJ, Salles S, Scelza WM, Read MS, Reeves RK, Scott MD, Tansey KE, Theis JL, Tolfo CZ, Whitney M, Williams CD, Winter CM, Zanca JM. United States (US) multi-center study to assess the validity and reliability of the Spinal Cord Independence Measure (SCIM III). Spinal Cord. 2011;49:880–885. DOI: 10.1038/sc.2011.20.

30. Catz A, Itzkovich M, Tesio L, Biering-Sorensen F, Weeks C, Laramee MT, Craven BC, Tonack M, Hitzig SL, Glaser E, Zeilig G, Aito S, Scivoletto G, Mecci M, Chadwick RJ, El Masry WS, Osman A, Glass CA, Silva P, Soni BM, Gardner BP, Savic G, Bergstrom EM, Bluvshtein V, Ronen J. A multicenter international study on the Spinal Cord Independence Measure, version III: Rasch psychometric validation. Spinal Cord. 2007;45:275–291. DOI: 10.1038/sj.sc.3101960.

31. Pais-Vieira C, Allahdad M, Neves-Amado J, Perrotta A, Morya E, Moioli R, Shapkova E, Pais-Vieira M. Method for positioning and rehabilitation training with the ExoAtlet ® powered exoskeleton. MethodsX. 2020;7:100849. DOI: 10.1016/j.mex.2020.100849.

32. Григорьев А.И., Козловская И.Б., Шенкман Б.С. Роль опорной афферентации в организации тонической мышечной системы // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. № 5. С. 508–521. [Grigor’ev AI, Kozlovskaia IB, Shenkman BS. The role of support afferents in organization of the tonic muscular system. Ross Fiziol Zh Im I M Sechenova. 2004;90(5):508–521. In Russian].

33. Прудникова О.Г., Качесова А.А., Рябых С.О. Реабилитация пациентов в отдаленном периоде травмы спинного мозга: метаанализ литературных данных // Хирургия позвоночника. 2019. Т. 16. № 3. С. 8–16. [Prudnikova OG, Kachesova AA, Ryabykh SO. Rehabilitation of patients in late period after spinal cord injury: a meta-analysis of literature data. Hir. Pozvonoc. 2019;16(3):8–16. In Russian]. DOI: 10.14531/ss2019.3.8-16.

34. Guan X, Kuai S, Ji L, Wang R, Ji R. Trunk muscle activity patterns and motion patterns of patients with motor complete spinal cord injury at T8 and T10 walking with different un-powered exoskeletons. J Spinal Cord Med. 2017;40:463–470. DOI: 10.1080/10790268.2017.1319033.

35. Кастальский И.А., Хоружко М.А., Скворцов Д.В. Система функциональной электрической стимуляции мышц для интеграции в экзоскелете // Современные технологии в медицине. 2018. Т. 10. № 3. С. 104–109. [Kastalskiy IA, Khoruzhko MA, Skvortsov DV. A functional electrical stimulation system for integration in an exoskeleton. Sovremennye technologii v medicine. 2018;10(3):104–109. In Russian]. DOI: 10.17691/stm2018.10.3.12.

36. Ekelem A, Goldfarb M. Supplemental stimulation improves swing phase kinematics during exoskeleton assisted gait of SCI subjects with severe muscle spasticity. Front Neurosci. 2018;12:374. DOI: 10.3389/fnins.2018.00374.

37. Gill ML, Grahn PJ, Calvert JS, Linde MB, Lavrov IA, Strommen JA, Beck LA, Sayenko DG, Van Straaten MG, Drubach DI, Veith DD, Thoreson AR, Lopez C, Gerasimenko YP, Edgerton VR, Lee KH, Zhao KD. Neuromodulation of lumbosacral spinal networks enables independent stepping after complete paraplegia. Nat Med. 2018;24:1677–1682. DOI: 10.1038/s41591-018-0175-7.

38. Wagner FB, Mignardot JB, Le Goff-Mignardot CG, Demesmaeker R, Komi S, Capogrosso M, Rowald A, Seanez I, Caban M, Pirondini E, Vat M, McCracken LA, Heimgartner R, Fodor I, Watrin A, Seguin P, Paoles E, Van Den Keybus K, Eberie G, Schurch B, Pralong E, Becce F, Prior J, Buse N, Buschman R, Neufeld E, Kuster N, Carda S, von Zitzewitz J, Delattre V, Denison T, Lambert H, Minassian K, Bloch J, Courtine G. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature. 2018;563:65–71. DOI: 10.1038/s41586-018-0649-2.

39. Gorgey AS, Gill S, Holman ME, Davis JC, Atri R, Bai O, Goetz L, Lester DL, Trainer R, Lavis TD. The feasibility of using exoskeletal-assisted walking with epidural stimulation: a case report study. Ann Clin Transl Neurol. 2020;7:259–265. DOI: 10.1002/acn3.50983.

40. Shapkova EY, Pismennaya EV, Emelyannikov DV, Ivanenko Y. Exoskeleton walk training in paralyzed individuals benefits from transcutaneous lumbar cord tonic electrical stimulation. Front Neurosci. 2020;14:416. DOI: 10.3389/fnins.2020.00416.

41. Van Middendorp JJ, Hosman AJ, Pouw MH, van de Meent H. ASIA impairment scale conversion in traumatic SCI: is it related with the ability to walk? A descriptive comparison with functional ambulation outcome measures in 273 patients. Spinal Cord. 2008;47:555–560. DOI: 10.1038/sc.2008.162.

42. Schulte LM, Scully RD, Kappa JE. Management of lower extremity long-bone fractures in spinal cord injury patients. J Am Acad Orthop Surg. 2017;25:e204–e213. DOI: 10.5435/JAAOS-D-15-00686.


Дополнительные файлы

1. Приложение 1
Тема
Тип Результаты исследования
Скачать (204KB)    
Метаданные
2. Приложение 2
Тема
Тип Результаты исследования
Скачать (120MB)    
Метаданные

Для цитирования:


Шапкова Е.Ю., Емельянников Д.В., Ларионова Ю.Е., Купреев Н.А., Григорьева Е.В. Динамика независимости и локомоторных возможностей при тренировках ходьбы в экзоскелете у пациентов с тяжелой хронической позвоночно-спинномозговой травмой. "Хирургия позвоночника". 2020;17(4):54-67. https://doi.org/10.14531/ss2020.4.54-67

For citation:


Shapkova E.Yu., Emelyannikov D.V., Larionova Yu.E., Kupreev N.A., Grigoreva E.V. Dynamics of independence and locomotor capabilities caused by powered exoskeleton-induced walk training in patients with severe chronic spinal cord injury. Hirurgiâ pozvonočnika (Spine Surgery). 2020;17(4):54-67. (In Russ.) https://doi.org/10.14531/ss2020.4.54-67

Просмотров: 149


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1810-8997 (Print)
ISSN 2313-1497 (Online)