Journals Conferences Monographies Textbooks Regulatorys Event GQW
Submit manuscript
Home / Journals / Bulletin of Rehabilitation Medicine / Volume 20 Issue 2 / Influence of the Exoskeleton Training Course on the Energy Parameters of Walking in Patients with Multiple Sclerosis
Influence of the Exoskeleton Training Course on the Energy Parameters of Walking in Patients with Multiple Sclerosis
Submit manuscript Download PDF
Text
To cite
Citations:

INFLUENCE OF THE EXOSKELETON TRAINING COURSE ON THE ENERGY PARAMETERS OF WALKING IN PATIENTS WITH MULTIPLE SCLEROSIS
UDK 531/534 Механика
Petrushanskaya Kira A 1
Kotov Sergey V 2
Pismennaya Elena V 3
Lizhdvoy Victoria Ju 4
Dotsenko Vladimir I 5
Authors:
1.  Moscow Regional Research Clinical Institute named after M.F. Vladimirsky

2.  Moscow Regional Research Clinical Institute named after M.F. Vladimirsky

3.  ExoAtlet LLC

4.  Moscow Regional Research Clinical Institute named after M.F. Vladimirsky

5.  Statokin LLC

Type:
Article
DOI:
https://doi.org/10.38025/2078-1962-2021-20-2-29-41
Pages:
from 29 to 41
Status:
Published
Received:
20.07.2022
Accepted:
02.08.2022
Published:
27.04.2021
Subject area:
UDK 531/534 Механика
Language:
Russian
Keywords:
rasseyannyy skleroz, elektricheskaya aktivnost' myshc, summarnyy integral, yavleniya rezonansa pri hod'be
Abstract and keywords
Abstract (English):
The aim. To identify the features of changes in the energy parameters of walking in patients with multiple sclerosis (MS) and their correction under the influence of the of the exoskeleton training course. Materials and methods. Authors of this article investigated electrical activity of two symmetrical thigh muscles - both m. rectus femoris and both m. biceps femoris during walking at different cadences - the slowest one, slow, decelerated, voluntary and fast in 3 patients with multiple sclerosis (MS). In addition to these parameters, the energy parameters of walking were also studied, namely, the average electrical activity of the muscles, equivalent to the power of the muscles, and the total integral for 10 m of the path, equivalent to the work of the muscles, taking into account both the pace and the length of the step. Results. The authors revealed the characteristic features of the energy parameters of walking in patients with multiple sclerosis, namely, a very slight increase in muscle power with an increase of walking velovity and the absence of the parabola second branch in the curve of the total integral for the distance of 10 m. On the basis of the received data authors make conclusion, that rezonance pnenomena are considerably diminished in patients with MS. The training exoskeleton walking method was developed, which includes the total training time, net walking time (walking time without rest), speed, pace and step length when walking in an exoskeleton, the number of steps taken by patients during the session and for the entire course. Remarkable improvement of the innervative structure of walking takes place after the course of training in the exoskeleton, that is revealed in considerable activity maximuma growth and in a number of cases - in apperance of these maxima, in concentration of these maxima in the locomotor cycle adequate phases, in appearance of the second maximum of activity in rectus femoris muscle and biceps femoris muscle in the swing phase of the locomotor cycle. Conclusion. All these positive changes were accompanied by an increase in the random walking speed and remarkable improvement of the energy walking parameters, namely, by considerable increase of the average electrical muscle activity and appearance of two parabola branches in the curve of the summary integral for the distance of 10 m, what points to appearance of the rezonance phenomena during walking in this patient.

Keywords:
rasseyannyy skleroz, elektricheskaya aktivnost' myshc, summarnyy integral, yavleniya rezonansa pri hod'be
Text
Publication text (PDF): Read Download
Рассеянный склероз (РС) - хроническое прогрессирующее демиелинизирующее заболевание с многоочаговым поражением белого вещества центральной нервной системы, ремиттирующе-прогредиентным течением, вариабельностью неврологических симптомов, поражающее преимущественно людей молодого и среднего возраста. В России насчитывается более 150 тыс. пациентов с этим диагнозом. Только в Москве проживают порядка 7 тыс. пациентов с РС [1-4]. Ряд авторов справедливо отмечают, что двигательные нарушения являются одним из наиболее тяжелых проявлений рассеянного склероза [1-11]. Как показали наши предыдущие исследования, у больных с РС отмечаются общие нарушения ходьбы, которые характерны для всех заболеваний опорно-двигательной системы, а именно: снижение скорости передвижения, уменьшение устойчивости, ослабление опорной и толчковой функций нижних конечностей, резкое снижение электрической активности мышц в течение локомоторного цикла [14, 15]. Тем не менее у данного контингента больных отмечаются и специфические особенности, типичные только для данного заболевания, а именно, циклический характер опорной реакции и электрической активности мышц в течение локомоторного цикла, шаткость походки, треугольная или трапециевидная форма вертикальной составляющей опорной реакции, эквинус стопы и голеностопного сустава нередко в сочетании с рекурвацией в коленном суставе (КС), резкое уменьшение основного сгибания в КС на одной или обеих ногах. Одной из специфических особенностей рассеянного склероза является резкое изменение энергетических параметров при ходьбе больных с разной скоростью [14, 16]. В настоящее время многие аспекты лечения данного заболевания уже хорошо известны. Тем не менее, аспекты двигательной реабилитации остаются недостаточно изученными. Ряд авторов справедливо полагают, что даже незначительное восстановление двигательной функции у больных с рассеянным склерозом является очень сложной задачей [4-11]. С нашей точки зрения, одним из наиболее эффективных методов реабилитации данного контингента больных является тренировка ходьбы в экзоскелете [10-16]. Цель данной работы - выявить особенности изменения энергетических параметров ходьбы у больных с рассеянным склерозом и их коррекцию под влиянием курса тренировки в экзоскелете. Материалы и методы С этой целью у 3-х больных с РС до и после курса тренировки в экзоскелете был исследован ЭМГ-профиль 2-х симметричных мышц нижних конечностей: обеих двуглавых мышц бедра и обеих прямых мышц бедра при ходьбе с разной скоростью - самой медленной, медленной, замедленной, произвольной и быстрой. Для исследований электрической активности мышц при ходьбе был использован комплекс «МБН-Биомеханика». Помимо ЭМГ-профиля мышц, до и после курса тренировки были исследованы количественные параметры электрической активности мышц (энергетические параметры), а именно, средняя электрическая активность мышц (эквивалентная мощности мышц) и суммарный интеграл электрической активности за 10 м пути (эквивалентный работе мышц с учетом, как темпа, так и длины шага). Организация тренировки ходьбы в экзоскелете В течение двух недель больные прошли 10-дневный курс тренировки ходьбы в экзоскелете. Средняя длительность сеанса не превышала 1 ч, а чистое время ходьбы (т.е. ходьбы без учета отдыха) - 20-25 минут в связи с быстрой утомляемостью больных. Первые 2-3 дня больные ходили не более 15-20 минут, а начиная с 5-го сеанса - 25 минут. При ходьбе в экзоскелете больные опирались на специальную ходилку - роллатор. При средней длине двойного шага 0.6 м и среднем темпе ходьбы 40 шаг/мин скорость ходьбы в экзоскелете составляла 0.72 км/ч. В течение сеанса больные проходили расстояние 300 м, при этом делая 1000 шагов. При ходьбе в экзоскелете была необходима помощь двух ассистентов, один из которых управлял экзоскелетом, а второй следил за тем, чтобы больные правильно управляли роллатором [16]. Объект исследования С нашей точки зрения, целесообразно рассмотреть изменения параметров электрической активности мышц на примере конкретной больной с рассеянным склерозом П-ой. Больная П-ая. Возраст - 53 года. Диагноз - рассеянный склероз, вторично-прогредиентное течение. Больная находилась на лечении в неврологическом отделении Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского (МОНИКИ) с 21.09. 2017 г. по 4.10. 2017 г. Давность заболевания - 15 лет. ПИТРС -2005-2007 г.- Betaferon. Прогрессирование заболевания началось с февраля 2007 г. Проходила курс сеансов плазмофереза с 2007 по 2009 г, с 2009 г. назначен фотоферез (1раз в 6 месяцев). К настоящему времени больная прошла уже 18 курсов фотофереза. Настоящая госпитализация является плановой для прохождения курса плазмофереза и тренировки ходьбы в экзоскелете. На момент поступления оценка по шкале инвалидизации Куртцке - 6,5 баллов. Сила мышц на левой ноге - 4 балла, на правой ноге - 2 балла. Умеренная спастичность правой нижней конечности. Атактическая походка. Больная ходит с двусторонней опорой (две трости). Отмечается раскачивание туловища относительно фронтальной плоскости. Результаты В таблице 1 представлены основные параметры ходьбы в разном темпе в норме и у больной с РС. Согласно исследованиям А.С. Витензона и A.C. Витензона и соавт., у здоровых людей с повышением скорости ходьбы от 2.1 до 7.3 км/ч одновременно растет темп ходьбы с 68 до 138 шаг/мин и длина двойного шага - с 1.02 до 1.76 м [17-18]. У больной П-ой диапазон изменений скорости ходьбы сужен: от 0.61 км/ч до 3.17 км/ч, при этом длина двойного шага возрастает с 0.73 до 1.17 м, а темп ходьбы - с 28 до 90 шаг/мин. На рисунке. 1. представлен ЭМГ-профиль прямой мышцы бедра и двуглавой мышцы бедра при ходьбе в разном темпе в норме и у больной с рассеянным склерозом. При ходьбе по горизонтальной поверхности в норме электрическая активность прямой мышцы бедра имеет два максимума. Первый максимум начинается на уровне t=85% предшествующего цикла, достигает наибольшей величины в 60-70 мкВ на уровне t=10% следующего цикла и заканчивается к t=30% цикла. Активность мышцы способствует разгибанию в коленном суставе (КС) в конце переносной фазы, предупреждает подкос ноги в коленном суставе, работая в уступающем режиме, и, затем, вместе с другими силами, вызывает разгибание в коленном суставе [17, 18, 19-22]. При повышении темпа ходьбы амплитуда основной волны электрической активности мышцы растет, увеличивается промежуточная межпиковая активность, но в меньшей мере, чем максимальная, экстремальные точки ЭМГ-кривой сдвигаются влево на 5-10% по временной оси [17-20]. При быстром темпе в конце опорной фазы (40%
References

1. Boyko A.N., Guseva M.E., Siverceva S.A. Nemedikamentoznye metody lecheniya i obraz zhizni pri rasseyannom skleroze. M. 2015: 239 s.

2. Shmidt T.E., Yahno N.N. Rasseyannyy skleroz. Rukovodstvo dlya vrachey. M. 2010: 267 s.

3. Boyko A.N., Guseva M.E., Siverceva S.A., Batysheva T.T. Zhizn' s rasseyannym sklerozom. Rukovodstvo dlya pacientov, chlenov ih semey i medicinskih rabotnikov. M. 2019: 376 s.

4. Batysheva T.T., Boyko A.N., Rusina L.R., Skvorcov D.V. Funkcional'naya dvigatel'naya simptomatika rasseyannogo skleroza po dannym biomehanicheskih issledovaniy. Medicinskaya reabilitaciya pacientov s patologiey oporno-dvigatel'noy i nervnoy sistem. M. 2006: 243-245.

5. Boyko A.N., Ovcharov V.V., Petrov A.V. Lechebnaya fizkul'tura dlya bol'nyh rasseyannym sklerozom. Metodicheskoe rukovodstvo. M. 2013: 88 s.

6. Klimov Yu.A., Boyko A.N., Popova N.F. Apparatnye metody reabilitacii dvigatel'nyh narusheniy u bol'nyh rasseyannym sklerozom. Detskaya i podrostkovaya reabilitaciya. 2012: T.2(19): 62-69.

7. Petrov A.V., Boyko O.V., Kulikova S.A., Boyko A.N. Apparatnye metody reabilitacii bol'nyh rasseyannym sklerozom v usloviyah stacionara. Zhurnal nevrologii i psihiatrii im. S.S. Korsakova. Specvypuski. 2015; 115(8-2): 72-73.

8. Gutierrez G.M., Chow J.W., Tillman M.D., MsCoy S.C., Castellano V., White L.J. Resistance training improves gait kinematics in persons with multiple sclerosis. Archieves of Physical and Medical Rehabilitation. 2005; 89(9): 1824-1829. https://doi.org/10.1016/j.apmr.2005.04.008

9. Lo A.C., Triche E.W. Improving gait in multiple sclerosis using robot-assisted, body-weight supported threadmill training. Neurorehabilitation and Neural Repair. 2008; V.22(6): 661-671. https://doi.org/10.1177/1545968308318473

10. Di Russo F., Berchicci M., Perri R.L. et al. A passive exoskeleton can push your life up: application on multiple sclerosis patients. PLOS One. 2013; 8(10): e77348. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0077348

11. He Y., Eguren D., Luu T.P., Contreras -Vidal J.L. Risk management and regulation for lower limb medical exoskeleton: a review. Medical Devices: Evidence and Research. 2017; V.10: 89-107. https://doi.org/10.2147/MDER.S107134

12. Straudi S., Fanciulacci C., Martinuzzi C., Paravelli C., Rossi B., Chissari C. et al. The effects of robot-assisted gait training in progressive multiple sclerosis. Multiple Sclerosis Journal. 2016; 22(3): 373-384. https://doi.org/10.1177/1352458515620933

13. Shevchenko Yu.L., Daminov V.D., Gorohova I.G., Tkachenko P.V., Uvarova O.A., Kartashov A.V. Antigravitacionnye tehnologii vosstanovleniya hod'by v neyroreabilitacii. Klinicheskaya patofiziologiya. 2016; T.22(1): 134-141.

14. Kotov S.V., Lizhdvoy V.Yu., Sekirin A.B., Petrushanskaya K.A., Pis'mennaya E.V. Effektivnost' primeneniya ekzoskeleta ExoAtlet dlya vosstanovleniya funkcii hod'by u bol'nyh rasseyannym sklerozom. Zhurnal nevrologii i psihiatrii. 2017; 10(2): 41-46. https://doi.org/10.17116/jnevro201711710241-47

15. Kotov S.V., Isakova V.Yu., Lizhdvoy V.Yu., Sekirin A.B., Pis'mennaya E.V., Petrushanskaya K.A., Gevorkyan A.A. Metodicheskie rekomendacii po neyroreabilitacii bol'nyh rasseyannym sklerozom, imeyuschih narusheniya hod'by, s ispol'zovaniem ekzoskeleta ExoAtlet. M. 2018: 26 s.

16. Kotov S.V., Petrushanskaya K.A., Lizhdvoy V.Yu., Pis'mennaya E.V. Sekirin A.B, Sutchenkov I.A. Kliniko-fiziologicheskoe obosnovanie primeneniya ekzoskeleta «EkzoAtlet» pri hod'be bol'nyh s rasseyannym sklerozom. Rossiyskiy zhurnal biomehaniki. 2020; 24(2): 125-142. https://doi.org/10.15593/RJBiomeh/2020.2.03

17. Vitenzon A.S. Zakonomernosti normal'noy i patologicheskoy hod'by cheloveka. M. 1998: 271 s.

18. Vitenzon A.S., Petrushanskaya K.A. Ot estestvennogo k iskusstvennomu upravleniyu lokomociey. M. 2003: 448 s.

19. Skvorcov D.V. Diagnostika dvigatel'noy patologii instrumental'nymi metodami. Analiz pohodki. Stabilometriya. M. 2008: 638 s.

20. Slavuckiy Ya.L., Vitenzon A.S., Gricenko G.P., Petrushanskaya K.A., Miheeva N.E., Sutchenkov I.A. Issledovaniya elektricheskoy aktivnosti myshc pri normal'noy hod'be v raznyh tempah. Protezirovanie i protezostroenie. M. 1998; (95): 103-110.

21. Sarancev A.V. K kolichestvennomu analizu nekotoryh pokazateley energeticheskoy optimal'nosti hod'by. Protezirovanie i protezostroenie. M. 1973; (30): 84-92.

22. Winter D. Biomechanics and motor control of human movement. John Willey and Sons Inc. New-York. 1990: 277 p.

23. Crieve D. Gait patterns and the speed of walking. Bio-Medical engineering. 1968; V.3: 119-122.

24. Quanbury A.O., Milner M., Basmajan J.V. Human locomotion: E.M.G. activity of four leg muscles in various walking speeds and pace frequencies. Proccedings of the 23-rd Annual Conference on Engineering in Medicine and Biology. 1970; (4): 75 p.

25. Bouisset S., Goubel F. Integrated electromyographic astivity and muscle work. Journal of Applied Physiology. 1973; V.35(5): 695-702. https://doi.org/10.1152/jappl.1973.35.5.695

26. Yang J.F., Stein R.B., James K.B. Contribution of peripheral afferents to the activation of the soleus muscle during walking in humans. Experimental Brain Research. 1991; V.87: 679-687. https://doi.org/10.1007/BF00227094

27. Severin F.V., Shik M.L., Orlovskiy G.N. Rabota myshc i odinochnyh motoneyronov pri upravlyaemoy lokomocii. Biofizika. 1967; T.12(30): 660-667.

Support Powered by Editorum,  Instructions
Login or Create
* Forgot password?