CC BY
9БИОУПРАВЛЯЕМАЯ МЕХАНОТЕРАПИЯ КАК СРЕДСТВО ЛЕЧЕБНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В ПОСЛЕПОЛЕТНОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА КОСМОНАВТОВ
УДК/UDC 615.8; 617.3
Поступила в редакцию 29.05.2023 г.
й
Информация для связи с автором: nauka@skfmba.ru
Кандидат экономических наук Г.Н. Тер-Акопов1 Доктор биологических наук, профессор Ю.В. Корягина1 Кандидат медицинских наук С.М. Абуталимова1 Врач ортопед-травматолог А.Ш. Абуталимов1 1Северо-Кавказский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства, Ессентуки
BIOCONTROLLED MECHANOTHERAPY AS A MEANS OF THERAPEUTIC PHYSICAL CULTURE IN POST-FLIGHT REHABILITATION OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM OF ASTRONAUTS
PhD G.N. Ter-Akopov1
Dr. Biol., Professor Yu.V. Koryagina1 PhD S.M. Abutalimova1
Doctor orthopedist-traumatologist A.Sh. Abutalimov1 1North Caucasian Research and Clinical Center under the Federal Medical Bioloeical Agency, Essentuki
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
о
(U .с Н
Аннотация
Цель исследования - разработка методик применения биоуправляемой механотерапии в послеполетной реабилитации опорно-двигательного аппарата космонавтов.
Методика и организация исследования. Анализ функционального состояния и коррекция нарушенных функций ОДА проводились с помощью роботизированных биомеханических комплексов (РБК) с биологической обратной связью (БОС) CON-TREX (Physiomed, Германия) и CENTAUR (BFMS, Германия), в нем приняли участие пять космонавтов мужского пола. Результаты исследования и выводы. Биоуправляемая механотерапия является новым и высокоэффективным средством лечебной физической культуры и высокотехнологичным методом восстановления в программах послеполетной медицинской реабилитации космонавтов. Проведение восстановительных курсов механотерапии на роботизированных комплексах как у групп добровольцев, так и у космонавтов позволило скорректировать имеющиеся нарушения, что положительным образом сказалось на функциональном состоянии опорно-двигательного аппарата (оптимизировались и стабилизировались мышечно-связочный аппарат коленных суставов, общая мускулатура спины, повысилась координация автохтонных мышц туловища и др.).
Ключевые слова: биоуправляемая механотерапия, лечебная физическая культура, послеполетная реабилитация космонавтов, опорно-двигательный аппарат, мышцы туловища, мышцы нижних конечностей, динамометрия, силовые характеристики.
Abstract
Objective of the study was to develop methods for the use of biocontrolled mechanotherapy in the post-flight rehabilitation of the musculoskeletal system of astronauts.
Methods and structure of the study. The study of the functional state and correction of impaired functions of the musculoskeletal system were carried out using robotic biomechanical complexes (RBC) with biofeedback (BFB) CON-TREX (Physiomed, Germany) and CENTAUR (BFMS, Germany), 5 male astronauts took part in it.
Results and conclusions. Biocontrolled mechanotherapy is a new and highly effective means of therapeutic physical culture and a high-tech method of recovery in post-flight medical rehabilitation programs for astronauts. Conducting rehabilitation courses of mechanotherapy on robotic complexes both in groups of volunteers and in cosmonauts made it possible to correct the existing disorders, which had a positive effect on the functional state of the musculoskeletal system (the muscular-ligamentous apparatus of the knee joints was optimized and stabilized, the general muscles of the back were improved, the coordination of autochthonous body muscles, etc.).
Keywords: biocontrolled mechanotherapy, therapeutic physical culture, post-flight rehabilitation of cosmonauts, musculoskeletal system, trunk muscles, muscles of the lower extremities, dynamometry, power characteristics.
Введение. Перспективы изучения дальнего космоса и решение проблемы длительного пребывания человека в экстремальной среде связаны с разработками мер защиты от влияния ряда негативных факторов во время космических полетов [4]. Важная роль в космической медицине отводится послеполетной медицинской реабилитации (ПМР) за счет реализации аспектов медицинской, физической и психологической реабилитации [1, 2]. Физическая реабилитация заключается в применении физических упражнений: ходьбы (терренкура), плавания и гимнастики в бассейне, специально разработан-
ных тренировочных комплексов [3]. Зарубежные исследования последних лет показывают, что применение роботизированных биомеханических комплексов (РБК) с биологической обратной связью (БОС) позволяет более эффективно сократить сроки реабилитации опорно-двигательного аппарата (ОДА) пациентов в сравнении с классическим занятиями лечебной физической культурой (ЛФК) [7]. Было отмечено, что несомненным достоинством биоуправляемой механотерапии является возможность строго дозировать силу, скорость и амплитуду движения [6].
84
http://www.teoriya.ru
№9 • 2023 Сентябрь | September
Цель исследования - разработка методик применения биоуправляемой механотерапии в послеполетной реабилитации опорно-двигательного аппарата космонавтов.
Методика и организация исследования. В исследовании приняли участие 5 космонавтов мужского пола (Me (Q1; Q3), возраст - 55 (52; 55) лет, вес - 89 (82; 101) кг, рост - 176 (172; 178) см) и 2 группы добровольцев (группы сравнения). Т - группа сравнения с применением методов механотерапии для восстановления мышц туловища, 10 мужчин, возраст - 44 (43; 46) лет. В данной группе проводилась клиническая апробация инновационных методов механотерапии на роботизированных комплексах с биологической обратной связью для оптимизации баланса мышечного корсета позвоночника. КС -группа сравнения с применением методов механотерапии для восстановления мышечно-связочного аппарата коленных суставов, 10 мужчин, возраст - 44,5 (42; 48) лет. Все участники дали информированное согласие на участие в исследовании в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (WMA Declaration of Helsinki - Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects, 2013), а также разрешение на обработку персональных данных. Исследование было одобрено комиссией по вопросам биоэтики ФГБУ СКФНКЦ ФМБА России.
Исследование функционального состояния и коррекция нарушенных функций ОДА проводились с помощью роботизированных биомеханических комплексов (РБК) с биологической обратной связью (БОС) CON-TREX (Physiomed, Германия) и CENTAUR (BFMS, Германия) (рис. 1).
Оптимизация баланса мышечного корсета позвоночника проводилась путем воздействия статической нагрузки на автохтонную мускулатуру туловища на РБК CENTAUR. Тренировочная программа была построена в режимах «круговой импульс» и «космическое вращение» с отклонением от вертикальной оси на 45° в заданных ротационных углах (0°; 45°; 90°; 135°; -45°; -90°; -135°; 180°), длительность процедуры -10-15 мин.
Механотерапия на роботизированных комплексах (РБК) CON-TREX проводилась в режимах: «кон-кон» - космонавт самостоятельно выполняет движения сгибания-разгибания; «кон-экс» - космонавт постоянно прикладывает силу в направлении разгибания в суставе; «экс-кон» - космонавт постоянно прикладывает силу в направлении сгибания в суставе; «экс-экс» - режим постоянного сопротивления, при движении аппарата на сгибание или разгибание в суставе космонавт совершает противоположное действие. Для сеансов механотерапии был выбран синусоидальный профиль, когда скорость увеличивается по синусоиде до ограничивающего значения, а затем снижается до нуля. Наличие БОС позволяло аппарату искусственно регулировать сопротивление пропорционально приложенному космонавтом усилию. До и после работы
80
60
40
20
Il I II I
до
I Разгибатели max Разгибатели среднее
I Сгибатели max I Сгибатели среднее
Рис. 1. Роботизированные биомеханические комплексы с биологической обратной связью: А - CON-TREX, Б - CENTAUR
Рис. 2. Параметры максимального и среднего крутящего момента силы мышц-сгибателей и разгибателей туловища до и после проведения курса роботизированной механотерапии, Нм
в активном режиме проводилась пассивная мобилизация без активного сокращения мышц - СРМ-терапия (20 повторений). Длительность процедуры на один сустав - 15-20 мин. Всего у каждого пациента проведено 10 процедур.
Результаты исследования и их обсуждение. Применение динамометрии и биоуправляемой механотерапии у группы Т показало, что до проведения ЛФК у добровольцев был выявлен дисбаланс силовых параметров мышц-сгибателей и разгибателей туловища (параметры максимального и среднего крутящего момента сгибателей изначально были выше разгибателей (р<0,01)). После проведения курса параметры крутящего момента мышц-антагонистов статистически значимо не отличались, что свидетельствует об улучшении мышечной координации и симметричности приложения силы в направлении как сгибания, так и разгибания (рис. 2).
Тот же самый эффект наблюдался и при применении био-управляемой механотерапии в ЛФК, направленной на оптимизацию функции коленного сустава у группы КС. Анализ параметров динамометрического исследования позволил выявить оптимизацию работы мышц-сгибателей и разгибателей коленного сустава и снижение у них параметров работы и утомления. Соответственно, крутящий момент силы макс (Нм): мышц-разгибателей коленного сустава справа до 40,6 (30,0; 106,7), после 45,5 (41,4; 49,4); мышц-сгибателей коленного сустава справа до 42,8 (22,4; 67,4), после 43,4 (42,1; 55,6); мышц-разгибателей коленного сустава слева 51,9 (26,4; 100,6), 47,8 (45,8; 50,4); мышц-сгибателей коленного сустава слева до 41,1 (22,7; 50,3), после 44,6 (41,3; 52,6).
Статистически значимо снизились показатели общей работы (Дж): мышц-разгибателей коленного сустава справа до 502,7 (300,0; 1325,0), после - 133,6 (77,9; 195,0), р<0,005; мышц-сгибателей коленного сустава справа до 624,8 (434,0; 972,0), после 109,9 (108,0; 163,9), р<0,01; мышц-разгибателей коленного сустава слева до 497,5 (220,0; 1065,0), после 128,6 (115,6; 159,6), р<0,01; мышц-сгибателей коленного сустава слева до 575,5 (421,0; 840,8), после 163,6 (116,7; 228,1), р<0,005.
Следовательно, результаты применения биоуправляемой механотерапии у групп добровольцев Т и КС, по данным динамометрического исследования, свидетельствовали об оптимизации работы мышечно-связочного аппарата коленных суставов и мышц туловища, что проявлялось в нивелировании дисбаланса силовых параметров мышц-сгибателей и разгибателей, а также снижении мышечного утомления и параметров работы.
Положительный результат апробации методик биоуправ-ляемой механотерапии позволил внедрить их в программу ПМР космонавтов в санаторно-курортных условиях, которую они проходили на базе санатория им С.М. Кирова ФФГБУ СКФНКЦ ФМБА России в городе Пятигорске.
№9 • 2023 Сентябрь | September
http://www.teoriya.ru
120
100
0
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
CL ' -о с га
Ii
О (U .с Н
По результатам диагностического исследования космонавтам были построены персонифицированные программы ЛФК на РБК CENTAUR, аналогичные группе Т. Динамометрическое исследование до и после применения курса ЛФК у космонавтов показало, что применение биоуправляемой механотерапии значительно способствует оптимизации и стабилизации общей мускулатуры спины, пресса и повышает координацию автохтонных мышц туловища (рис. 3).
По результатам динамометрического исследования мышечного аппарата коленных суставов для космонавтов были разработаны персонифицированные программы ЛФК на РБК CON-TREX, аналогичные группе КС (рис. 4).
После курса механотерапии были выявлены снижение параметров крутящего момента силы и повышение сбалансированности в приложении усилий мышцами-сгибателями и разгибателями, также отмечено снижение коэффициента утомления. Результаты показывают, что при осуществлении движения после курса механотерапии происходит значительное снижение прикладываемой космонавтом силы, при этом, как следствие, снижается коэффициент утомления и оптимизируется работа мышечно-связочного аппарата.
Использование высокотехнологичных методов реабилитации, таких как роботизированная механотерапия на комплексах CON-TREX и CENTAUR, как у групп добровольцев (Т и КС), так и у космонавтов позволило скорректировать имеющиеся нарушения, что положительным образом сказалось на функциональном состоянии ОДА (оптимизировались и стабилизировались общая мускулатура спины, пресса, повысилась координация автохтонных мышц туловища).
Выводы. Таким образом, биоуправляемая механотерапия является новым и высокоэффективным средством ЛФК и одним из высокотехнологичных методов восстановления
Рис. 3. Показатели силы мышц туловища, обеспечивающих по-стуральную стабильность (в трехмерной оси показатели крутящего момента силы, Нм; на графиках схематично представлен результат оптимизации и адекватности прикладываемых космонавтом усилий, направленных на поддержание позы в условиях гравитации (космического вращения)
Рис. 4. Параметры скорости, силы и типа движения в коленном суставе при проведении биоуправляемой механотерапии
ОДА космонавтов в программах ПМР. Полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии разработанных методов, способствующих оптимизации работы мышц-антагонистов, снижению излишнего напряжения в работе мышц, снижению утомления при силовой работе, а также укреплению мышц, способствующих поддержанию постураль-ного баланса. По результатам работы был получен патент на промышленный образец [5].
Работа выполнена в соответствии с государственным заданием ФГБУ СКФНКЦ ФМБА России № 48.001.21.800 от 01 января 2021 г. на выполнение НИР «Разработка новых научно обоснованных методов и программ 2-го этапа послеполетной медицинской реабилитации космонавтов в санаторно-курорт-ныхусловиях», шифр: «Реабилитация космонавтов 21/23».
Литература
1. Белик В.В. Активный отдых в поддержании работоспособности космонавтов / В.В. Белик, А.А. Меденков, Т.Б. Нестерович // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2016. - Т. 50. - № 5.
- С. 21-23.
2. Богомолов В.В. Санаторно-курортный период реабилитации космонавтов после длительных полетов на МКС / В.В. Богомолов, М.Г. Потапов, А.Н. Спичков // Международная космическая станция. Российский сегмент. Космическая биология и медицина. М.: ГНЦ РФ-ИМБП РАН. - 2011. - Т. 1. - С. 214-218.
3. Кан М.С. Исследование эффективности тренажеров для реабилитации космонавтов / М.С. Кан, И.В. Хромова // Наука. Технологии. Инновации. - 2019. - С. 197-199.
4. Козловская И.Б. Российская система профилактики: настоящее и будущее / И.Б. Козловская, Е.Н. Ярманова, Е.В. Фомина // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2013. - Т. 47. - № 1.
- С. 13-20.
5. Корягина Ю.В. Схема послеполетной медицинской реабилитации опорно-двигательного аппарата космонавтов на санаторно-курортном этапе / Ю.В. Корягина, С.М. Абуталимова, С.В. Нопин и др. // Патент на промышленный образец №135729 от 09.03.2023.
6. Уйба В.В. Биомеханическая роботизированная механотерапия и ремоделирование в комплексной послеоперационной реабилитации травм плечевого сустава / В.В. Уйба, Б.В. Баранкин, Е.М. Ка-баев, К.В. Симонов // Медицина экстремальных ситуаций. - 2020.
- Т. 22. - № 1. - С. 28-38.
References
1. Belik V.V., Medenkov A.A., Nesterovich T.B. Aktivnyy otdykh v podder-zhanii rabotosposobnosti kosmonavtov [Active recreation in maintaining the efficiency of cosmonauts]. Aviakosmicheskaya i ekologiches-kaya meditsina. 2016. Vol. 50. No. 5. pp. 21-23.
2. Bogomolov V.V., Potapov M.G., Spichkov A.N. Sanatorno-kurortnyy period reabilitatsii kosmonavtov posle dlitelnykh poletov na MKS [Sanatorium-resort period of rehabilitation of cosmonauts after long-term flights to the ISS]. Mezhdunarodnaya kosmicheskaya stantsiya. Ros-siyskiy segment. Kosmicheskaya biologiya i meditsina. Moscow: GNTS RF-IMBP RAN publ., 2011. Vol. 1. pp. 214-218.
3. Kan M.S., Khromova I.V. Issledovaniye effektivnosti trenazherov dlya reabilitatsii kosmonavtov [Study of the effectiveness of simulators for the rehabilitation of cosmonauts]. Nauka. Tekhnologii. Innovatsii. 2019. pp. 197-199.
4. Kozlovskaya I.B., Yarmanova E.N., Fomina E.V. Rossiyskaya sistema profilaktiki: nastoyashcheye i budushcheye [Russian prevention system: present and future]. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina. 2013. Vol. 47. No. 1. pp. 13-20.
5. Koryagina Yu.V., Abutalimova S.M., Nopin S.V. Skhema poslepoletnoy meditsinskoy reabilitatsii oporno-dvigatelnogo apparata kosmonavtov na sanatorno-kurortnom etape. Patent na promyshlennyy obrazets №135729 ot 09.03.2023 [Scheme of post-flight medical rehabilitation of the musculoskeletal system of astronauts at the sanatorium stage. Patent for an industrial design No. 135729 dated 09.03.2023].
6. Uyba V.V., Barankin B.V., Kabaev E.M., Simonov K.V. Biome-khanicheskaya robotizirovannaya mekhanoterapiya i remod-elirovaniye v kompleksnoy posleoperatsionnoy reabilitatsii travm plechevogo sustava [Biomechanical robotic mechanotherapy and remodeling in the complex postoperative rehabilitation of shoulder joint injuries]. Meditsina ekstremalnykh situatsiy. 2020. Vol. 22. No. 1. pp. 28-38.
7. Nedergärd H., Arumugam A., Sandlund M., Brändal A., Häger C.K. Effect of robotic-assisted gait training on objective biomechanical measures of gait in persons post-stroke: a systematic review and meta-analysis. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 2021. Vol. 18. No. 1. pp. 1-22.
http://www.teoriya.ru
№9 • 2023 Сентябрь | September
