Физиологические предпосылки искусственной коррекции движений при патологической ходьбе

В последние десятилетия метод искусственного управления или коррекции движений находит все большее распространение в клинической практике. В то же время теоретические аспекты этого метода остаются недостаточно разработанными вследствие отсутствия органической связи между биомеханическими и нейрофизиологическими представлениями о механизмах ходьбы человека. В настоящей главе сделана попытка объединить эти представления на основании результатов электрофизиологических исследований ходьбы человека [5,20,89,117,131,148].

При ходьбе человека действует центральная иннервационная программа, о которой можно судить по распределению электрической активности мышц в течение локомоторного цикла [27,28,89,129,147,150]. В основе этой программы, несмотря на многоуровневый характер управления, по-видимому, лежит деятельность относительно автономного интраспинального механизма шагательных движений.

Вследствие этого супраспинальные и афферентные факторы оказывают влияние на ходьбу лишь с учетом существующей программы мышечных возбуждений. Соотношение супраспинальных и афферентных влияний зависит от условий протекания локомоции. При повышении темпа ходьбы изменение амплитуды электрической активности мышц, то есть числа активированных альфа-мотонейронов спинного мозга, является прерогативой супраспинального управления. При постоянном темпе ходьбы, но изменяющейся нагрузке на мышцы, что, может быть в частности, связано с варьированием позовых характеристик человека при ходьбе, афферентные факторы также влияют на амплитуду электрической активности мышц [20,22].

Известное представление о вкладе супраспинальных и афферентных факторов в возбуждение спинальных мотонейронов дает уравнение F(V) = aV2 + b, описывающее зависимость средней электрической активности мышцы в течение цикла F(V) от темпа ходьбы V (см. рис. 2.1.). Коэффициент а, характеризующий крутизну возрастания электрической активности мышц при повышении темпа ходьбы, отражает увеличение мощности супраспинальных влияний, тогда как коэффициент b определяет исходный уровень активности, в основном зависящий от нагрузки на мышцы, то есть от интенсивности афферентных влияний. Обращает на себя внимание, что при ходьбе в норме величина коэффициента а для разных мышц примерно одинакова, в то время как величина коэффициента b сильно различается [20,22,80].

Этот факт демонстрирует важную нейрофизиологическую закономерность ходьбы: супраспинальное управление работой мышц по темпу имеет для всех мышечных групп общий не индивидуализированный характер, тогда как афферентное управление работой мышц, отражая нагрузку, которую несут мышцы, является сугубо индивидуальным.

Из этой закономерности следует ряд заключений, имеющих существенное значение для понимания процессов, происходящих при патологической ходьбе: 1) всевозможные компенсации и коррекции двигательных нарушений при ходьбе достигаются, как правило, путем изменения позовых характеристик тела человека, иначе говоря, путем повышения той доли активности мышц, которую отражает коэффициент b; 2) применение искусственной системы управления работой мышц позволяет получить такой же биомеханический эффект посредством добавочного сокращения мышц, вызванного их электрической стимуляцией в определенные фазы шага.

Рис. 2.1. Зависимость средней электрической активности мышц нижней конечности от темпа ходьбы (частоты одиночных шагов в минуту). 1 - камбаловидная мышца, 2 - наружная широкая мышца, 3 - прямая мышца бедра. На оси ординат - средняя электрическая активность мышц за цикл в процентах (за 100% принята активность при максимальном темпе), на оси абсцисс - темп (шаг/мин.)

При этом, в отличие от естественного управления, усиление работы мышц может быть получено независимо от существующей биомеханической ситуации, к которой обычно привязана деятельность мышц. Кроме того, усиление мышц имеет строго избирательный и лимитированный характер, поскольку оно должно обеспечить лишь коррекцию неправильно протекающего двигательного акта.