Введение

Остеопороз характеризуется как заболевание, сопровождающееся низкой массой костей, структурным ухудшением костной ткани и, как следствие, повышенным риском переломов (согласно определению ВОЗ). В настоящее время остеопороз и остеопороз-ассоциированные переломы костей относятся к важным проблемам современного здравоохранения во всем мире [1, 2].

В нашей стране остеопения (остеопороз) выявляется более чем у 30% женщин и 20% мужчин в возрасте старше 50 лет, что составляет более 10 млн больных, а в старческом возрасте процент таких пациентов увеличивается. Согласно прогнозам экспертов ВОЗ, число пациентов с остеопорозом будет возрастать благодаря росту продолжительности жизни и улучшению условий проживания в различных странах [3, 4].

С начала 90-х годов, когда фиксировалось порядка 1,5 млн случаев переломов бедренных костей вследствие остеопороза, эти цифры продолжают расти и, по прогнозам специалистов, к 2050 г. будут превышать 6 млн переломов в год. Перелом шейки бедра относится к одним из самых серьезных осложнений остеопороза, поскольку смертность таких пациентов на 10—15% выше, чем в среднем в популяции того же возраста и пола [5, 6]. Увеличение вероятности переломов связано со значительным снижением минеральной плотности костной ткани (МПКТ) и измененной микроархитектурой костей. Благодаря возросшему в последние годы вниманию к проблеме остеопороза, ведется поиск новых способов лечения, профилактики, диагностики и скрининга этого заболевания [7, 8].

В долгосрочном прогнозе заболевания важна ранняя и специфическая терапия остеопороза, при этом большинство стратегий сфокусировано на применении противорезорбтивных лекарственных препаратов, однако это не только остается долгосрочным процессом, но и не всегда и не в полной мере ингибирует развитие заболевания. С другой стороны, известно, что лечебные физические упражнения являются практически единственным методом, позволяющим позитивно воздействовать одновременно на поддержание плотности костной массы, увеличение мышечной силы и улучшение координации движений, особенно у пожилых [9, 10].

В связи с повышенным риском падения при остеопорозе виды физической активности должны выбираться не только с позиции эффективности в лечении и профилактике заболевания, но в первую очередь — безопасности. Одной из таких форм является вибрационная физическая нагрузка (ВФН; в равной степени используются термины «тренинг ускорением», «равноускоренная физическая нагрузка»; в англ. литературе — Whole Body Vibration, Acceleration Training), являющаяся одним из способов биомеханической стимуляции [11, 12].

Физиологическую основу такого воздействия составляет интенсивная проприоцептивная стимуляция: нагрузка вызывает рефлекторную реакцию скелетных мышц в виде последовательности близких к изометрическим непроизвольных сокращений с частотой, равной частоте вибрационного воздействия на нейромышечную систему [13, 14]. Вибрационная тренировка повышает физическую форму, позволяет достичь успеха в реабилитации при болевом синдроме, способствует увеличению мышечной силы, улучшает нервно-мышечную координацию и равновесие, оказывает прямое местное механическое воздействие на костную ткань выше порога ее моделирования. Таким образом, снижается суммарный риск падений у пожилых пациентов с остеопорозом/остеопенией, которые часто приводят к переломам бедра, позвоночного столба и других костей [15].

Эволюция исследований: вибрационная стимуляция экспериментальных животных

В современной литературе имеется информация о ряде фундаментальных работ по изучению влияния вибрационной стимуляции на процессы остеогенеза, которые были выполнены на экспериментальных животных (в том числе овариэктомированных — для уменьшения протективного действия эстрогенов и моделирования постменопаузального остеопороза).

Экспериментальные работы продемонстрировали увеличение минерализации проксимальных и дистальных концов бедренных и большеберцовых костей взрослых овец при длительной (1 год) низкоамплитудной вибрационной механической нагрузке [16]. После моделирования гипогравитации у экспериментальных крыс вибрационная стимуляция длительностью 10 мин в течение 1 мес значительно нивелировала деминерализующий отрицательный эффект гипогравитации в сравнении с контрольной группой. Ежедневная 15-минутная интенсивная вибрационная стимуляция у 8-недельных мышей через 3 нед способствовала снижению остеокластической активности костной ткани в эпифизах и метафизах большеберцовых костей более чем на 30% и одновременно увеличивала формирование трабекулярной костной ткани и процент ее минерализации более чем на 80 и 60% соответственно. Одновременно в исследованиях было отмечено положительное влияние низкоинтенсивной вибрационной стимуляции на толщину хряща у экспериментальных мышей [17]. В большинстве исследований использовалась низкоамплитудная вибростимуляция частотой 30 Гц и нагрузкой в 5 микрострейн, при этом анализ результатов показал, что анаболический эффект был специфичен для трабекулярной костной ткани [18, 19].

Эстрогены оказывают протекторное действие на костную ткань, поэтому снижение их выработки ниже физиологических норм (удаление яичников, постменопаузальная гипоэстрогения) приводит к развитию остеопороза. В одной из экспериментальных работ [20] у кроликов наблюдалось достоверное увеличение МПКТ по отношению к результатам контрольной группы наблюдения, авторами была экспериментально продемонстрирована возможность использования ВФН для профилактики остеопороза у овариэктомированных животных [21].

В эксперименте на животных авторы неоднократно ставили целью оценку влияния различных частот вибрационной стимуляции на процессы остеогенеза [22]. Результаты ежедневного воздействия по 30 мин на протяжении 90 сут показали наибольшую эффективность частоты 45 Гц для стимуляции деления остеобластов и ингибирования костной резорбции у овариэктомированных животных [23]. В другом исследовании [24] испытуемые кролики были разделены на группы по частоте воздействия вибрационного стимула (12,5, 25, 50, 100 и 200 Гц). Скорость процессов восстановления лучевой кости во всех экспериментальных группах была статистически выше, чем в контроле, но мало зависела от частоты, что не позволило выявить максимально эффективную меру стимуляции.

Эволюция исследований: остеогенные эффекты и возможности применения у человека

В настоящее время получены убедительные данные, свидетельствующие об эффективности применения равноускоренного тренинга как немедикаментозного способа терапии и положительного влияния на модифицируемые общепризнанные факторы риска падений и переломов у пожилых женщин, страдающих остеопорозом. В клинических исследованиях применялись разные вибрационные тренажеры: Power Plate, Galileo, Nemes Bosco System и др.

В рандомизированном контролируемом 6-месячном исследовании [25] принимали участие 70 женщин с постменопаузальным остеопорозом, которые были разделены на три группы. Согласно представленным результатам, вибрационный тренинг на аппарате для медицинской реабилитации Power Plate (25 пациенток, частота воздействия 35—40 Гц продолжительностью до 30 мин) в конце периода наблюдения способствовал увеличению плотности бедренной кости на 0,93%, одновременно было отмечено улучшение показателей изометрической и динамической мышечной силы у пациенток (+15 и +16% соответственно).

В тех же временных интервалах в группах сравнения (22 пациентки, резистивный тренинг) и контроля (23 пациентки, отсутствие тренировок) была выявлена резорбция костной ткани (снижение плотности костной массы на 0,60 и 0,62 соответственно).

В похожем рандомизированном исследовании [26] продолжительностью 6 мес также было зафиксировано положительное воздействие ВФН (частота 30 Гц, 3 раза в неделю) на остеогенные реакции у женщин в постменопаузе: МПКТ поясничного отдела у пациенток в конце периода наблюдения достоверно увеличилась более чем на 2%, в контрольной группе отмечалось снижение на 0,046%.

В проспективном рандомизированном плацебо-контролируемом двойном слепом исследовании C. Rubin и соавт. [27] принимали участие 70 женщин (3—8 лет после менопаузы, завершили программу терапии 56 пациенток), у которых МПКТ позвоночника и бедренной кости измерялось через 3, 6 и 12 мес воздействия. Через 1 год наблюдений относительная польза (с учетом потери МПКТ у женщин из контрольной группы) вибрационной стимуляции на показатель МПКТ бедренной кости составила +2,17%, на МПКТ позвоночника — +1,5%.

При дополнительном анализе полученных результатов в зависимости от массы тела пациенток авторы получили самую высокую относительную пользу (+3,35%) у женщин легкой весовой группы. Это позволило авторам сделать клиническое заключение о ВФН как обоснованном и эффективном средстве ингибирования снижения плотности костей, ассоциированного с периодом менопаузы, и рекомендовать такой тренинг с ожиданием максимальных результатов женщинам пожилого возраста с массой тела менее 65 кг.

Одновременно с остеогенными эффектами было показано позитивное влияние вибрационной терапии на симптомы хронической боли в спине [28]. В масштабном исследовании, включавшем 116 женщин периода постменопаузы с остеопорозом, которые были разделены на две группы (по 66 и 50 пациентов соответственно), группа A получала терапию с использованием ВФН (частота 30 Гц, амплитуда 5 мм, 5 раз в неделю по 10 мин на протяжении 6 мес), тогда как женщины группы B составляли контроль и не получали какого-либо лечения, включая физические нагрузки.

МПКТ поясничной области (LII—LIV), шейки бедренной кости и индекс массы тела были зарегистрированы до начала лечения, в 3-й и 6-й месяцы исследования. Авторами также оценивалась хроническая боль в спине по визуальной аналоговой шкале. Только 51 женщина из группы A и 43 женщины из группы B завершили 6-месячное исследование. МПКТ поясничной области в основной группе достоверно увеличилась на 1,3% через 3 мес и на 4,3% в конце исследования. Этот же показатель МПКТ в группе контроля имел постоянную тенденцию к снижению и был меньше на 1,9% через 6 мес наблюдения. Показатель МПКТ шейки бедренной кости через 6 мес был увеличен на 3,2% в группе женщин, получавших ВФН, и достоверно снизился на 1,7% в группе контроля по сравнению с исходным уровнем.

В сравнительном исследовании ELVIS II [29] 108 женщин пожилого возраста были распределены случайным образом на три группы: 1-я и 2-я группы были экспериментальными (3 процедуры ВФН в неделю по 15 мин), однако отличались типом вибрационной стимуляции (преимущественно вращательный тренинг с используемой частотой 12,5 Гц и преимущественно вертикальная стимуляция, 35 Гц), 3-я группа — контрольная (низкоинтенсивная физическая нагрузка, гимнастика).

Через 1 год терапии авторами было отмечено увеличение результатов МПКТ в обеих экспериментальных группах в сравнении с женщинами из группы традиционной физкультуры. При этом тенденция к увеличению показателей МПКТ поясничного отдела позвоночника была более выраженной в группе 1-го типа вибрационного тренинга, а шейки бедренной кости — во 2-й группе (вертикальный тип ВФН).

У пациентов пожилого и старческого возраста вибрационный физический тренинг в сравнении с традиционной физической нагрузкой (ежедневные прогулки, упражнения на растяжение, резистивный тренинг) имеет не только достоверно лучшие результаты в увеличении плотности костной ткани, снижении риска падений и связанных с ними переломов костей, но и способствует улучшению нервно-мышечной координации, гибкости и поддержанию равновесия тела [30, 31]. Такие эффекты очень важны для улучшения качества жизни пожилых, особенно пациентов с остеопорозом. Так, в одном из рандомизированных контролируемых исследований [32] 28 женщин в постменопаузе были разделены на две группы: вибрационной терапии (частота 12,6 Гц, амплитуда 3 см) и традиционной физической нагрузки (ходьба 55 мин и растяжения 5 мин). Через 8 мес МПКТ в области шейки бедренной кости в экспериментальной группе увеличилась на 4,3% по сравнению с группой сравнения, одновременно было зарегистрировано улучшение показателей балансировки и координации на 29%.

Следует отметить, что такой фактор, как выбор длительности воздействия ВФН (общее время наблюдения и продолжительность одной процедуры в соответствии с количеством и составом упражнений) на организм пациентов, имеет важное значение для получения ожидаемых клинических результатов и лимитирует эффективность такого тренинга у пациентов с остеопорозом. Так, по результатам 11-недельного исследования, включающего 49 пожилых пациентов обоих полов, авторы [33] пришли к заключению, что предложенный в дизайне исследования период воздействия являлся недостаточным, чтобы вызвать достоверные позитивные изменения в метаболизме костной ткани и МПКТ, и лишь незначительно изменял структуру костей. По мнению авторов, приемлемая продолжительность тренинга должна составлять 6—12 мес.

Клиническое исследование B. Beck и T. Norling [34] продолжительностью 8 мес не решило задачи выявления различий в эффектах вибрационной нагрузки разной интенсивности. Участвующие в исследовании 47 женщин в постменопаузе были рандомизировано разделены на группы низко-, высокоинтенсивной ВФН и контроля. Помимо маркеров метаболизма и МПКТ оценивались антропометрические данные, показатели физической активности и поддержания позы тела и равновесия. Между группами не было отмечено различий в эффектах ВФН разной интенсивности по окончании программы, однако внутригрупповая динамика была очевидной. В исследовании было зафиксировано снижение МПКТ бедренной кости и поясничного отдела позвоночника только в группе контроля. При этом в обеих группах вибрационного тренинга было выявлено увеличение показателей мышечной силы, баланса и физической активности, что в целом достоверно снижает риски падений и переломов при остеопорозе.

В настоящее время в рандомизированных контролируемых клинических исследованиях начали рассматриваться эффекты комбинированной терапии остеопороза с использованием вибрационной стимуляции. В одном из недавних исследований A. Shanb и соавт. [35] была подтверждена эффективность добавления вибрационного тренинга или магнитной терапии к стандартным медикаментозным схемам терапии остеопороза (алендронат, витамин D, препараты кальция) у пожилых пациентов. Несмотря на непродолжительный период наблюдений (4 мес), авторы получили достоверное увеличение МПКТ в группах комбинированного лечения и не наблюдали такового эффекта в группе исключительно фармакотерапии.

В работах других авторов также рекомендуется применять вибрационный тренинг как дополнение к стандартным схемам фармакотерапии при остеопорозе [36, 37]. Продемонстрировано усиление эффекта препарата алендроната у женщин в постменопаузе при одновременном выполнении упражнений вибрационного тренинга на платформе Galileo в течение 6 мес лечения. Было показано положительное влияние на модифицируемые факторы риска остеопороза и развития его осложнений за счет улучшения физической активности, постурального контроля и скорости ходьбы, снижения проявлений хронической боли в спине у пациентов.

В 24-недельном исследовании [38] мы изучили эффективность влияния вибрационной стимуляции на процессы костного ремоделирования в сравнении с использованием фармакологических средств терапии остеопороза (алендронат, препараты кальция и витамина D) у женщин с постменопаузальной остеопенией.

Контроль морфофункционального состояния костной ткани осуществлялся с использованием остеоденситометрии и исследования крови на содержание специфических маркеров (общий кальций и фосфор, остеокальцин и β-CrossLaps) в начале программы, через 12 и 24 нед. В группе женщин, принимавших препараты антирезорбтивной терапии, МПКТ бедренной кости возросла в среднем на 2,01%. Через 24 нед в группе женщин, тренирующихся только по программе ВФН прогрессивной интенсивности и не прибегавших к использованию средств фармакотерапии, этот показатель увеличился в среднем на 1,56%. Дополнительно было установлено, что остеогенный эффект ВФН был обусловлен стимуляцией процессов формирования костной ткани; это выражалось в увеличении сывороточной концентрации маркера костеобразования остеокальцина.

В клиническом исследовании D. Jepsen и соавт. [39] 40 женщин в период постменопаузы (возраст старше 50 лет) в течение 12 мес получали фрагмент 1-34 паратиреоидного гормона (терипаратид) в комбинации с вибрационным тренингом (3 раза в неделю частотой 30 Гц). В настоящее время данные обобщаются, авторами прогнозируется позитивная динамика показателей костного метаболизма, мышечной силы и постурального контроля и уменьшение рисков падений и переломов. В эксперименте на животных авторами также была показана высокая эффективность подобной комбинации (введение кальцийрегулирующего гормона околощитовидных желез и вибрационный режим, который включал 15-минутное воздействие 5 раз в неделю, 50 Гц), в том числе на улучшение остеоинтеграции имплантата в большеберцовую кость крыс.

Вышеперечисленные исследования демонстрируют возможность лечебно-профилактического неинвазивного, механически опосредованного воздействия при остеопорозе с использованием вибрационной стимуляции.

Необходимо подчеркнуть, что в ряде клинических исследований были получены неоднозначные и даже противоречивые результаты, указывающие, по мнению авторов, на отсутствие клинически выраженных положительных эффектов ВФН на костный метаболизм. В частности, D. Bemben и соавт. [40] наблюдали в течение 8 мес три группы женщин постменопаузального периода с дефицитом эстрогенов (группа резистивного тренинга, комплексного воздействия резистивной физической нагрузки и ВФН и контрольная группа). По окончании исследования в обеих группах воздействия не было отмечено статистически достоверных положительных сдвигов показателей биомаркеров костного метаболизма и МПКТ (тотальная всего тела, позвоночника и бедренной кости). Более того, авторы отметили даже снижение МПКТ правой бедренной кости и шейки бедра.

Одновременно было выявлено увеличение показателей мышечной силы в группе резистивного тренинга и особенно в сочетании с ВФН. Видимо, отсутствие ожидаемой положительной динамики костных показателей в этом исследовании может быть связано с его дизайном в части применения ВФН. Так, равноускоренный тренинг использовался только в трех упражнениях (позициях) перед резистивной физической нагрузкой, соответственно, такой уровень воздействия был недостаточным (несмотря на продолжительный 8-месячный период наблюдения). Это отличается от работ большинства авторов, в которых выполнялись процедуры стимуляции длительностью не менее 30 мин, состоящие из сравнительно большего числа упражнений.

В другом рандомизированном исследовании [41] с большой выборкой (202 здоровые женщины периода постменопаузы) участники дополнительно к вибрационной нагрузке получали препараты кальция и витамина D. Авторами также не выявлено клинически выраженных эффектов вибрационного тренинга на показатели МПКТ. Однако стоит отметить, что в обоих вышеуказанных клинических исследованиях [40, 41] использовались вибротренажеры с низким уровнем влияния фактора ускорения на организм обследуемых (0,3 g), что предсказуемо отразилось на результатах.

S. Torvinen и соавт. [42] провели исследование влияния ВФН на костный метаболизм у молодых лиц (возраст 20—30 лет). Статистически значимых результатов, указывающих на заметную стимуляцию остеогенеза, получено не было. По предположению авторов, положительный эффект равноускоренного тренинга на костную ткань в первую очередь проявляется у предрасположенных пациентов (изменения в гормональном статусе, в частности, в период постменопаузы; неблагоприятные условия среды, физиологическое старение организма), вследствие чего он наиболее выражен у пациентов пожилого и старческого возрастов.

Предполагается, что эффекты равноускоренного тренинга зависят от интенсивности нагрузки и частоты использования. В описанных исследованиях были использованы различные устройства и, соответственно, режимы воздействия (например, по частоте стимуляции: 12,5, 20, 30, 40 и 90 Гц). При попытке сравнения эффективности вибрационной терапии на частотах 12,5 и 30 Гц было отмечено положительное влияние обеих частот на показатели нервно-мышечной системы, однако без существенных различий между группами [43].

Ввиду несогласованных результатов трудно определить, какой диапазон используемых частот воздействия будет наиболее подходящим для получения наилучших результатов в клинических исследованиях и терапии. Однако необходимо помнить, что каждую программу следует начинать с самых низких из предлагаемых устройством частот вибрационного стимула, постепенно увеличивая их по принципу прогрессивной тренировки вместе с продолжительностью терапевтического времени. Это особенно важно при оценке эффектов костного ремоделирования, которые требуют 6 мес и более наблюдения.

Заключение

В большинстве исследований продемонстрированы значимые положительные эффекты ВФН на показатели ремоделирования костей и МПКТ применительно к женщинам в постменопаузе. Эти выводы основаны на теории, что равноускоренная терапия как форма физической активности может регулировать метаболизм костной ткани, в том числе стимулировать процессы формирования костей и накопления в них минеральных веществ, что показано в многочисленных клинических исследованиях одновременно с эффектами ВФН в виде увеличения показателей мышечной активности, улучшения баланса и равновесия, снижения общего риска падений и переломов как основных нежелательных последствий остеопороза. Следует отметить, что положительные результаты равноускоренного тренинга на МПКТ наиболее выражены при дисбалансе в процессах костного метаболизма (в частности, в результате постменопаузального остеопороза) и, как правило, отсутствуют у здоровых.

Несмотря на свою практическую результативность, по данным большинства выполненных экспериментальных и клинических исследований, наиболее эффективный диапазон частот вибрационной стимуляции к настоящему времени продолжает оставаться неопределенным. Однако можно подчеркнуть, что влияние равноускоренного тренинга как отдельного вида физической нагрузки на показатели костно-мышечной системы не только сопоставимо с эффективностью, но и достоверно превышает таковую при других формах физической активности. При составлении дизайна исследования и планировании уровней вибрационного воздействия важно, чтобы реабилитационные программы учитывали принцип прогрессии физической нагрузки, превышали пороговую интенсивность для достижения значимых эффектов костного ремоделирования и развития мышечной системы, были достаточно продолжительными и при этом безопасными.

Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.