Кинезиология шейного отдела: особенности биокинематики, эргономики, гимнастики

Боль в шее (БШ) является проблемой планетарного масштаба в связи с ее широкой распространенностью, огромными прямыми и косвенными финансовыми затратами. БШ занимает четвертое место в мире по количеству лет, прожитых с инвалидностью [1—3]. БШ особенно актуальна для промышленно развитых стран [4, 5]. В последние годы показатели заболеваемости БШ увеличились на 27—48%, и, как ожидается, они будут продолжать расти из-за сидячего образа жизни, стиля работы и широкого использования гаджетов. Среди провоцирующих факторов большое значение имеют длительные статические нагрузки на шейный отдел позвоночника, пребывание в вынужденном положении, неправильная эргономика рабочего места [6]. Отмечена высокая распространенность БШ среди офисных работников, хирургов, стоматологов, летчиков, студентов [6—13]. Обнаружена связь между несоблюдением правил эргономики и появлением различных вариантов скелетно-мышечных болей, в том числе в области шеи [14]. Большой вклад в развитие БШ вносит длительное сидение за столом без перерыва (более 5,41 ч/сут), в то же время сокращение рабочего времени снижает риск возникновения БШ [15, 16]. Работа в кресле, поддерживающем только поясничную область, неправильное использование монитора и положение компьютерной мыши, поворот и наклон головы увеличивают заболеваемость БШ [17, 18]. Физические упражнения снижают риск развития и интенсивность БШ [19—21].

Особую актуальность приобрела проблема БШ у лиц молодого возраста, в том числе у студентов. БШ в этой когорте отмечаются у 48—78% респондентов, причем в последние годы наблюдается стремительный рост заболеваемости (в 2 раза выше, чем в группе 50-летних). БШ является частой причиной пропуска занятий, снижения концентрации внимания, ухудшения уровня образования, что влияет на будущие карьерные перспективы [13]. При обследовании 684 студентов 46% сообщили о БШ в течение 1-го года наблюдения, 33% из них отмечали постоянную БШ. Возникновение БШ было ассоциировано с неправильным положением экрана компьютера, слишком высоким положением клавиатуры, длительным (более 70% от общего времени) использованием компьютера для развлечения, а также с неправильным положением мыши [22]. Широкое использование мобильных устройств с сенсорным экраном становится все более распространенным в современном обществе, что существенно влияет на проблему БШ [23]. Выявлено одиннадцать факторов риска развития БШ в молодом возрасте: ежедневное использование электронных устройств в течение длительного времени (более 3 ч в день), привычная поза с наклоном головы вперед (более 1 ч в день), недостаток физических упражнений (менее 3 ч в неделю), неправильно подобранная подушка, неправильная поза сидя, травмы шеи и плеча в анамнезе, высокие требования образовательного учреждения, недостаток сна, стресс, эмоциональные проблемы и женский пол [24].

Огромное значение в развитии и поддержании БШ имеют психоэмоциональные факторы: длительный стресс, увеличение сложности задач, отсутствие социальной поддержки, тревога и депрессия [25]. В качестве скрининга психосоциальных влияний международные рекомендации советуют использование шкалы Keele STarT MSK Tool [26]. Несмотря на распространенность заболеваний шеи среди работающего населения, основной механизм, объясняющий причину боли в шее, остается неясным.

В качестве метода лечения и профилактики БШ широко применяется кинезиотерапия. Кинезиотерапия (дословно с греч.: лечение движением) — это комплексное лечебно-профилактическое воздействие в виде сочетания гимнастики, эргономики труда и быта с учетом особенностей анатомии и биокинематики.

Шейный отдел позвоночника (ШОП) — наиболее подвижный и наименее прочный отдел позвоночника, расположенный между двумя массивными структурами — черепом и грудной клеткой [27, 28]. Условно ШОП разделяют на две морфологически разные зоны: верхнюю затылочно-шейную (череп, атлант, аксис) и нижнюю (C₃—C₇) [29]. Структура межпозвонковых дисков ШОП имеет существенные различия и меняется с возрастом. Студенистое (пульпозное) ядро отмечается в основном в молодом возрасте, а к 30 годам оно в большинстве случаев не определяется — диск представляет собой волокнисто-хрящевую пластину [30]. В отличие от поясничных межпозвонковых дисков основная роль шейных дисков не в амортизации, а в фиксации — шейные диски являются аналогами связок [31]. Фасеточные (дугоотростчатые) суставы (ФС) представляют собой парные синовиальные суставы между суставными отростками смежных позвонков [32]. Два ФС и межпозвонковый диск на каждом уровне составляют трехсуставной комплекс. Шейные ФС ориентированы коронально, они препятствуют передне-заднему смещению и облегчают сгибание, разгибание и боковое сгибание [33]. ФС считаются самыми частыми (до 67%) анатомическими источниками боли у пациентов с БШ [34, 35]. В отличие от поясничных роль шейных межпозвонковых дисков как самостоятельного источника боли не доказана [30, 36]. ШОП содержит большое количество связок, основной функцией которых является пассивная стабилизация, а также регуляция напряжения параспинальных мышц (таких как многораздельные), которая осуществляется за счет связочно-мышечного рефлекса [37—39].

Биомеханика ШОП крайне сложна. Диапазон движений составляет: 80—90° в сгибании, 70° в разгибании, боковое сгибание –20—40°, поворот в обе стороны до 90°. Два верхних шейных сегмента обеспечивают наибольший объем сгибания-разгибания (атланто-окципитальное сочленение отвечает примерно за 50%) и вращения ШОП (атланто-аксиальный (C₁—C₂) сустав отвечает за 50% ротации), на остальные сегменты приходится по 6° осевого вращения и от 10° до 16° сгибания-разгибания на каждый уровень. При движениях усилие приходится на весь ШОП и связанную с ним мускулатуру [40, 41].

Костно-связочная система обеспечивает 20% механической стабильности ШОП, 80% приходится на мышцы шеи. Если роль связочного аппарата сводится в основном к стабилизации и ограничению конечного диапазона движения, то мышцы обеспечивают динамическую поддержку в нейтральных положениях, в повседневных действиях и движениях. Мышцы в количестве более 20 пар располагаются спереди и сзади позвоночного столба в несколько слоев. Наблюдается разнообразие многочисленных прикреплений с наличием перегибов, поэтому сокращение мышцы вызывает непрямолинейное движение. Небольшие глубокие мышцы, соединяющие последовательно остистые и поперечные отростки, в большей степени служат для укрепления и проприоцепции позвоночных структур, а не для движения. Субокципитальные мышцы контролируют ориентацию и движения головы относительно атланта и аксиса. Многораздельная мышца шеи берет начало непосредственно из капсул фасеточных суставов, такая тесная взаимосвязь объясняет трудности диагностики фасеточного и миофасциального синдромов. Имеются мышцы, которые прикрепляются к позвоночному столбу, но в основном воздействуют на внепозвоночные структуры (например, на лестничные мышцы, действующие на ребра; мышцы, поднимающие лопатку, и трапециевидные мышцы, действующие на плечевой пояс). В то же время грудино-ключично-сосцевидная мышца, которая обеспечивает основное сгибание и повороты ШОП, не имеет связи с позвоночными структурами, а прикрепляется непосредственно к грудине, ключице и черепу. Основной задачей мышц позвоночника является удержание позвонков в нейтральной зоне, в которой нагрузка оптимально распределяется на все опорные структуры, что осуществляется в основном за счет пассивного тонуса и реципрокного взаимодействия (сокращения-расслабления) мышц-агонистов и мышц-антагонистов при ожидаемом движении головы, а также за счет совместной активации всех групп мышц при неожиданном движении (это, например, внезапный толчок, падение и др.). Глубокие мышцы считаются ключевыми для сегментарной поддержки ШОП из-за их относительно небольшого рычага и высокой (более 70%) доли медленно сокращающихся волокон. Все вышеперечисленное показывает сложности оценки и моделирования движения и позы ШОП [36].

Мышечно-связочный аппарат является основной точкой приложения таких методов лечения, как гимнастика, кинезиотерапия, однако оценить весь комплекс мышечных взаимодействий на современном этапе практически невозможно. Предпринимаются попытки морфометрической, биопсийной, электромиографической (ЭМГ) оценки. В исследованиях с помощью магнитно-резонансной томографии морфометрии мышц получены противоречивые данные. В некоторых из них обнаружена жировая инфильтрация многораздельной и полуостистой мышц шеи и уменьшение поперечного размера этих мышц у пациентов с хроническими болями в шее (ХБШ), однако в последующих работах, напротив, этот параметр был значительно больше у пациентов с ХБШ, чем у здоровых. Изменения других мышц также были весьма вариабельными. По данным некоторых исследований невозможно сделать никаких выводов относительно значимости жировой инфильтрации. Помимо изменений в размерах мышц в некоторых работах отмечена трансформация волокон I типа в волокна II типа (то есть от медленных волокон к быстрым) в сгибателях и разгибателях ШОП у пациентов с ХБШ, однако эти изменения достаточно неспецифичны. Подводя итог, можно сказать, что ХБШ могут оказывать влияние на морфологию мышц шеи, но доказательства этому ограничены [42, 43].

Большинство исследований по функциональной оценке биомеханики мышц ШОП было проведено при использовании поверхностной электромиографии (ЭМГ), которая имеет существенные ограничения: возможна регистрация потенциалов только поверхностно расположенных шейных мышц; регулярные несоответствия в применяемой методологии ограничивают интерпретацию результатов; имеются только косвенные соотношения мышечного тонуса и силы с параметрами ЭМГ. На основании подобных исследований был сделан вывод о наличии у пациентов с БШ т.н. дисфункции глубоких мышц-сгибателей в виде снижения активации во время сгибания и задержки активации во время проб на удержание позы. В других работах показана повышенная активация и замедление расслабления поверхностных разгибателей. В то же время связь между уровнем активации мышц ШОП и индивидуальным уровнем боли не доказана. Было показано, что пороги боли при давлении слабо коррелируют с амплитудой ЭМГ шейных мышц, что позволяет предположить наличие иных факторов активации мышц, в частности влияния психоэмоционального стресса. Таким образом, при ХБШ данные дополнительных методов исследования не являются окончательными в отношении их клинической значимости, полученные результаты крайне противоречивы, соответствие инструментальных методов физическим и физиологическим процессам довольно спорно [42, 44, 45].

Важным компонентом биокинематики ШОП является система сенсомоторного контроля (СМК). Постоянная сенсорная информация в тесном взаимодействии с вестибулярным и зрительным аппаратами обеспечивает координацию шейных мышц для стабилизации ШОП при статических и динамических нагрузках. Проприоцепция играет решающую роль в поддержании осанки и стабильности шейных сегментов; обеспечивается в основном мышечными веретенами и сухожильными органами Гольджи; суставные и кожные рецепторы имеют меньшее значение. Плотность мышечных веретен наиболее высока в небольших подзатылочных мышцах, что подразумевает их роль в тонком контроле моторики шеи и головы. Любые повреждения шейных структур нарушают проприоцепцию и управление движением, так как при активации ноцицепторов происходит подавление активности гамма-мотонейронов. Экспериментальная боль в мышцах шеи, вызванная инъекцией гипертонического солевого раствора, приводит к ингибированию активации болезненной мышцы; хроническая боль вызывает структурное и функциональное нарушение шейных мышц; чрезмерная активация механорецепторов в дегенеративных шейных дисках и фасеточных суставах генерирует большое количество ошибочных сенсорных сигналов. Нарушение проприоцепции, вызванное болью в шее, приводит к изменениям пластичности нейронов, рекрутирования шейных мышц и кинематики шейного отдела. Аномальная проприорецепция периферических шейных структур может вызвать нейропластические изменения в головном мозге, модифицировать систему сенсомоторного контроля и в конечном итоге привести к изменению двигательных реакций. Долгосрочное сенсомоторное нарушение и неадаптивная пластичность нейронов способствуют хронизации боли в шее. При этом боль оказывает большее влияние на эту систему по сравнению с морфологическими изменениями ШОП [39].

Предлагаются методы лечения и тренировки глубоких мышц, основанные на устранение нарушений СМК [46]. Однако количественные и качественные методы оценки состояния СМК показали противоречивые результаты. Разнообразие тестов для оценки СМК, используемых в различных исследованиях, отсутствие различий между участниками с ХБШ и бессимптомными пациентами затрудняет выводы об их клинической значимости [47].

Правильная осанка подразумевает оптимальный баланс с минимальным напряжением опорно-двигательных структур. В нейтральном положении на атлант действует только сила тяжести головы, мышцы не напрягаются. Было изучено влияние конфигурации ШОП на распределение нагрузки. Сгибание (кифозирование) ШОП является наиболее неблагоприятным положением, так как это приводит к повышению сжимающей нагрузки на передние области позвонков. Сгибание увеличивает компрессионные нагрузки в 1,6 раза по всем позвоночным сегментам ШОП и в 4 раза передне-задние сдвиговые нагрузки в верхнем шейном отделе по сравнению с нейтральным положением [48]. При лордозе (искривлении с выпуклостью вперед) давление на задние и передние поверхности позвонков скомпенсировано, поэтому такое положение является менее опасным, однако при гиперлордозе увеличивается нагрузка на фасеточные суставы [49]. На распределение нагрузки влияет не только конфигурация самого позвоночного столба, но и положение головы. Смещение черепа кпереди приводит к появлению нового центра тяжести и изменению нагрузки на шейные сегменты; уменьшение краниовертебрального угла достоверно коррелирует с развитием БШ и нарушением жизнедеятельности [50, 51]. При дегенеративно-дистрофических изменениях ШОП увеличивается нагрузка на сегменты C₄—C₅ и C₆—C₇, что делает их наиболее уязвимыми [52]. Таким образом, изменение положения шеи и головы может привести к развитию БШ.

Эргономика — это наука о том, как сделать рабочее место комфортным и безопасным, для обеспечения эффективной работы. Длительное использование компьютеров, гаджетов и мобильных устройств существенно увеличивает риск заболеваний опорно-двигательного аппарата [15, 53—55]. Соблюдение эргономики особенно важно для офисных сотрудников, которые большую часть рабочего времени проводят в вынужденных позах за компьютерным столом. Для оценки влияния эргономических факторов в 2012 г. была создана шкала Rapid Office Strain Assessment (ROSA), разработанная Канадским центром гигиены и безопасности труда. Оцениваются все компоненты рабочего места: офисное кресло (высота и глубина сиденья, наличие подлокотников и система поддержки осанки); расположение монитора, телефонного аппарата; форма мыши; положение при работе с клавиатурой. Эти параметры варьируются в зависимости от пола сотрудника и от специфических особенностей работы, что позволяет обеспечить более качественный подбор. Для каждого из критериев оценки была разработана норма, основанная на стандартах офисной эргономики. В крупном обзоре (2015) были проанализированы сходства и различия международных и национальных стандартов по эргономике и рекомендаций по проектированию компьютерных рабочих станций. Несмотря на наличие некоторых пробелов и разногласий, сделан обобщенный вывод о правилах организации рабочего места [56]. Аналогичные рекомендации по обустройству компьютерного места разработаны и в России. Согласно ГОСТ 12.2.032-78, регламентируются размер и высота расположения рабочего пространства, в котором должны находиться все необходимые для работы предметы [57].

При оптимальном положении колени согнуты под углом 90° или чуть более, стопы расположены на полу или на специальной поставке, между коленями и концом сиденья должно быть 5—7 см. Кресло должно быть регулируемым по высоте, спинка должна обеспечивать опору для поясницы, поддерживая естественный лордоз; подлокотники должны быть расположены так, чтобы локти сгибались под углом более 90°, а плечи были расслаблены. Имеются данные, что угол сгибания локтей 137—148° при использовании мыши коррелировал с более низким риском развития боли в шее и в плечах [58]. Важны оптимальный размер монитора и величина шрифта для чтения с учетом индивидуальных параметров зрения. Шея и голова должны находиться в нейтральном положении с избеганием как сгибания шеи и смещения головы вперед, так и запрокидывания головы назад. Следует избегать подъема плеч или рук, не должно быть сильных изгибов запястья. Компьютерная мышь должна располагаться на одном уровне с клавиатурой и соответствовать размеру руки работника. Монитор следует размещать прямо перед оператором, на расстоянии 35—75 см от него; верхняя строка дисплея должна находиться примерно на уровне глаз или чуть ниже, угол обзора между линией глаз и серединой монитора должен составлять 15—30° (наклон экрана не более 30° от вертикали) (рис. 1). Установка монитора с центром, расположенным на 20° ниже горизонтальной плоскости глаз, приводит к увеличению нагрузки в сегменте C₇/T₁, большему наклону головы и сгибанию шеи [56, 59, 60].

Рис. 1. Оптимальные параметры офисного рабочего места.

Требуются дальнейшие исследования для оценки связи между размером экрана и БШ [22].

Оценить нагрузку на шею и опорно-двигательный аппарат также можно с помощью шкалы Rapid Upper Limb Assessment (RULA), разработанной в 2005 г. Оценивается поза во время работы на основании превалирующих положений головы, туловища, рук и ног с указанием мышечной активности соответствующих отделов тела, что позволяет прогнозировать риск развития скелетно-мышечных нарушений [61]. Этот метод, однако, не учитывает длительности нахождения в неправильном положении. Сидение более 95% рабочего времени является фактором риска возникновения БШ. Рекомендуется делать перерывы в работе (минимум 1 раз в час) с проведением разминки [62].

Имеется небольшое число работ по биомеханике ШОП при использовании мобильных устройств (МУ) с сенсорным экраном. Модель правильной позы при использовании этих МУ недостаточно исследована, однако имеющиеся работы подтверждают, что при длительном использовании МУ меняется нагрузка на ШО и повышается риск БШ [63—65]. Сгибание ШОП является самой распространенной позой при использовании МУ, в последнее время в литературе даже появился термин «смартфонная шея». На величину сгибания шеи влияют размер экрана, расположение устройства и выполняемые задачи. Повышенное напряжение шейных структур возникает при удержании МУ в руках (по сравнению с тем, когда МУ лежит на столе), наборе текста и играх. Использование меньших экранов гаджетов приводит к большему сгибанию шеи, чтобы сократить расстояние между глазами и экраном, а также повысить четкость зрения, поэтому МУ с большим размером экрана предпочтительнее с точки зрения профилактики БШ [23, 66].

В настоящее время не существует утвержденной эргономичной компьютерной рабочей станции, которая снижает частоту БШ путем сопоставления данных нескольких измерений с антропометрическими параметрами конкретного пользователя, хотя работы, в том числе с использованием искусственного интеллекта, активно ведутся [15, 54, 55].

Современные представления об эргономике учитывают все биопсихосоциальные факторы, в том числе сверхурочную работу, систему поощрения и наказания, эмоциональный климат в коллективе и т.п. [59]. Правильное обустройство рабочего места должно сочетаться с обучением пользователей, в том числе снижению воздействия других факторов риска, реакции на стрессовые воздействия, основам гимнастики и т.п. Необходимы дальнейшие исследования надежности и достоверности объективной дистанционной оценки по сравнению с личной оценкой, а также возможности ее использования консультантами по эргономике или кинезиотерапевтами [67]. Для снижения риска заболеваний опорно-двигательного аппарата офисным работникам рекомендовано менять положение сидя на положение стоя или ходить во время работы каждый час и спать ≥6 ч в день [68].

Значительная часть обострений БШ возникает во время сна с плохо подобранными параметрами подушки. Имеется огромное количество рекламной информации и ограниченное число научных работ, посвященных этой проблеме. При этом большинство из них имеют низкое методическое качество и выполнены на азиатской популяции, которая имеет антропометрические особенности и своеобразие гигиены сна. Теоретически подушка должна соответствовать индивидуальным антропометрическим параметрам; иметь оптимальную высоту, жесткость и форму для поддержания физиологической кривизны ШОП; обеспечивать достаточную поддержку головы, шеи и расслабление мышц во время сна [68]. В действительности же имеются большие сложности. Сон — это динамичный процесс, во время которого люди бессознательно меняют позу примерно 24 раза за ночь; нейтральное положение позвоночника в вертикальном положении не соответствует режиму нагрузки в положении лежа; имеется изменение высоты подушки за счет сжатия материала, поэтому удобное положение при примерке в магазине и засыпании не соответствует реалиям сна.

Высота подушки серьезно влияет на геометрию ШОП, поэтому ей уделяют приоритетное внимание. Предложено несколько факторов, определяющих этот параметр, включая контактное давление, размеры тела, угол выравнивания ШОП и мышечную активность. Контактное давление исследовали датчиками, встроенными в подушку. Теоретически высокое давление в месте контакта указывает на адекватную поддержку, но может вызывать дискомфорт за счет сдавления мягких тканей; капиллярная перфузия ниже 4,2 кПа оптимальна при давлении на кожу. Соответственно, давление контакта тела с подушкой должно быть достаточно высоким, чтобы поддерживать голову и шею, но не должно превышать пороговые значения во избежание избыточной компрессии мягких тканей. Не выявлено статистически значимых взаимосвязей между антропометрическими параметрами и предпочтением высоты подушки. На сегодняшний день ни в одном исследовании не были установлены нормативные значения угла сагиттального или коронального сгибания ШОП [69]. При изучении ЭМГ-активности мышц шеи наименьшее напряжение и наилучший комфорт в положении на боку отмечались при высоте подушки 10 см, увеличение или уменьшение высоты на 5 см приводило к повышенной активации мышц [70].

Форма подушки должна соответствовать костной структуре головы и шеи, чтобы поддерживать физиологическую кривизну ШОП. Большинство подушек оказались слишком высокими для положения лежа на спине и слишком низкими для положения на боку, в связи с чем предложен дизайн U-образной формы подушки спереди с углублением в средней части для положения лежа на спине и с подъемом с обеих сторон для боковых положений, но нет никакой гарантии, что во время сна это будет соблюдаться [71]. В одном из обзоров было показано, что использование подушек высотой 7—11 см из латекса с контурным дизайном и охлаждающей поверхностью улучшает качество сна, выравнивание позвоночника, а также уменьшает БШ, связанную со сном [72].

Другие исследователи считают, что поверхность подушки должна быть плоской для плавного переворота во сне, следовательно, контурность и искривление поверхности подушки не нужны. Наиболее важным параметром они считают высоту подушки, которую можно регулировать в соответствии с телосложением каждого пациента с помощью метода настройки для оптимального положения шеи во время сна (Set-up for Spinal Sleep method — SSS). Метод SSS включает три этапа: 1) в положении на боку высота подушки отрегулирована таким образом, чтобы голова и туловище участника были выровнены параллельно поверхности кровати; 2) в положении на спине — углом наклона шеи 15° от поверхности кровати; 3) подгонка высоты подушки шагом по 5 мм при плавном перевороте на бок. Высота подушки, которая позволяет переворачиваться наиболее плавно, признана оптимальной. Значительное изменение привычной высоты подушки может вызвать дискомфорт из-за неспособности пользователя быстро адаптироваться, поэтому предлагается поэтапная настройка высоты подушки [73]. Были проведены исследования влияния подушки с пружинным блоком на уменьшение БШ, однако для получения достоверных результатов необходимы дополнительные испытания [74].

Таким образом, предлагаемый диапазон для достижения оптимального выравнивания ШОП, надлежащего распределения давления и минимальной мышечной активности во время сна пока не может быть определен, учитывая отсутствие достаточных доказательств. Не существует однозначных выводов относительно высоты подушки для положения лежа на спине и на боку [69]. В большинстве исследований отдается предпочтение искусственным материалам [75].

В повседневной практике возможен только эмпирический подбор параметров, удобных для конкретного пользователя. Ориентировочные характеристики: подушка должна быть мягкой и умеренно высокой (около 10 см), поддерживать шейный лордоз в положении лежа и предотвращать боковое сгибание шеи в положении на боку; изготовлена из легкого гипоаллергенного материала, пригодного для длительного использования без выраженной деформации, с хорошей степенью термического рассеивания [74].

Моделирование позы — это рассчитанное оптимальное комфортное положение корпуса человека. ШОП человека является одной из наиболее сложных областей для разработки биомеханического моделирования. Существуют четыре основных метода биомеханического моделирования: физические модели, модели in vitro, модели in vivo и компьютерные модели. Физические модели обычно изготавливаются из небиологического материала и в основном используются для испытаний на усталость различных имплантатов; они менее надежны, если предполагается оценка костной анатомии и биомеханические свойства мягких тканей. Модели in vitro из трупных материалов животных и человека полезны для оценки конструкции позвоночника, анатомии и биомеханических свойств, однако не отражают свойства живой ткани. Биомеханические модели in vivo животных и редко людей-добровольцев используются для изучения дегенеративного процесса, повреждения мягких тканей, но имеют ряд ограничений, учитывая различия в анатомии и биологии разных видов животных и человека, а также этические аспекты.

В значительной мере эти недостатки преодолеваются при использовании компьютерных моделей, которые представляют собой набор математических уравнений и учитывают геометрические, физические и биомеханические свойства представляемой структуры. Эти модели имеют определенные преимущества, что делает их более привлекательными для оценки механизмов, лежащих в основе травмы, а также для исследования биомеханических параметров, которые невозможно измерить напрямую с помощью тестов in vitro или in vivo в условиях, которые с этической точки зрения неприемлемы. Однако они не являются универсальными, имеются определенные проблемы, включая сложный процесс проверки и ограниченный характер применения. Хочется отметить, что большинство современных биомеханических моделей ШОП были созданы для моделирования аварийных ситуаций.

На сегодняшний день для предсказания потенциальных дисфункций опорно-двигательного аппарата используется три подхода моделирования: 1) метод моделей конечных элементов, представляющих отдельные исследуемые части ШОП, и влияния на них внешних факторов; 2) метод многофункциональных моделей (динамическая модель многих тел), позволяющий оценить в целом ШОП и воздействие на каждый позвонок и каждую мышцу шеи; 3) гибридная модель [76].

Модели конечных элементов, состоящие из множества мелких элементов, использовались в биомеханическом анализе для изучения напряжений тканей под внешними нагрузками, они способны представлять сложную геометрию и детально моделировать поведение материала. Динамические модели многих тел — это математические модели, состоящие из твердых тел, представляющих кость, и элементов пружинного демпфера, представляющих соединяющиеся мягкие ткани. Математические уравнения, представляющие поведение элементов пружины-демпфера, определяют кинематический и кинетический отклик моделей на внешние силы. Модели конечных элементов в основном используются для моделирования статических или изометрических ситуаций, тогда как модели нескольких тел способны моделировать высокоскоростные динамические движения. Гибридные модели способны включать гораздо больше анатомических деталей и использовать преимущества гибкой динамической модели, они снижают вычислительную сложность с минимальной потерей точности. Сложность биокинематики ШОП приводит к использованию значительных упрощений и допусков, что обуславливает ограниченную достоверность моделей.

Предпринимаются попытки моделирования мышечной активности на основе ЭМГ, которые затруднены из-за недостаточно реалистичного представления о функционировании мышц и об особенностях динамической нагрузки. Приходится констатировать, что на сегодняшний день наши знания о биомеханике ШОП в повседневной жизнедеятельности и профессиональной деятельности человека ограниченны. С целью повышения точности моделей необходимо создание динамической модели на основе 3D-ЭМГ для воспроизведения и оценки профессиональной деятельности с точной геометрией мышц и представлением силы, а также валидация модели для конкретного человека или задачи [77, 78].

Тем не менее было определено эталонное положение человека за компьютером [79]. Позвоночник человека имеет определенные изгибы, поэтому модель исходит из нормальной анатомии позвоночника. От вершин ломаной, представленной на рис. 2, к горизонтали (относительно пола) были вычислены оптимальные углы: α=250°, β=110°, γ=120°, δ=75°, при соблюдении которых давление на структуру позвоночника будет равномерным, а, следовательно, риск возникновения болевого синдрома будет минимальным.

Рис. 2. Эталонное положение тела человека за компьютером.

A — остистый отросток 5-го поясничного позвонка; O — остистый отросток 7-го грудного позвонка; B — остистый отросток 7-го шейного позвонка; C — остистый отросток 5-го шейного позвонка; D — точка затылочного бугра.

В действительности подавляющее большинство людей не сидят в соответствии с расчетами. Следующим важным этапом является оценка позы конкретного работника и сравнение с анатомически правильной моделью. Один из методов — оценка по выбранным ключевым точкам, определяющая общее состояние опорно-двигательного аппарата у испытуемых. Вручную расставляются точки на фотографиях в областях головы, шеи, позвоночника, копчика, бедренных суставов, коленных суставов, лодыжек, затем сравнивают расположение ключевых точек с контрольными точками [80]. Используются методы, связанные с нейросетями, обученными на основе набора фотографического материала правильных поз с выделенными вручную контрольными точками, при этом учитывается не только положение ключевых точек в пространстве, но и их взаимное расположение, что позволяет лучше выявить дефекты позы [81].

Другой современный метод для оценки положения туловища предлагает использовать технологии, примененные в игровых контроллерах. Датчик Microsoft Kinect v2 реагирует на движение человека, воспринимая это как команду, что позволяет применять данное устройство и для контроля осанки. Изначально испытуемый был зафиксирован в анатомически правильной позе, которую датчик воспринимает как начальную. Отклонение испытуемого от правильной позы фиксировалось датчиком, от которого посылался сигнал об изменении положения, оповещая участника испытания. Таким образом можно контролировать поддержание правильной позиции при работе [82].

Были предприняты попытки создания «умных подушек» с управлением через смартфон: с целью выявления и автоматической регулировки высоты и формы подушки для предотвращения случаев апноэ во сне; автоматического изменения параметров путем оценки встроенными датчиками изменения давления на подушку во сне. В будущем «умные подушки» получат возможность автоматически измерять антропометрические параметры, записывать привычки пользователя и собирать биомеханические данные головы и шеи с мониторингом в режиме реального времени. В конечном итоге «умная подушка» сможет автоматически настраивать свою высоту, чтобы постепенно оптимизировать изгибы шеи и улучшить качество сна человека [68].

Современные клинические руководства по ведению ХБШ рекомендуют мультимодальный подход, в рамках которого одним из наиболее эффективных, безопасных и экономически выгодных методов лечения и профилактики ХБШ являются программы физических упражнений. Доказано положительное влияние различных типов упражнений на боль и нетрудоспособность при ХБШ по сравнению с вмешательствами без упражнений в краткосрочной перспективе, однако долгосрочные результаты неизвестны [21]. Клинические руководства не дают конкретных рекомендаций относительно типа и дозировки физических упражнений.

Обсуждаются различные механизмы физических упражнений. Самые примитивные сводятся к созданию т.н. мышечного корсета, однако морфометрические исследования показывают противоречивые данные о связи состояния мышц и БШ [41, 83—87]. Другие обсуждаемые механизмы: улучшение регионарного кровотока, увеличение выработки синовиальной жидкости в суставах, стимуляция противовоспалительных интерлейкинов (IL) (IL-4, IL-10 (т.н. механокинов) и IL-13) [88], уменьшение боли при стимуляции проприоцептивных волокон по механизму воротного контроля Melzack—Wall. Положительное влияние лечебной физической культуры (ЛФК) не ограничивается регионарным воздействием. Уменьшение боли наблюдается при тренировке не только мышц пораженного региона, но и мышц, отдаленных от источника боли. При оценке методом количественно-сенсорного тестирования было показано, что упражнения с диапазоном активного движения вызывали локальную и общую гипоалгезию, в то время как обезболивающий эффект субмаксимальных аэробных упражнений проявлялся в виде общей гипоалгезии [89].

Ведущее значение в обезболивающем эффекте гимнастики придается активации эндогенных опиатных систем, при блокаде опиоидных рецепторов обезболивающего эффекта тренировок не наблюдается. Кроме того, придается значение влиянию упражнений на другие нейромедиаторы (серотонин, дофамин); регуляцию иммунной системы; уменьшение вегетативной дисфункции; активации каннабиноидных рецепторов и нисходящих тормозных антиноцицептивных систем [90].

По данным системного обзора с метаанализом (2021), не было различий в степени обезболивания и инвалидизации при сравнении специализированных упражнений для шейного региона с общими упражнениями как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе [91].

Индивидуальный обезболивающий эффект упражнений существенно различается, что может быть связано с генетическими особенностями нейромодуляции. В хронизации боли большое значение имеет развитие кинезиофобии. Регулярное выполнение гимнастики с постепенным увеличением нагрузок в рамках комплексного подхода позволяет преодолеть это состояние, обучить пациента навыкам реагирования на боль во время движения. Боль не является противопоказанием для выполнения упражнений, допустимый уровень — 5 баллов по визуально-аналоговой шкале боли. Более того, протоколы, разрешающие болезненные упражнения, давали небольшое, но статистически значимое преимущество по сравнению с безболезненными упражнениями [92].

Таким образом, физические тренировки влияют на все компоненты биопсихосоциальной модели боли, а не только на локальный источник ноцицептивной боли. Это объясняет факт отсутствия различий в эффективности различных вариантов упражнений [21]. Предлагаемые комплексы специализированных упражнений для шеи не имеют достаточной доказательной базы, исходя из некоторых общих предпосылок, которые мало соотносятся с реальной биокинематикой. Постулируется, что стабильность ШОП зависит от положения головы и шеи, силы глубоких и поверхностных мышц, а также от нагрузок, передаваемых через руки. В связи с этим различные типы упражнений — тренировка глубоких сгибателей шеи с помощью упражнений на контроль движений, силовая тренировка поверхностных мышц шеи и плечевого пояса, стабилизация и тренировка выносливости — имеют разные цели, направленные на сохранение устойчивости шеи во время движений [93].

Среди многочисленных программ упражнений наиболее изученными являются: упражнения по контролю движений, тренировки на увеличение силы и выносливости, йога, пилатес. Упражнения на моторный контроль включают тренировку глубоких мышц шеи, в основном с использованием краниоцервикального сгибания, с применением устройств биологической обратной связи или без таковых. Изометрические упражнения на сопротивление (Pillar) направлены на развитие способности сохранять нейтральное положение ШОП, оказывая сопротивление давлению эластических лент, ручному давлению или давлению системы тренажерных блоков. Упражнения с активным диапазоном движений выполняются самим пациентом, без посторонней помощи; бывают резистивными или изометрическими. Во время резистивных упражнений пациент толкает или тянет, преодолевая противодействие. Во время изометрических упражнений пациент напрягает и расслабляет мышцы, удерживая шею в фиксированном положении. Для выявления мышечной дисфункции и нарушений сенсомоторного контроля используется несколько тестов (одним из наиболее распространенных является тест на краниоцервикальное сгибание). Считается, что упражнения на моторный контроль, нацеленные на глубокие сгибатели и разгибатели шеи, более эффективны у пациентов с положительными результатами подобного тестирования. По данным недавнего системного обзора с метаанализом (2022), было показано, что упражнения для глубоких мышц шеи более эффективны, чем другие формы упражнений, но эффект не зависел от результатов тестирования [94]. В другом исследовании было показано, что эффект упражнений на глубокие шейные мышцы сопоставим с результатами других типов активных упражнений [95]. Силовые тренировки с использованием эспандеров, гантелей, собственного веса направлены на увеличение мышечной массы и выносливости.

Другие программы направлены на улучшения физического и психического благополучия: принципы пилатеса включают концентрацию внимания, точность, плавность и правильное дыхание; традиционные китайские упражнения «для ума и тела» включают интеграцию движения и осанки, моделей дыхания и психологические методики для достижения психического и физического благополучия с использованием практик цигун, тайцзи и др.; занятия йогой сочетают физические позы (асаны), дыхательные техники (пранаямы) и медитацию (дхьяна). Не было показано больших различий в эффективности разных вариантов упражнений [21].

Данные обзора Cochrane (2015) подтвердили безопасность программ упражнений при болях в шее. Эффективность была показана для комплексов на укрепление мышц шейного отдела и плече-лопаточно-грудной области, а также для их сочетания с упражнениями на растяжку и выносливость. Тренировки на выносливость мышц рук и пояса верхних конечностей и цигун-терапия имели умеренный эффект. Не получено доказательств большой эффективности дыхательных упражнений; общей физической подготовки; растяжки в монотерапии; упражнений с биологической обратной связью. Очень мало доказательств того, что упражнения на проприоцепцию и нервно-мышечную координацию глаз и шеи могут уменьшить боль или улучшить функцию в краткосрочном наблюдении. Сделан вывод, что при наличии данных среднего качества все еще существует неопределенность относительно эффективности упражнений при БШ [96]. Важным фактором является поддержание правильной осанки при выполнении упражнений [97].

Программы тренировок с низкой и высокой нагрузкой в течение 6 нед одинаково уменьшали боль и нетрудоспособность; невозможно сделать однозначные выводы из-за небольшого количества исследований и неоднородности параметров дозирования. [98]. Интенсивность нагрузки можно оценивать по шкале Борга, считается, что оптимальной является умеренная нагрузка — в 11—13 баллов [99]. Добавление аэробных нагрузок в виде велотренажера к упражнениям, направленным на мышцы шеи, было вдвое эффективнее, чем использование только изолированных упражнений на мышцы шеи [100]. Сочетание мануальной терапии и гимнастики было более эффективно, чем применение этих методов в отдельности [101].

Приверженность является решающим фактором, определяющим результаты лечения, однако только 30% регулярно выполняют упражнения ЛФК. Комплаентность повышается при использовании программ тренировок, которые разработаны с учетом предпочтений пациентов, обстоятельств их жизнедеятельности, наличия обратной связи, уровня физической подготовки, опыта упражнений и ощущения поддержки со стороны экспертов, при этом не зависит от выбранной методики [102]. Недавнее контролируемое исследование показало высокую эффективность интерактивной системы мобильного приложения для улучшения приверженности ЛФК. Программа содержит простые короткие иллюстрированные инструкции в телефонном чат-боте с функциями напоминания в течение 12 нед [103].

Сочетание эргономических мероприятий и упражнений для шеи на рабочем месте показало эффективность для уменьшения пропусков, связанных с БШ, и увеличение производительности труда у офисных работников в долгосрочной перспективе [104]. В 2022 г. было проведено рандомизированное клиническое исследование среди офисных сотрудников: 12-недельная программа содержала комплекс из 16 упражнений для ШОП, включая разминку, силовые и завершающие упражнения, с нагрузкой для силовых упражнений, направленных на шею и верхнюю часть тела, по 2—3 подхода с 10—15 повторениями по 20 мин не менее 3 раз в неделю. Кроме того, все участники получили мобильное приложение, которое отображает видео каждого упражнения, имеет функции напоминания о тренировке и обратной связи, а также запись тренировки, рекомендации по эргономике рабочего места и обучающую информацию (в том числе по психологической поддержке). Показана высокая эффективность указанной программы для уменьшения потерь производительности труда, связанных с БШ.

В настоящее время имеется множество мифов о кинезиотерапии. В нашей статье мы постарались суммировать научно-обоснованные данные о различных компонентах кинезиотерапии шейного отдела позвоночника, которая не ограничивается только лечебной физической культурой. Проблема боли в шее особенно актуальна среди офисных работников и студентов. Среди провоцирующих факторов большое значение имеют длительные статические нагрузки на шейный отдел позвоночника, пребывание в вынужденном положении, гиподинамия, неправильная эргономика рабочего места и условий сна. Сложность анатомии и биокинематики обусловливает трудности оценки шейного отдела позвоночника и ограничивает достоверность моделирования. В настоящее время достаточно подробно определены эргономические параметры рабочего места для работы на компьютере, но для мобильных устройств такие рекомендации не разработаны. Значительная часть обострений боли в шее возникает во время сна из-за неудобных подушек. Однако в настоящее время для выбора подушки имеются лишь ориентировочные параметры и в повседневной практике возможен только эмпирический подбор. Центральное место в кинезиотерапии занимает гимнастика. Использование различных типов упражнений эффективно для уменьшения боли и степени нетрудоспособности, при этом физические тренировки влияют на все компоненты биопсихосоциальной модели боли в шее. Попытки подбора специализированных упражнений на основании определения т.н. мышечных дисфункций и нарушений сенсомоторного контроля не доказали своей состоятельности. В настоящее время не обнаружено существенных различий в эффективности разных вариантов лечебной физической культуры. Отсутствуют конкретные рекомендации относительно типа и дозировки физических упражнений. Боль не является противопоказанием к проведению гимнастики, при этом программы упражнений должны учитывать индивидуальные особенности конкретного пациента. Сочетание эргономических мероприятий и упражнений для шеи на рабочем месте показало эффективность при боли в шее среди офисных работников. Хорошие перспективы для повышения эффективности кинезиотерапии открываются с использованием мобильных приложений, созданных при участии научных экспертов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.