Пятин В.Ф.

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет», Самара, Россия

Широлапов И.В.

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия

Нейромышечная стимуляция в условиях вибрационной физической нагрузки для профилактики остеопороза

Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2020;97(3): 87-93

Просмотров : 270

Загрузок : 6

Как цитировать

Пятин В. Ф., Широлапов И. В. Нейромышечная стимуляция в условиях вибрационной физической нагрузки для профилактики остеопороза. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2020;97(3):87-93.
Pytin V F, Shirolapov I V. Neuromuscular stimulation in conditions of vibrational physical activity for the prevention of osteoporosis. Voprosy kurortologii, fizioterapii, i lechebnoi fizicheskoi kultury. 2020;97(3):87-93.
https://doi.org/10.17116/kurort20209703187

Авторы:

Пятин В.Ф.

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет», Самара, Россия

Все авторы (2)

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.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail