Тренажерные системы в адаптивной физической культуре. Функциональный контроль при поражении спинного мозга

Лица, перенесшие спинномозговую травму и страдающие параплегией нижних конечностей, представляют весьма многочисленный и тяжелый контингент инвалидов с поражением опорно-двигательной системы. Они имеют свои специфические особенности, обусловленные как самим поражением спинного мозга, так и вторичными изменениями. Эти особенности касаются мышечной системы, нервной системы, кардиореспираторной и других функциональных систем организма.

Спинномозговая травма и ее последствия вызывают значительные и быстро развивающиеся изменения образа жизни и резкое снижение двигательной активности. Исследования различных авторов свидетельствуют, что физическая активность снижается в прямой зависимости от возраста инвалида и обратно пропорционально периоду времени, прошедшему после травмы. Эти факторы влияют также на качество жизни и способность к психологической адаптации.

Перенесенная травма, сидячий образ жизни играют ведущую роль в развитии патоморфологических и дегенеративных процессов со стороны кардиореспираторной системы, что является одним из факторов высокой смертности среди этих инвалидов. По данным С.Т. Le et al. (1996), она в 2,3 раза, при прочих равных условиях, превышает смертность среди здоровых людей. Высокий риск коронарной патологии среди инвалидов, ведущих сидячий образ жизни, определяется выраженным снижением концентрации в крови липопротеидов высокой плотности по сравнению с инвалидами, ведущими активный образ жизни и занимающимися спортом. Надо отметить, что аналогичная картина наблюдается и у практически здоровых людей, ведущих соответственно малоподвижный и активный образ жизни. Кроме того, сниженный уровень метаболизма в сочетании с вышеотмеченными факторами ведет к развитию ожирения. В свою очередь, нарастание жировой массы тела увеличивает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Хорошо известно, что у инвалидов, страдающих параплегией, большинство локомоторных актов выполняется верхними конечностями: передвижение на кресле-коляске, самообслуживание и бытовые действия, физические упражнения и т. д. Однако ряд обстоятельств, в частности относительно небольшое число мышечных групп, участвующих в двигательных актах, а также сохраненных двигательных функций, нарушение рефлекторных взаимосвязей, в том числе аппарата кровообращения, нарушение периферического кровообращения в нижних конечностях, в целом отражаются на состоянии мышц верхних конечностей, их функциональных возможностях. Интенсивная двигательная активность, увеличение нагрузки на верхние конечности может привести к быстрому утомлению, неприятным субъективным ощущениям, что ведет к потере привлекательности активного образа жизни. По существу, двигательная активность даже на бытовом уровне становится малодоступной, что в свою очередь приводит к психологической напряженности. Сидячий образ жизни усугубляет эту ситуацию, развивается дальнейшая детренированность организма, в частности кардиореспираторной системы, создается своего рода замкнутый круг, ведущий к дегенеративно-дистрофическим изменениям, развитие которых трудно остановить или добиться обратного течения. В этом процессе большое значение имеют различные вторичные осложнения, которые начинают превалировать над основной патологией, что приводит к ухудшению общего состояния и значительному увеличению объема медицинского обслуживания. В этой связи необходимо отметить, что исследования инвалидов, ведущих активный образ жизни, занимающихся физической культурой и спортом, свидетельствуют о существенном увеличении показателей, характеризующих силу мышц верхних конечностей, функциональные резервы кардиореспираторной системы, физического развития и т. д. В свою очередь, систематические тренировки приводят к улучшению общего состояния, повышению психологического статуса, реабилитационного потенциала, функциональной независимости и, как результат, повышению качества жизни.

Для понимания сути происходящих изменений необходимо правильно представлять патофизиологические изменения, развивающиеся вследствие спинномозговой травмы. Повреждение спинного мозга, его проводящих путей вызывает паралич соответствующих скелетных мышц. Нарушение афферентных проводящих путей проявляется в потере кинестетического чувства, тактильной и болевой чувствительности, рефлекторных реакций ниже уровня повреждения.

Повреждения на уровне грудного или поясничного отделов приводят к развитию параплегии нижних конечностей, частичного паралича мышц туловища. Повреждения на уровне шейного отдела ведут к развитию тетроплегии (поражению мышц верхних и нижних конечностей, мышц туловища). Паралич мышц обычно сопровождается их атрофией и остеопорозом костей. Отсутствие мышечных сокращений парализованных конечностей сопровождается депонированием крови в сосудистом русле, венозным застоем, отеком, уменьшением венозного возврата. Эти процессы в определенной мере увеличивают риск развития венозного тромбоза, а также легочной эмболии.

Поражение спинного мозга на уровне грудного отдела (Т2— T8 и Т7—Т12) сопровождается параличом грудных мышц, мышц брюшного пресса, что ведет к значительному снижению легочной вентиляции, соответственно, обусловливает ограничение допустимых нагрузок и, что более важно, может привести к легочным осложнениям ввиду ограничений экскурсий грудной клетки.

Помимо паралича скелетных мышц физическая активность может лимитироваться дисфункцией вегетативной нервной системы, принимающей участие в регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы и формировании ответной реакции на физическую нагрузку. В норме это проявляется в изменении сосудистого тонуса, перераспределении крови к работающим мышцам, увеличении частоты сердечных сокращений, повышении сократительной способности миокарда, увеличении ударного объема крови.

Вегетативная иннервация нарушается или полностью прекращается при поражении спинного мозга выше уровня Т1, симпатическая иннервация сердца полностью утрачивается при поражении грудного отдела на уровне T1—Т4, следствием чего является отсутствие адекватного увеличения ЧСС, ударного объема, сократимости миокарда.

У инвалидов, страдающих тетроплегией, при нагрузках наблюдается незначительное увеличение ЧСС, в пределах 100 – 125 уд/мин, что значительно меньше максимально допустимых возрастных значений. Помимо этого, сочетание уменьшенного венозного возврата и снижения сократительной способности миокарда обусловливает уменьшение внешней работы сердца, что может сопровождаться снижением массы миокарда. Отсутствие симпатической иннервации приводит к нарушению терморегуляции из-за неадекватного распределения крови.

Приведенные данные обусловливают низкую толерантность мышц верхних конечностей как следствие неадекватности кровоснабжения, гипокинетической циркуляции и ограниченного аэробного энергетического ресурса. При нагрузке значительно быстрее достигается переход к анаэробному метаболизму. На этом фоне низкий уровень двигательной активности способствует прогрессирующему снижению функциональных резервов, детренированности и снижению толерантности к нагрузке. С возрастом эти процессы прогрессируют, что, естественно, ведет к ухудшению общего состояния, развитию различных осложнений и вторичных нарушений, потере функциональной независимости. В этой связи физические упражнения, занятия спортивной деятельностью, активный образ жизни становятся единственным средством предупреждения и снижения выраженности отмеченных регрессивных процессов.

Инвалиды, перенесшие спинномозговую травму, при занятиях физической культурой испытывают влияние ряда специфических факторов, которые обусловлены поражением центральной нервной системы и проявляются двигательной, сенсорной и вегетативной дисфункцией. При решении вопроса о допуске к физическим тренировкам любой интенсивности инвалиды нуждаются в обязательном углубленном медицинском обследовании, проведении ЭКГ и других функциональных исследований. Особенно важно это для лиц, длительно ведущих малоподвижный образ жизни.

Специфическими факторами риска при занятиях физическими упражнениями являются:

• нестабильное положение туловища;
• гипотензивная реакция на физическую нагрузку;
• ортостатическая гипотензия;
• вегетативная дисрефлексия;
• мышечные спазмы;
• нарушение терморегуляции.

Для исключения возможных осложнений при физических тренировках рекомендуется соблюдение определенных правил, среди них одно из первых мест занимает адекватная поддержка, или фиксация, туловища. С этой целью применяются различные ремни, опоясывающие верхнюю часть туловища при выполнении упражнений верхними конечностями, что, соответственно, предупреждает смещение или падение инвалида в случае нарушения равновесия. При этом важно ограничивать давление ремней на кожные покровы и мягкие ткани, особенно при значительных мышечных усилиях. В таких случаях рекомендуется использовать эластичные элементы в местах наибольшего давления и периодическое ослабление натяжения фиксирующих ремней (длительностью 30 – 60 с.) через каждые 20 – 30 мин.

Важным элементом контроля при выполнении физических тренировок является измерение артериального давления. Выполнение нагрузки может сопровождаться неадекватной реакцией артериального давления, причем характер его изменения отличается от такового у здоровых людей или инвалидов других категорий. Особенно ярко это проявляется при травмах спинного мозга на высоком уровне, когда может наблюдаться парадоксальная реакция в виде резкого снижения давления при возрастании нагрузки. Эта так называемая гипотензивная реакция развивается вследствие изменения общего периферического сопротивления, перераспределения сосудистого тонуса в работающих мышцах в ответ на гипоксию и резкое повышение концентрации продуктов метаболизма (СО2, молочная кислота и др.) на фоне отсутствия увеличения сердечного выброса.

Как уже отмечалось выше, увеличение сердечного выброса детерминируется недостаточным венозным возвратом и отсутствием симпатической регуляции сосудистого тонуса. Пребывание в положении сидя усугубляет ситуацию ввиду депонирования крови в нижней части тела и возникновения ортостатической гипотензии.

Необходимо отметить, что сочетание гипотензивной реакции на физическую нагрузку, ортостатической гипотензии и уменьшения сердечного выброса могут вызвать снижение церебрального кровоснабжения. В случае проявления этих синдромов во время или после выполнения физических упражнений инвалид немедленно должен быть переведен в горизонтальное положение, т. е. должны быть созданы условия для нивелирования ортостатической гипотензии и увеличения венозного возврата.

Риск развития гипотензивной реакции может быть уменьшен путем придания возвышенного положения нижним конечностям при выполнении упражнений, регулярной ортостатической тренировкой, применением мер профилактики дегидратации организма, использованием компрессионных носков, поясов и т. д.

Инвалиды могут испытывать резкое повышение артериального давления, особенно при высоком уровне поражения спинного мозга, в результате вегетативной дисрефлексии (гиперрефлексии). Такая реакция обусловлена потерей центральной регуляции спинальных рефлексов и, соответственно, неадекватной нейрогуморальной и эндокринной регуляцией. Такие состояния могут провоцироваться сильными внешними раздражителями, например сильными ударами, травмами, падением и т. д. В этой связи рекомендуется избегать влияния экстремальных раздражителей, своевременно проводить необходимые профилактические мероприятия. В случае выявления выраженной гипертензивной реакции во время выполнения физических упражнений последние должны быть немедленно прекращены, инвалид должен перейти в вертикальное положение.

Многие инвалиды испытывают спазмы различной интенсивности мышц парализованных нижних конечностей, возникающие вследствие нарушения их иннервации. Непроизвольные мышечные сокращения могут сопровождаться двигательными актами. Такие мышечные сокращения поддаются медикаментозной терапии. С этой целью могут применяться различные антиспастические средства и релаксанты. Однако их применение может снизить эффективность физических упражнений, поскольку фармакологические препараты оказывают влияние не только на парализованные мышцы, но и на «активные» мышечные группы, снижая их активность. Помимо этого возможно побочное влияние препаратов в виде головокружения, атаксии, депрессии и т. д.

Существенное значение имеют нарушения терморегуляции. Определенное внимание должно уделяться температуре и влажности окружающего воздуха, типу одежды, интенсивности физической нагрузки, ее продолжительности с целью предупреждения гипер- или гипотермии. Поскольку многие инвалиды страдают существенными нарушениями терморегуляции, вызванными нарушением секреции потовых желез, перераспределением крови и другими причинами, состояние гипертермии наступает значительно быстрее, чем у здоровых людей. Эта реакция развивается особенно быстро при выполнении упражнений в теплой и влажной среде, при значительном обезвоживании организма. Опасность гипертермии заключается в возможности развития теплового удара, циркуляторных расстройств.

Выполнение упражнений при низкой температуре окружающего воздуха может привести к чрезмерному охлаждению организма, обусловленному в основном теми же причинами, что и гипертермия. В любом случае при проявлении симптомов гипер- или гипотермии упражнения должны быть прекращены, созданы оптимальные климатические условия, использована комфортная одежда.

Физические упражнения являются неспецифическим стресс-фактором. Для оценки его влияния на состояние организма у практически здоровых людей, спортсменов используются тредмил-тест, велоэргометрия, степ-тест. При их применении испытуемому предъявляется дозированная циклическая нагрузка, в выполнение которой вовлекается значительное количество мышечных групп, достигается субмаксимальная или максимальная стимуляция метаболических процессов, кардиореспираторной системы, что в целом позволяет объективно оценить функциональные и резервные возможности человека. Как уже отмечалось выше, многие зарубежные и отечественные специалисты полагают, что главным фактором, лимитирующим физическую работоспособность при выполнении нагрузочных тестов, является циркуляторная система, поскольку именно она лимитирует транспортировку газов крови к мышечным группам, участвующим в работе. Выполнение нагрузочных тестов только верхними конечностями, например передвижение на кресле-коляске, колясочная эргометрия, осуществляется при участии относительно небольшой мышечной массы. В этом случае главным лимитирующим фактором становится «периферийное звено», причем локальное утомление мышц верхних конечностей, работающих с максимальным напряжением, может наступать, несмотря на эффективную циркуляторную деятельность и достаточный объем доставляемого кислорода. Важным периферическим лимитирующим фактором является неадекватный венозный возврат крови к сердцу из-за отсутствия симпатической регуляции сосудистого тонуса, сокращения скелетных мышц, в норме стимулирующих кровоток. При этом отсутствует динамика увеличения сердечного выброса и доставки кислорода к работающим мышцам. Таким образом, быстрая утомляемость мышц верхних конечностей не обеспечивает достижения максимального напряжения деятельности кардиореспираторной системы и метаболических процессов, что в целом затрудняет их объективную функциональную оценку. Поскольку максимальное значение потребления кислорода, соответствующее максимальной нагрузке на верхние конечности, оказывается ниже, чем истинный физиологический максимум, наблюдаемый у практически здоровых людей при выполнении нагрузки нижними конечностями, то вместо понятия максимального потребления кислорода (МПК) рекомендуется использовать термин «пиковое потребление кислорода» (ППК).

Нагрузочные тесты для инвалидов-колясочников обычно предполагают использование различных эргометров, позволяющих точно измерять вращательный момент, усилие и скорость для определения мощности нагрузки и других динамических характеристик. Может использоваться колясочная эргометрия, т. е. установка кресла-коляски на валики эргометра, что является наиболее адекватным для этих инвалидов. Кресло-коляска может устанавливаться на тредмиле, на ровной или поднятой под углом дорожке. При этом регулируется скорость движения и угол подъема. В этой связи можно отметить работу T.W. J. Janssen et al. (1994), использовавших коляску, установленную на тредмиле, для исследования инвалидов с различными уровнями поражения спинного мозга, в частности на уровне шейного отдела С4 - С8, грудного – Т1 - Т5, Т6 -Т10, грудопоясничного – Т11 -L5. В процессе исследований достигались максимальные показатели при выполнении теста. Установлено, что чем выше уровень поражения, тем ниже показатели, характеризующие физические возможности человека. Результаты тестирования положены в основу разработки индивидуальных режимов пользования креслом-коляской, определения скорости передвижения, длительности и т. д.

Общие принципы и методические подходы, используемые при выполнении нагрузочных тестов у здоровых людей, аналогичным образом применяются для инвалидов. Нагрузочные тесты, как правило, представляют собой возрастающую нагрузку, имеющую определенные субмаксимальные или максимальные значения. Нагрузочные тесты могут выполняться в виде непрерывно возрастающей нагрузки или же прерывистой с перерывами отдыха. В таких случаях различные варианты тестирования обычно включают 4 – 6 мин. нагрузки, разделяемые 5 – 10 мин. отдыха. При выполнении колясочной эргометрии скорость движения кресла-коляски поддерживается постоянной, например 3 км/ч. В то же время усилие, прикладываемое инвалидом, возрастает, тем самым увеличивается уровень нагрузки. При колясочной эргометрии начальный уровень нагрузки составляет 5 Вт, что соответствует повседневному уровню нагрузки при передвижении на кресле-коляске. Увеличение нагрузки на каждой ступени составляет, как правило, 5 – 10 Вт, субмаксимальная нагрузка – 25 – 35 Вт. Для тренированных инвалидов допускается более интенсивное нарастание нагрузки и ее максимальное значение. Регистрация изучаемых параметров проводится в течение последней минуты каждой ступени нагрузки.

Критерии прекращения колясочной эргометрии сводятся к следующим:

• чувство утомления;
• появление болевых ощущений в области сердца;
• патологические изменения на ЭКГ;
• выраженная гипертензивная реакция;
• нарушения дыхания;
• достижение максимальной нагрузки, определяемой проводимым тестированием;
• достижение допустимого значения ЧСС.

Однако для инвалидов с высокими уровнями поражения спинного мозга последний критерий не является определяющим, поскольку в силу отмеченных выше причин способность к адекватному увеличению ЧСС нарушается.

При необходимости достижения максимальной нагрузки, без оценки субмаксимального уровня, используется непрерывная физическая нагрузка. Этот вариант тестирования начинается с нагрузки средней интенсивности. Нагрузка возрастает через каждые 1 – 2 мин. до достижения ее максимума.

Хорошо тренированные инвалиды на субмаксимальном уровне нагрузки показывают более низкую ЧСС, легочную вентиляцию, демонстрируя высокие функциональные резервы организма. Однако, как уже отмечалось выше, при травмах спинного мозга на высоком уровне нельзя интерпретировать низкие показатели ЧСС как проявление тренированности организма.

Достижение высокого уровня тренированности инвалидами, систематически занимающимися спортивной деятельностью, сопровождается уменьшением субмаксимального потребления кислорода, оптимизацией аэробных процессов энергообеспечения (R. M. Glaser et al., 1996).

Надо отметить, что наибольшие значения выполняемой работы, ППК, ЧСС достигаются при выполнении прерывистых нагрузок. Вместе с этим тестирование с использованием прерывистой нагрузки легче переносится испытуемым, перерывы между нагрузками способствуют улучшению кровоснабжения работающих мышц. При их применении создаются оптимальные условия для контроля изучаемых параметров, мониторирования артериального давления и т. д.

В качестве альтернативного варианта выполнения нагрузочных тестов теоретически обосновано их проведение в положении испытуемого лежа. Такое положение испытуемого улучшает венозный возврат крови, увеличивает центральный объем крови и ударный объем, что в целом обеспечивает некоторое снижение ЧСС при выполнении эквивалентных субмаксимальных нагрузок. Горизонтальное положение инвалида уменьшает влияние ортостатической гипотензии, дисфункции вегетативной нервной системы, нестабильного положения туловища и других факторов. Однако такой показатель, как ЧСС, а также субъективные ощущения не зависят от положения тела (Melean et al., 1995). Не изменяется также толерантность к физической нагрузке при ручной эргометрии в зависимости от положения тела у инвалидов, страдающих параплегией (S. P. Hooker et al., 1993).

Основными показателями оценки нагрузочных тестов являются ЧСС, артериальное давление, объем выполненной работы, ППК. Эти показатели позволяют определить безопасный уровень физической нагрузки, оценить динамику функциональных и резервных возможностей организма. Другими показателями, которые часто используются при проведении исследований, являются: минутный объем дыхания, ударный объем крови, минутный объем кровообращения, среднее гемодинамическое давление, концентрация молочной кислоты в крови. Кроме того, существенное значение имеют такие факторы, как избыточная жировая масса тела и показатели липидного обмена.

S. A. Morrison (1996) приводит пиковые значения некоторых функциональных показателей у инвалидов с тетра- и параплегией в сравнении со здоровыми людьми. Так, ЧСС соответственно составляет 121, 157 и 180 уд/мин, пиковое потребление кислорода соответственно – 9,8, 13,6 и 40 – 60 мл/кг/мин; пиковое артериальное давление – 97/66, 130/75 и 190/70 – 80 мм рт. ст.; концентрация молочной кислоты – 3,0, 4,5 и 10,0 ммоль/л.

Важным аспектом выполнения нагрузочных тестов являются симптомы перегрузки. К ним относятся головокружение, утомление, боли в мышцах, сильная одышка. Важно помнить, что чем выше уровень поражения спинного мозга, тем быстрее и чаще развиваются эти симптомы.

Таким образом, основными задачами врачебного контроля над инвалидами, перенесшими спинномозговую травму, являются оценка состояния функциональных систем организма с использованием нагрузочных тестов, их интерпретация с учетом тяжести перенесенной травмы и уровня поражения спинного мозга; предупреждение вторичных осложнений, перегрузок при физических упражнениях, что в целом позволяет объективно подойти к разработке программ физической реабилитации, а также осуществлению динамических наблюдений, направленных на оценку эффективности их применения.