Метод видеоанализа ходьбы как способ объективизации поражения базальных ганглиев при болезни Паркинсона

В клинической неврологии особое место занимают патологические состояния, сопровождающиеся нарушением функции ходьбы. Организация локомоций - крайне сложный структурированный нейропсихофизиологический процесс, сформированный преимущественно по иерархическому типу. Основная функция управления заключается в создании нового ведущего регуляторного уровня деятельности систем с целью преодоления избыточных степеней свободы. Построение локомоции основано на двух основных составляющих: биомеханической и нейрофизиологической. Биомеханическая составляющая заключается в поддержании позных констант за счет высокоорганизованной кинематической согласованности между верхними и нижними сегментами тела. Нейрофизиологическая составляющая обеспечивает необходимую последовательность требуемых моторных функций (моторной задачи) через систему управления движениями с межуровневым распределением ее функций и созданием так называемых моторных программ. Каждая отдельная моторная задача в зависимости от содержания и целевой направленности определяет собственный уровень сенсорного синтеза, структурированный по качеству афферентации [2, 3, 5, 6, 10, 12].

Болезнь Паркинсона (БП) практически всегда сопровождается нарушением ходьбы. Патофизиология заболевания связана с дегенеративными процессами в подкорковых ганглиях. Основные клинические проявления БП - гипокинезия, мышечная ригидность и дрожание в покое. Они приводят к нарушениям двигательных функций в виде бради- и олигокинезий, ахейрокинеза, пропульсий, «застываний» и т.д. Ряд авторов [1, 8] выделяют нарушение ходьбы в самостоятельный пятый диагностический признак БП наряду с гипокинезией, ригидностью, тремором покоя и постуральными нарушениями.

В клинико-диагностическом арсенале имеются лабораторные, нейрофизиологические, инструментальные и нейровизуализационные методы, позволяющие оценивать и объективизировать основные проявления БП. Одним из перспективных направлений инструментальной диагностики локомоторных нарушений, в частности при БП, является анализ следа движущейся части тела посредством системы видеозахвата.

Цель данной работы - выделение критериев диагностики нарушения ходьбы при БП посредством использования аппаратно-програмного комплекса видеозахвата локомоции.

Основной задачей исследования являлось проведение сравнительного анализа данных показателей целенаправленных движений P_sign, показателей нецеленаправленных движений P_noise и коэффициентов полезности движений (КПД), полученных при видеозахвате функционально усложненного шагового движения Step во фронтальной плоскости при различных вариантах течения болезни Паркинсона.

Обследовали 113 человек. В связи с «ненормальностью» распределения в дальнейшем в тексте при представлении исходных характеристик групп помимо средних значений в скобках указываются значения медианы - Me, интеркварильного размаха - UQ/LQ, 2,5-я и 97,5-я перцентили - Pr_2,5/Pr_97,5 - (Me[UQ/LQ (Pr_2,5/Pr_97,5)]).

В основную группу вошли 53 (46,9%) пациента, 29 (54,7%) мужчин, средний возраст - 56±10 лет (56 [49/63 (40/73)]), страдающих БП. Средний рост в группе составил 168±10 см (167 [162/176 (152/190)], средняя масса тела - 76±14 кг (75 [66/85 (50/110)]). Преимущественно правосторонняя латерализация клинических симптомов отмечалась у 23 (43,4%) пациентов. По тяжести заболевания согласно классификации тяжести заболевания Хена и Яра в основной группе выявлено следующее распределение: 2-2,5 стадия - 40 (75,5%) больных, 3 стадия - 13 (24,5%).

Распределение по форме заболевания было следующее. 18 (34%) пациентов имели преимущественно дрожательную форму заболевания и были выделены в подгруппу А: средний возраст - 58±12 лет (55 [52/68 (38/87)]), средний рост - 171±11 см (172 [162/178 (150/190)]), средняя масса тела - 81±17 кг (82 [67/95 (54/110)]). У 7 (38,9%) пациентов этой группы выявлена преимущественно правосторонняя локализация поражения.

35 (66%) пациентов имели преимущественно ригидную форму заболевания и составили подгруппу Б: средний возраст - 54±8 лет (57 [48/63 (40/72)]), средний рост - 167±9 см (164 [161/175 (152/190)]), средняя масса тела - 73±12 кг (73 [65/82 (49/100)]).

У 16 (45,7%) пациентов данной группы было преимущественно правостороннее поражение.

Критерием включения в основную группу являлось наличие ведущего правостороннего кинематического звена.

В контрольную группу вошли 60 (53,1% от общего числа обследованных) здоровых добровольцев, 36 (60%) мужчин, медиана возраста - 29 [22/43 (22/56)] лет, не предъявлявших никаких жалоб на состояние здоровья. Средний рост в данной группе составил 173±9 см (173 [166/180 (157/194)]), средняя масса тела - 70±13 кг (70 [60/78 (49/105)]). Со стороны внутренних органов, ЛОР-органов (на предмет исключения вестибулопатии), нервной системы патологии у обследованных этой группы не обнаружено.

Всем испытуемым проводили видеоанализ функционально усложненного шагового движения Step с помощью аппаратно-программного комплекса видеоанализа движений V&A, состоящего из видеокамеры, активных маркеров для выделения исследуемых локомоторных звеньев, программного обеспечения видеозахвата маркеров и обработки полученных данных, диагностической ступеньки.

Описание движения. Исходное положение - испытуемый располагается на расстоянии 20-25 см от неподвижной платформы высотой 220 мм, при этом стопы расположены на ширине плеч. По сигналу он поднимает левую ногу и ставит ее на платформу. Далее поднимает правую ногу и располагает ее рядом с левой таким образом, чтобы стопы опять располагались на ширине плеч. Затем опускает левую ногу с платформы, а вслед за ней правую. Стопы обеих ног должны максимально точно расположиться с их положением в исходной позиции. После этого все повторяется с правой ноги. Движение повторяется троекратно.

В ходе проведения исследования осуществлялся видеозахват активного светового маркера собственной конструкции, закрепленного на уровне 5-го поясничного позвонка. Оценка характера изменений его отклонения осуществлялась в горизонтальной плоскости на основе спектрального анализа, заложенного в диагностическую матрицу разработанного нами программного пакета V&A, при этом выделялись показатели целенаправленных движений P_sign и нецеленаправленных движений P_noise. Также рассчитывался коэффициент полезности движений (КПД), являющийся процентным отношением нецеленаправленных движений к целенаправленным ((P_noise/P_sign)·100%).

Статистическая обработка полученных данных осуществлялась в программном пакете Statistica 8.0.

В ходе проведенного исследования в основной и контрольной группах были получены значения показателей P_sign, P_noise и КПД, результаты которых приведены на рис. 1.

Результаты сравнительного анализа обеих групп выявили достоверные отличия между ними по показателю нецеленаправленных движений P_noise и КПД. Значения показателя целенаправленных движений P_sign в группах статистически неразличимы, что обусловлено единой целевой задачей проводимого исследования.

В подгруппах А и Б с соответственно дрожательной и ригидной формами БП были получены следующие статистически неразличимые значения показателей (в квадратных скобках здесь указаны 75-я и 25-я перцентили): P_sign - 7143,4 [9434,6/ 5797,5] и 7684,1 [10365,0/5301,5] соответственно; P_noise - 531,0 [730,3/204,3] и 509,9 [813,3/324,0] соответственно; КПД - 6,5 [10,0/3,1] и 7,1 [11,6/3,9] соответственно.

В подгруппе А для пациентов с преимущественно лево- и правосторонней латерализацией поражения были получены следующие статистически неразличимые сепарированные данные: P_sign - 6606,7 [9008,9/5329,4] и 7462,4 [11658,7/7143,4] соответственно; P_noise - 520,1 [682,0/198,6] и 542,0 [772,3/333,9] соответственно; КПД - 6,1 [9,4/3,1] и 6,9 [9,8/4,6] соответственно.

В подгруппе Б для пациентов с преимущественно лево- и правосторонней латерализацией поражения полученные данные представлены в виде диаграммы, изображенной на рис. 2.

Согласованная работа многоуровневой системы мотивации, планирования, организации, реализации и коррекции локомоции ориентирует построение двигательной деятельности в рамках поставленной цели. Н.А. Бернштейн [2, 3] в данном процессе выделял ведущее звено, ассоциированное с понятиями «образа потребного будущего», достижение которого является многократным решением двигательной задачи посредством адекватно организованной системы движений (по сути «повторение без повторений»). Непосредственный процесс достижения цели обозначается «ориентировочной основой действия» и состоит из следующих этапов: 1) уяснения требований двигательной задачи; 2) оценки условий внешнего пространственного поля; 3) принятия решения. Помимо этого, ориентировочная деятельность согласуется с перемещением тела и затрагивает такие аспекты организации локомоции, как распределение целесообразных усилий, проектирование допустимых траекторий, программирование скоростных и ритмовых параметров отдельных действий.

Адекватная реализация ориентировочной программы в инвариантных условиях для каждого конкретного типа двигательных задач основывается на их оптимизации при так называемых признаках ситуации действия, обеспечивающих оптимальное ее решение [9, 11].

Локализация дегенеративных изменений при БП в стволово-подкорковых структурах и базальных ганглиях обусловливает изменения нейрофизиологического субстрата данных зон. Эти области ответственны за организацию реактивного постурального контроля, реализуемого за счет включения рефлексов, обеспечивающих сохранение констант общего центра массы, а также инициацию движения и адаптацию выбранной моторной программы для сегментарного уровня. По представлению Н.А. Бернштейна [2, 3], таламо-паллидарный (уровень B) и пирамидно-стриарный (уровень С) уровни организации движений формируют простые синкинезии и ориентируют движение в пространстве. Передача моторной программы в подкорковые отделы и мозжечок осуществляется за счет лобно-подкорковых структур, отвечающих за формирование проактивного динамического контроля, суть которого сводится к подготовке позы к условиям произвольного движения. При поражении на данном уровне происходит укорочение и уменьшение высоты шага, затруднение инициации движения, про-, ретро- и латеропульсии, также отмечаются нарушения предвосхищающих реакций, сопровождающихся нарушением позы. В ряде исследований показано влияние на позную преднастройку дополнительной и собственно моторной коры за счет их влияния на подкорковые структуры [4, 10].

Таким образом, при БП нейромедиаторные нарушения, дезорганизующие моторную программу на этапе ее инициации, приводят к следующим патонейрофизиологическим составляющим: 1) искажению внутренней схемы тела за счет вторичного угнетения проприоцептивной афферентации в результате гипокинезии; 2) разобщению процессов интегрального взаимодействия построения движения в пространстве; 3) нарушению пространства движения. Это обусловливает формирование определенного источника информационных помех, постоянно интерферируемых в основную моторную программу.

Результаты проведенного исследования отражают процесс глобального искажения моторной программы в виде выделяемого показателя нецеленаправленных движений P_noise и КПД. При этом P_noise у здоровых лиц оказался в несколько раз ниже показателя P_noise при БП. Указанное различие определяется так называемым высоким пулом нецеленаправленных движений, являющихся своего рода рефлектором очага патологической моторной импульсации. Подобная картина отражается и в различиях КПД в группе здоровых лиц и пациентов с БП.

Помимо этого, в ходе проведенного исследования было выявлено достоверное различие между показателями P_noise при право- и левосторонней латерализации клинической симптоматики в подгруппе пациентов с ригидной формой БП. Физиологический аспект может объясняться особенностью формирования ведущего кинематического правостороннего звена для нижних конечностей, являющихся основным биомеханическим компонентом, реализующим движение Step. При этом к моменту проявления первых клинических симптомов БП данное звено обусловливает индивидуальный профиль асимметрии и является жестко сформированным. Также биокинематическая неравноценность сторон, по мнению Н.А. Бернштейна, проявляется только на предметно-смысловом уровне организации движений (уровень D), на котором в отличие от лежащих ниже проявляются выраженные признаки смещенности двигательных стереотипов [3]. Это становится важнейшим кинематическим фактором, определяющим разнолатерализованную суставную мобильность, нейромускулярный контроль, растяжение и активность различных мышечных групп [8].

Таким образом, нейрофункциональная активность структур ЦНС, формирующих индивидуальный кинематический профиль, в своей неразрывной совокупности с биомеханической активностью локомоторных звеньев составляют онтогенетически детерминированную психонейробиомеханическую модель с латерализованным ведущим кинематическим звеном. Ввиду подобной популяционной особенности становится понятным различие полученных значений показателей P_noise, отражающих в данном случае не только качественное состояние запускаемых моторных программ, коррелирующее с активностью стволово-подкорковых структур и базальных ганглиев как основных помехогенерирующих источников, но и их кинематическую толерантность в отношении данных информационных помех.

При анализе разнолатерализованной клинической симптоматики в подгруппе пациентов, страдающих дрожательной формой БП, каких-либо различий в значениях выделенных коэффициентов получено не было, что может объясняться принципиально разными вариантами дисфункций стволово-подкорковых структур при ригидной и дрожательной формах БП. Дрожание также явно затрудняет техническую дифференцировку быстрых колебаний общего центра масс диагностической программой.

В ходе проведенного исследования были выделены критерии объективизации поражения базальных ганглиев при БП посредством использования аппаратно-программного комплекса видеозахвата локомоции в виде показателя нецеленаправленных действий P_noise и КПД. Показатель P_noise может быть использован также в качестве достоверного диагностического маркера, отражающего латерализацию клинических симптомов при преимущественно ригидной форме БП.