Технология когнитивной реабилитации с использованием комбинации постурального тренинга и одномоментной когнитивной задачи в профилактике когнитивного дефицита после коронарного шунтирования

Развитие и доступность передовых медицинских технологий увеличили продолжительность жизни, в том числе у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако существенным остается риск ассоциированных с сердечно-сосудистой патологией нарушений когнитивных функций [1, 2], как и риск послеоперационной когнитивной дисфункции (ПОКД) после кардиохирургических вмешательств. Пациенты, подвергшиеся кардиохирургическим операциям с искусственным кровообращением (ИК), имеют наибольший риск ПОКД. Это в свою очередь приводит к увеличению времени реабилитации и снижению соблюдения пациентом лечения [1, 3, 4]. Важно отметить, что ПОКД в раннем послеоперационном периоде коронарного шунтирования (КШ) является фактором риска для когнитивного снижения в долгосрочной перспективе [3]. Вышеперечисленные факты диктуют необходимость проведения мероприятий, направленных на сохранение когнитивных функций у данной категории пациентов.

Для профилактики и лечения когнитивных нарушений различного генеза современными исследователями ведется активный поиск технологий, способных притормозить или остановить развитие когнитивного дефицита. В ряде исследований получены доказательства благотворного влияния различных когнитивных тренингов при нейродегенеративных когнитивных нарушениях, травматическом повреждении головного мозга, у пациентов после острого нарушения мозгового кровообращения (ОНМК) и при возрастном когнитивном снижении [5—9]. Показано, что эффективным восстановительным потенциалом могут обладать различные сочетания когнитивных (внутренний счет, задачи на внимание, исполнительные функции, задачи открытого типа) и моторных (ходьба, бег или поддержание устойчивой позы) компонентов, выполняемые одновременно в рамках одной тренировочной сессии (концепция «двойной задачи» или ее модификация — многозадачный подход) [5, 10—12].

Следует отметить, что когнитивные нарушения у пациентов в раннем послеоперационном периоде КШ преимущественно связаны с диффузным поражением лобных и теменно-затылочных областей коры [12, 13]. Возможно, включение в качестве когнитивной восстановительной терапии многозадачных тренингов, широко задействующих области мозга, обеспечивающие исполнительные функции, рабочую память и внимание, а также двигательные функции, окажет положительное влияние на когнитивный статус этих пациентов.

Понимание нейрофизиологических изменений, сопровождающих процесс восстановления когнитивных структур, в настоящее время остается развивающейся областью исследований [7, 12, 13]. Цифровая электроэнцефалография (ЭЭГ) широко используется для неинвазивного контроля активности мозга и изучения фундаментальных механизмов его функционирования [10, 14, 15]. Ранее было выявлено, что тета-активность в ЭЭГ покоя имеет дифференциальное значение у пациентов с сосудистыми когнитивными нарушениями. Исследования показали, что повышенный уровень мощности биопотенциалов тета-ритма, особенно в задних областях коры мозга, связан с нарушениями когнитивных функций у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями [16]. В работе [17] исследовали нейрофизиологические эффекты когнитивного тренинга (КТ) у пациентов с ишемическим инсультом в хронической фазе. После тренировки наблюдалось значительное увеличение мощности как альфа-диапазона в затылочных областях, так и бета-диапазона в лобных областях, в то время как мощность тета-диапазона не претерпела существенных изменений.

В настоящее время нейрофизиологические исследования, посвященные изучению влияния тренингов с модификациями метода двойных задач на когнитивный статус пациентов при кардиохирургических вмешательствах, недостаточны и противоречивы. В некоторых исследованиях указывается, что применение таких многозадачных тренингов в раннем послеоперационном периоде у кардиохирургических пациентов способствует снижению негативного влияния операции на когнитивные структуры, а изучение различных комбинаций двойных задач КТ позволит установить наиболее эффективные у данной категории пациентов [12, 13, 18].

Цель настоящего исследования — изучение изменений когнитивных показателей и индикаторов электрической активности головного мозга у пациентов, прошедших когнитивную реабилитацию с использованием комбинации постурального тренинга и одномоментной когнитивной задачи для профилактики ПОКД после КШ.

В когортном проспективном рандомизированном исследовании принимали участие 110 человек, предварительно отобранных согласно критериям включения и исключения из общего числа пациентов, поступивших в клинику НИИ КПССЗ (Кемерово). Всем пациентам перед включением в исследование проводили нейропсихологический скрининг с использованием Монреальской шкалы когнитивной оценки (MoCA), опросников Спилбергера—Ханина и BDI-II (Beck Depression Inventory). Критерии включения на предоперационном этапе: возраст 45 лет и старше, плановое КШ в условиях ИК, праворукость для исключения влияния полушарной асимметрии на электроэнцефалографические (ЭЭГ) данные, сумма баллов по шкале MoCA ≥18. Критерии исключения: депрессивные симптомы (сумма баллов по шкале BDI-II >16), тяжелые когнитивные нарушения (суммарный балл по шкале MoCA <18), желудочковые нарушения ритма, IV функциональный класс NYHA, хроническая обструктивная болезнь легких, злокачественные новообразования, алкогольная и/или наркотическая зависимость, травмы и воспалительные заболевания центральной нервной системы, а также физическая невозможность осуществлять когнитивные и постуральные тренировки.

Исследование проводили с соблюдением принципов надлежащей клинической практики (Good Clinical Practice) и Хельсинкской декларации. Этический комитет НИИ КПССЗ одобрил протокол исследования. Все участники дали письменное информированное согласие перед включением в исследование.

Плановое КШ проводили для всех участников исследования в стандартных условиях [18]. В раннем послеоперационном периоде и до выписки из стационара у пациентов не отмечали значимых неблагоприятных кардиоваскулярных событий, а также психотических расстройств. При неосложненном течении раннего послеоперационного периода КШ в течение 1—2 дней пациенты находились в отделении интенсивной терапии. Далее, после пребывания в кардиологическом отделении, где проводили восстанавливающую послеоперационную терапию, все участники исследования были выписаны из стационара на 11—12-е сутки.

Рандомизацию методом конвертов проводили на послеоперационном этапе после оценки когнитивного статуса на наличие ранней ПОКД на 2—3-и сутки после КШ. Для участия в исследовании были отобраны только пациенты с ранней ПОКД. В результате рандомизации были сформированы две группы пациентов в зависимости от проведения курса КТ: группа КТ (n=47) и группа сравнения — без КТ (n=52).

Дооперационные клиническо-анамнестические показатели пациентов в двух группах не различались, результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Дооперационные клинико-анамнестические характеристики пациентов в зависимости от применения курса КТ (постуральный тренинг с одномоментной когнитивной задачей)

Примечание. ФК — функциональный класс, ХСН — хроническая сердечная недостаточность, ФВ ЛЖ — фракция выброса левого желудочка, АГ — артериальная гипертензия, КИМ — комплекс интима-медиа, ВСА — внутренняя сонная артерия, СД — сахарный диабет, ОХ — общий холестерин, ЛПНП — липопротеины низкой плотности, ЛПВП — липопротеины высокой плотности, ТГ — триглицериды.

Расширенное психометрическое тестирование проводили с использованием психофизиологического комплекса Status PF [13]. Изучали показатели исполнительных и психомоторных функций (домен «нейродинамика»), внимания и кратковременной памяти в трех временных отрезках: за 2—3 дня до вмешательства, на 2—3-и сутки после КШ (первое тестирование ПОКД и рандомизация), 11—12-е сутки послеоперационного периода КШ (повторное определение ПОКД на момент выписки для группы сравнения или на момент окончания курса КТ для основной группы). Для определения наличия ПОКД использовали расчет индивидуальных относительных изменений послеоперационных показателей по сравнению с предоперационными значениями. Формула расчета была следующей: (предоперационное значение — послеоперационное значение)/предоперационное значение · 100%. Отрицательные значения указывали на увеличение когнитивного показателя после операции, положительные — на его снижение. Пороговое значение для ПОКД составляло 20% [18]. При всех последующих тестированиях использовали аналогичные версии используемых когнитивных тестов для снижения эффекта обучения. Для оценки состояния когнитивных функций и расчета ранней ПОКД на 2—3-и сутки была применена упрощенная психометрическая батарея. Для этого из психометрической батареи комплекса Status PF были выведены тесты корректурной пробы Бурдона и запоминания 10 слогов.

Все ЭЭГ-исследования проводили в первой половине дня в условиях свето- и шумоизоляции в положении сидя с закрытыми глазами. ЭЭГ регистрировали с помощью системы Neuvo SynAmps2 («Compumedics», Charlotte, NC, США) в 62 стандартных каналах с частотой дискретизации 1000 Гц. Использовали 64-канальный шлем с Ag/AgCl электродами, расположенными в соответствии с международной системой 10—10 (QuikCap; «Neurosoft», El Paso, TX, США). Для референтного отведения был использован электрод, закрепленный на переносице, для заземления — лобный электрод. Сопротивление на активных электродах не превышало 10 кОм. Был проведен полуавтоматический анализ сегментов ЭЭГ в состоянии покоя с закрытыми глазами с удалением артефактов, таких как глазодвигательная, мышечная и другая активность. С использованием преобразования Фурье на 30 безартефактных эпохах ЭЭГ длительностью 2000 мс был произведен расчет показателей суммарной мощности биопотенциалов в шести частотных диапазонах ЭЭГ (тета1 (4—6 Гц), тета2 (6—8 Гц), альфа1 (8—10 Гц), альфа2 (10—13 Гц), бета1 (13—20 Гц), бета2 (20—30 Гц)). Также был произведен расчет показателя индивидуальных относительных изменений суммарной мощности биопотенциалов указанных ритмов с использованием формулы: (предоперационное значение — послеоперационное значение)/предоперационное значение · 100%.

Когнитивная реабилитация пациентов основной группы начиналась на 3—4-е сутки после КШ и продолжалась до их выписки из стационара в течение 5—7 дней. Тренировочная сессия проводилась утром 1 раз в день в течение 15—20 мин в специально оборудованном помещении согласно оригинальному протоколу. В качестве моторной подзадачи использовали поддержание устойчивой позы на стабилоплатформе, а когнитивные подзадачи включали в себя обратный счет, вербальную беглость и задачу открытого типа «Необычное использование предмета». Пациенты, находясь на стабилоплатформе, выполняли последовательно одну из трех когнитивных задач с периодами отдыха и схода с платформы [13, 18].

Для статистического анализа использовали программный пакет Statistica 10.0 (StatSoft, USA, SN: BXXR210F562022FA-A). Предварительно, согласно критерию Шапиро—Уилка, была проведена оценка нормальности распределения клинико-анамнестических и когнитивных показателей. Большинство из них имело ненормальное распределение и было представлено медианой с IQR [25; 75] или количеством наблюдений (n, %). ЭЭГ-данные были логарифмированы с использованием десятичного логарифма (log10) для нормализации статистического распределения.

Непрерывные переменные оценивали с помощью критериев Манна—Уитни и Вилкоксона. Для определения качественных переменных и относительных изменений когнитивных показателей использовали тесты χ² с поправкой Йетса. Для анализа показателей суммарной мощности биопотенциалов ЭЭГ проводили дисперсионный анализ (ANOVA) с поправкой Гринхауза—Гейсера. Статистическая значимость различий определена при p<0,05.

Дооперационные показатели когнитивных функций обеих групп не имели статистических различий. Анализ частоты послеоперационного когнитивного снижения у пациентов, перенесших КШ в условиях ИК, установил следующие особенности. У пациентов с КТ и в группе без тренинга наибольшая частота 20% когнитивного снижения наблюдалась по показателям нейродинамики (количество совершенных ошибок и пропущенных сигналов при выполнении теста УФП (уровень функциональной подвижности нервных процессов)), внимания (количество обработанных символов на 1-й минуте проведения теста) и кратковременной памяти (количество запомненных чисел, слов и слогов). Однако у пациентов с КТ на 11—12-е сутки после КШ частота когнитивного снижения по количеству ошибок при выполнении теста УФП была в 1,8 раза ниже, а по тесту запоминания 10 чисел — в 1,6 раза ниже по сравнению с пациентами без КТ (табл. 2).

Таблица 2. Частота 20% снижения показателей когнитивных функций на 11—12-е сутки после операции в зависимости от применения КТ

Установлено, что наибольшая частота комбинации когнитивного ухудшения у пациентов с КТ наблюдалась при участии двух доменов — нейродинамики и памяти (23,4%), а также нейродинамики и внимания (23,4%). Реже наблюдалось ухудшение одного домена — памяти (6,4%) и внимания (6,4%). Однако у пациентов без КТ наибольшая частота 20% когнитивного снижения наблюдалась в домене памяти (20,0%), что в 3,1 раза выше по сравнению с пациентами с КТ. Необходимо отметить, что у 6,4% пациентов с КТ не выявлено 20% когнитивного снижения ни в одном из доменов, тогда как у пациентов без КТ подобных случаев не было (табл. 3).

Таблица 3. Частота комбинаций 20% снижения по основным когнитивным доменам на 11—12-е сутки после операции в зависимости от применения КТ

Анализ изменений интегральных показателей основных когнитивных доменов у пациентов, перенесших КШ, в зависимости от КТ установил ряд особенностей. У пациентов с КТ на 11—12-е сутки после КШ наблюдалось повышение значений интегрального показателя нейродинамики в 2,2 раза (p=0,019) и памяти в 1,1 раза (p=0,05) по сравнению с дооперационными значениями. У пациентов без КТ увеличение интегрального показателя в 1,8 раза наблюдалось только по домену нейродинамики (p<0,0001) по сравнению с дооперационными значениями.

У пациентов с КТ на 11—12-е сутки после КШ были значимо выше интегральный показатель домена нейродинамики и общий интегральный показатель когнитивного статуса (p=0,03 и p=0,03 соответственно). Однако не выявлено межгрупповых различий по интегральному показателю внимания и памяти на 11—12-е сутки после КШ (рис. 1).

Рис. 1. Изменения интегрального показателя основных когнитивных доменов на 11—12-е сутки после операции в зависимости от применения КТ.

Светлые столбики — дооперационные показатели, темные столбики — после КШ; * — показатели межгрупповых различий со статистической значимостью p<0,05; † — показатели внутригрупповых различий со статистической значимостью p<0,05.

Анализ когнитивных исходов на 11—12-е сутки после КШ установил, что ранняя ПОКД, оцененная по критериям 20% снижения в 20% тестов из вышеописанной батареи, наблюдалась у 55% пациентов с КТ и 71% — без КТ (p=0,028).

Таким образом, у пациентов, которым в раннем послеоперационном периоде был проведен курс КТ в виде одномоментного выполнения постурального тренинга и решения когнитивной задачи, были лучшие показатели нейродинамики (меньшее время реакции и количество ошибок), внимания (больше обрабатывали символов на 4-й минуте корректурной пробы Бурдона) и кратковременной памяти (лучше запоминали числа) по сравнению с пациентами без КТ. Когнитивная реабилитация способствовала сохранению когнитивного статуса и снижению частоты ранней ПОКД у пациентов, перенесших КШ, в большей степени за счет оптимизации показателей нейродинамики и памяти.

Следующим этапом были проанализированы показатели суммарной мощности биопотенциалов ЭЭГ. В связи с наличием артефактов ЭЭГ-регистрации, отказами пациентов от повторного ЭЭГ-исследования и другими причинами в данный раздел вошли 98 пациентов (47 — с тренингом; 48 — без тренинга).

Дисперсионный анализ (ANOVA) показателей суммарной мощности биопотенциалов ЭЭГ с выделением факторов ГРУППА (2 уровня: пациенты с наличием и отсутствием тренинга) × ВРЕМЯ ИССЛЕДОВАНИЯ (2 уровня: до и после операции) × ДИАПАЗОН (тета1 (4—6 Гц), тета2 (6—8 Гц), альфа1 (8—10 Гц), альфа2 (10—13 Гц), бета1 (13—20 Гц), бета2 (20—30 Гц)) × ПОКД (2 уровня: есть/нет) позволил установить значимость ряда факторов и взаимодействий (табл. 4).

Таблица 4. Результаты дисперсионного анализа (ANOVA) мощности биопотенциалов ритмов электроэнцефалографии у пациентов, перенесших КШ, в зависимости от прохождения курса КТ

Методом плановых контрастов было подробно проанализировано статистически значимое взаимодействие факторов Время исследования×ГРУППА×ПОКД×диапазон, так как оно демонстрирует влияние успешного и неуспешного прохождения когнитивной реабилитации на изменения электрической активности мозга.

На частоте тета1-ритма у пациентов, успешно прошедших тренинг (с отсутствием ПОКД), в послеоперационном периоде наблюдалось снижение мощности биопотенциалов ритма по сравнению с предоперационными показателями, тогда как в группе без тренинга, несмотря на отсутствие ПОКД, показатели тета-активности возросли в послеоперационном периоде (p=0,03) (рис. 2).

Рис. 2. Изменения мощности биопотенциалов тета1-ритма у пациентов, перенесших КШ, с отсутствием ПОКД в зависимости от наличия КТ.

Светлые столбики — дооперационные показатели, темные — показатели на 11—12-е сутки после операции.

Обнаружены межгрупповые различия на частоте альфа-2- и бета-ритмов (рис. 3). Успешность прохождения КТ (отсутствие ПОКД) определялась более высокими предоперационными показателями альфа-2 активности по сравнению с группой контроля (p=0,03). В то же время даже при неуспехе тренинга бета-2-активность была ниже в послеоперационном периоде по сравнению с контрольной группой с наличием ПОКД (p=0,028).

Рис. 3. Изменения мощности биопотенциалов ритмов электроэнцефалограммы у пациентов, перенесших КШ, с отсутствием ПОКД в зависимости от наличия КТ.

Сплошная линия — пациенты с тренингом, прерывистая — без тренинга.

Различия показателя относительных изменений также продемонстрировали межгрупповые различия на частоте тета-ритма. Процент относительных изменений в группе с тренингом при отсутствии ПОКД составил 6,4, что говорит о снижении мощности биопотенциалов тета-активности после КШ по сравнению с предоперационными показателями, тогда как в группе сравнения этот показатель был равен 23,1%, что свидетельствует об увеличении мощности тета-ритма после КШ (p=0,04).

Таким образом, изменения в электрической активности мозга, связанные с успешным прохождением курса когнитивной реабилитации, проявлялись в снижении тета-активности, повышенном уровне альфа-2-активности до вмешательства и уменьшении уровня бета-2-активности в раннем послеоперационном периоде.

В настоящем исследовании установлен высокий процент (71%) ранней ПОКД у пациентов группы сравнения, что согласуется с данными мировой литературы, в которой описано, что частота данного осложнения достигает 76% [15, 19]. Необходимо отметить, что при выполнении кардиохирургических операций изменения в когнитивной сфере носят рассеянный характер и затрагивают несколько доменов. Причиной данных изменений является гипоперфузия в зоне пограничного кровоснабжения, куда попадают лобные и теменно-височные области мозга. Последние являются критически важными для различных когнитивных процессов, в том числе исполнительных функций и внимания [20, 21]. В настоящей работе установлено, что у пациентов после КШ когнитивное снижение затронуло несколько когнитивных доменов и в наибольшей степени домены нейродинамики и памяти. Полученные данные согласуются с недавними исследованиями, которые показали, что наиболее часто когнитивные нарушения затрагивают исполнительные функции и память [22, 23]. Рассеянный характер когнитивного снижения обосновывает выбранный подход когнитивной реабилитации у данной категории пациентов. Концепция двойных задач основывается на том, что при предъявлении одновременно нескольких стимулов затрагивается больше регионов головного мозга [10].

В этом исследовании были получены данные, подтверждающие, что когнитивная реабилитация, основанная на сочетании постуральной и когнитивных задач, положительно сказывается на когнитивных структурах, ответственных за исполнительные функции, кратковременную память и в меньшей степени внимание. Постуральная устойчивость является неотъемлемым компонентом процесса двигательного контроля и координации тела. Удержание равновесия в пространстве является «высшим» уровнем контроля и опирается на сложные проприоцептивные афференты и сенсомоторные действия [11]. Очевидно, что постуральная задача в КТ создает «высокий» конкурирующий фон в отношении распределения внимания индивидуума. На этом фоне решение когнитивной задачи требует повышенных мозговых ресурсов, следовательно, можно предположить, что данный вид тренинга обладает восстановительным потенциалом, достаточным для поддержания «хорошего» когнитивного функционирования у пациентов, перенесших КШ в условиях ИК.

Успешное прохождение курса когнитивной реабилитации сопровождалось изменениями электрической активности мозга. В частности, наблюдались снижение тета-активности, высокий предоперационный уровень альфа-2-активности и снижение послеоперационного уровня бета-2-активности.

Предполагается, что увеличение мощности и амплитуды медленных ритмов (дельта и тета) в состоянии спокойного бодрствования может свидетельствовать об усилении активации подкорковых структур при одновременном подавлении коры [15, 24, 25]. Замедление ЭЭГ покоя ранее было обнаружено при болезни Альцгеймера как для электрической активности коры, так и для гиппокампальных областей [26], а также других когнитивных расстройств [27].

Альфа-ритмическая активность широко вовлекается в функционирование нейронных компонентов системы «по умолчанию» (Default Mode Network) [28]. Ранее продемонстрировано, что альфа-активность играет важную роль в поддержании нормальной работы мозговых структур при различных когнитивных нарушениях. Например, высокие амплитуды альфа-ритмов коры головного мозга в состоянии покоя положительно связаны с сохранением когнитивного статуса в течение года [29]. Снижение представленности высокочастотной составляющей альфа-активности (11—13 Гц) было связано с большим риском деменции и более высокой степенью атрофии гиппокампа [30]. Авторы другого исследования считают, что увеличение альфа-синхронизации, вызванной когнитивной нагрузкой, у пациентов с первичными признаками когнитивного дефицита связано с увеличенной активацией мозговых ресурсов для полноценного функционирования процессов внимания и памяти [31].

Ритмическая составляющая ЭЭГ с частотой 13—30 Гц, известная как бета-активность, часто используется для оценки уровня активации коры [32]. В некоторых работах показано, что процесс возрастного когнитивного снижения сопровождается изменениями реактивности бета- и гамма-ритма [28, 33]. Известно, что активность бета- и гамма-волны, помимо участия в двигательных функциях, также связана с визуальным вниманием и обработкой стимулов [34]. Исследователи обсуждают гипотезу о том, что увеличение мощности медленных ритмов может указывать на разобщение мозговых областей и вызывать корковую дисфункцию на системном уровне. С другой стороны, уменьшение активности альфа-ритмов и увеличение мощности бета-ритмов может свидетельствовать о повреждении региональных нейронных взаимодействий. Также предполагается, что нарушения соотношения быстрых и медленных ритмов в электрической активности головного мозга могут быть связаны с нарушениями процессов нейротрансмиссии [35].

Таким образом, проведение когнитивной реабилитации в виде одномоментного выполнения постурального тренинга и решения когнитивной задачи способствовало сохранению когнитивного статуса и снижению частоты ранней ПОКД у пациентов, перенесших КШ, в больше степени за счет оптимизации показателей нейродинамики и памяти.

Изменения электрической активности мозга, характеризующие успешное прохождение когнитивной реабилитации, проявлялись снижением тета-активности, увеличенным предоперационным уровнем альфа-2-активности и более низким послеоперационным уровнем бета-2-активности.

Финансирование: исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и образования Российской Федерации (фундаментальная тема №122012000364-5 от 20.01.2022). Спонсор не участвовал в разработке дизайна исследования, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или решении представить ее для публикации.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.