В. И. Доценко1, 2, В. И. Усачёв2, 3

¹ ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва

² ООО Научно-медицинская фирма “Статокин”, г. Москва

³ Институт остеопатической медицины им. В. Л. Андрианова, г. Санкт-Петербург, +7 (499) 160-9154, E-mail: statokyn@aha.ru

Современное состояние компьютерной статокинезиметрии применительно к задачам клинической неврологии и нейрореабилитации характеризуется поиском новых подходов к оценке вертикальной позы человека с позиций её естественности, комфортности и энергопотребления. Известно, что часами удерживаемая здоровым человеком вертикальная поза без признаков какого-либо дискомфорта и утомления предполагает наличие сформированных в эволюции при переходе человека к прямостоянию и бипедальной локомоции неких механизмов по оптимизации процессов удержания вертикальной позы и минимизации энергозатрат при выполнении этой весьма сложно организованной двигательной синергии. Удержание равновесия, стабилизация вертикальной позы в пространстве действительно являются сложнейшим двигательным актом с вовлечением в него активности десятков мышц туловища и конечностей, а не состоянием “покоя”, как это представляется на первый взгляд [1].

Векторный анализ статокинезиграммы (СКГ) качественно изменил достоверность стабилометрической диагностики, осуществляемой ранее исключительно по классическим алгоритмам анализа траектории перемещения ЦД человека (см. “Реабилитация”, 2018, № 1, с. 14-16). Немалый вклад в развитие концепции векторного анализа СКГ внесли зарубежные исследователи [2; 3], однако завершённый вид, доступный для использования в практической медицине и спорте, она получила благодаря работам российских учёных. На чём же основаны принципы векторного анализа СКГ?

Как указывалось в предыдущей статье, частота дискретизации, т. е. текущего опроса координат ЦД, составляет 50 Гц. Это означает, что мы имеем возможность анализировать события, разворачивающиеся на временнóм отрезке зарегистрированной СКГ продолжительностью 20 мсек. Указанные отрезки СКГ между двумя соседними точками отсчёта (принимаем их за прямые линии), помимо скалярных характеристик, обладают и векторными признаками – от отрезка к отрезку меняют своё направление.

В плане же величины пройденного пути за эти 20 мсек мы также видим определённую дисперсию показателя длины векторов – пройденный путь на соседних отрезках СКГ может весьма существенно отличаться по величине, демонстрируя неравномерность линейного перемещения ЦД. Таким образом, налицо две переменные характеристики векторов СКГ – их направление и величина.

Векторы СКГ, приведённые в исходную точку координат в виде своеобразной “облачной” диаграммы, служат нативным исходным материалом, приложение к которому современных математических алгоритмов и позволило получить ряд “ноу-хау” в анализе механизмов регуляции вертикальной позы. Эти новые подходы к анализу механизмов регуляции вертикальной позы отражены в патенте на изобретение № 2175851 “Способ качественной оценки функции равновесия” [4].

Интегральный показатель адаптации человека к гравитационному окружению на основе векторного анализа СКГ носит название качество функции равновесия (КФР). Универсальное значение этого показателя подтверждается следующим фактом: в отличие от других характеристик векторного анализа именно процентная величина КФР в последовательно зарегистрированных СКГ одного человека (когда его функциональное состояние за относительно короткий промежуток времени не успело существенно измениться) является практически одинаковой. Наблюдается минимальная вариативность показателя КФР, подчёркивая его высокую информативность для оценки поддержания позы.

Функция распределения линейной скорости векторов по кольцам равной площади подчиняется экспоненциальной зависимости (рис. 1). Параметр КФР рассчитывается в виде процентного отношения площади S1, ограниченной кривой экспоненты, к площади прямоугольника S2, ограниченного осями координат, вертикальной границей 50 зоны и горизонтальной границей на уровне общего количества векторов.

В качестве примера приводим графики закона распределения и результаты расчёта КФР здорового человека с открытыми и закрытыми глазами (рис. 2).

Другой показатель векторного анализа СКГ – коэффициент резкого изменения направления движения (КРИНД) – отображает оптимальность энергозатрат человека в процессе удержания вертикальной позы. В поддержании равновесия функционирует преимущественно тоническая мускулатура, которая для предотвращения падения человека “мозаично” перераспределяет напряжение между различными группами мышц и осуществляет свой метаболизм в экономных с позиций энергопотребления анаэробных условиях. В результате столь целесообразной мышечно-тонической деятельности, без вовлечения в неё “быстрой” фазической мускулатуры, колебательный процесс ЦД осуществляется по плавным дугам, с минимальными затратами энергии, что и характеризует нормальное, комфортное в субъективном плане стояние здорового человека. В математическом плане вычисление показателя КРИНД заключается в процентном определении доли тех векторов, угол отклонения каждого из которых от направления предыдущего вектора составляет 45 градусов и более. Такое изменение направления движения ЦД (≥ 45°) считается “резким”, неоптимальным.

Если же постуральная система человека функционирует негармонично, либо имеет место тот или иной патологический процесс, поразивший мозговые структуры обеспечения функции равновесия, то в поддержании вертикальной позы дополнительно задействуется и фазическая мускулатура, требующая гораздо большего и нецелесообразного в данном случае расхода энергии. Увеличение показателя КРИНД в этих случаях способно выявить отклонения различной направленности. При своевременной компенсации человеком отклонений его тела от вертикали, скорость движения ЦД должна быть минимальной. Любые нарушения в стабилизации вертикального положения тела приводят к задержкам и ошибкам в коррекции отклонений. Это выражается в увеличении линейной скорости перемещения ЦД и резких изменениях направления его движения.

Несмотря на то, что КФР зарекомендовал себя с положительной стороны и успешно используется в России более 15 лет, оставалась неудовлетворённость тем, что он не учитывает угловую скорость перемещения ЦД, а также не отражает динамику процесса поддержания равновесия тела. Поэтому в качестве Фактора Динамической Стабилизации (ФДС) была предложена площадь сектора, “заметаемая” последующим вектором относительно направления предыдущего вектора. Размерность ФДС (мм/с)2 х радиан/с. Уместная в данном случае аналогия – площадь сектора на лобовом стекле автомобиля, очищаемая постоянно движущейся щёткой. Динамика ФДС здорового человека с открытыми и закрытыми глазами отражена на рис. 3 и 4.

Идея подобного расчёта принадлежит великому немецкому астроному Иоганну Кеплеру, первооткрывателю законов движения планет Солнечной системы, который доказал следующее: когда планеты перемещаются по эллипсовидной траектории, то площадь, которую “заметает” их радиус в единицу времени, одинакова. В отличие от закона Кеплера, динамическая стабилизация вертикального положения тела проявляется в стохастическом изменении ФДС вследствие постоянного противодействия процессов, дестабилизирующих и стабилизирующих равновесие тела человека.

Вообще именно выдающийся французский постуролог P.-M. Gagey (2004) ввёл понятие динамической стабилизации вертикального положения тела, которое основывалось на представлении о нелинейности процесса перемещения ЦД стоп. Это дало новый толчок в развитии векторного анализа СКГ.

Стало понятно, что необходимо оценивать всю динамику процесса стабилизации и анализировать одновременно как линейное, так и угловое перемещение ЦД стоп. Параметром интегральной оценки линейного и углового перемещения ЦД в динамике как раз и выступает ФДС. Дисперсия значений этого фактора отражает интегральную характеристику динамической стабилизации вертикального положения тела. Так же, как и КФР, она выражается в процентах и названа Индексом Динамической Стабилизации – ИДС [5; 6].

По ФДС и ИДС можно судить об эффективности любого вида лечения (рис. 5), а также реабилитации при различных заболеваниях, о степени тренированности спортсменов.

Так как массив значений ФДС при каждом обследовании большой, то имеется возможность проводить оценку статистической значимости различия результатов пар обследований одного пациента при помощи F-критерия Фишера для дисперсий. В данном примере F=3,63 (p<0,001).

Для удобства пользователей создано внешнее микропроцессорное конверторное USB-устройство, которое позволяет преобразовывать массив координат ЦД (X; Y), полученных при помощи программного обеспечения статокинзиметров любого отечественного или зарубежного производителя, в сводку значений ИДС и дисперсии ФДС для расчёта статистической достоверности различия.

Полезным и наглядным для практикующих врачей подходом оказалась возможность создания звукового образа ИДС – числовой массив переводится в однотональный звуковой сигнал, характеризующий уровень динамической стабилизации [6; 7]. По высоте звука врач может легко ориентироваться в выраженности динамической стабилизации вертикального положения тела каждого человека и судить о её положительных или отрицательных изменениях на этапах реабилитации или по мере прогрессирования заболевания.

Описанная методология подкреплена патентом на изобретение № 2380035 “Способ оценки функционального состояния человека (ИДС)” с приоритетом от 26.01.2009 г. [8]. USB-устройство производится ООО Научно-медицинская фирма “Статокин”, г. Москва.

Таким образом, векторный анализ СКГ открыл новое направление в оценке динамической стабилизации вертикального положения тела. Используя его, врач может по показателю ИДС, выраженному в процентах и представленному в виде звукового образа, оценивать эффективность лечения, а также на этапах обследования и лечения проводить статистическую оценку достоверности различия вариативности показателя ФДС одного пациента, а не групп лиц, что имеет место при использовании врачом исключительно классических параметров анализа СКГ.

Библиография

1. Доценко В. И. Методологические аспекты комплексного изучения стратегии сосуществования человека с гравитационным полем Земли // Известия ЮФУ. Технические науки / Тематический выпуск “Медицинские информационные системы”. – 2008. – № 6. – С. 101-108.

2. Mauritz K.-H. Standataxie bei Kleinhirnlastionen, Untersuchungen zur Differential-diagnostik und Patofhysiologie gestorter Haltungregulation. – Freiburg, 1979.

3. Okuzono T. Vector statokinesigram. A new method of analysis of human body sway // Pract. Otol. Kyoto. – 1983. – Vol. 76, № 10. – P. 2565-2580.

4. Усачёв В. И. Способ качественной оценки функции равновесия / Патент на изобретение № 2175851. – М., 2001 (приоритет от 1999 года).

5. Усачёв В. И. Оценка динамической стабилизации центра давления стоп по данным анализа векторов статокинезиграммы / В кн.: П.-М. Гаже, Б. Вебер Постурология. Регуляция и нарушения функции равновесия тела человека: перевод с французского / Под ред. В. И. Усачёва – СПб: Издательский дом СПбМАПО, 2008. – С. 291-296.

6. Usachev V.I. Estimation of dynamic stabilization of vertical body position in diagnostics of effectiveness of treatment and rehabilitation // Abstracts of the 5TH International Posture Sym-posium. – Bratislava, 2008. – P. 53.

7. Усачёв В. И., Доценко В. И., Кононов А. Ф., Артёмов В. Г. Новая методология стабилометрической диагностики нарушения функции равновесия тела // Вестн. оторинолар. – 2009. – № 3. – С. 19-22.

8. Усачёв В. И., Артёмов В. Г., Кононов А. Ф. Способ оценки функционального состояния человека (ИДС) / Патент на изобретение № 2380035. – М., 2010 (приоритет от 26.01.2009 года).

119602, Москва, а/я 285

Тел.: (495) 741-14-40 • тел./факс (499) 160-91-54

E-mail: statokyn@aha.ru • www.statokyn.ru

Медицинская компьютерная техника для неврологии, нейрофизиологии, спортивной медицины и реабилитологии