Нарушение и восстановление движений паретичной и сохранной руки в зависимости от латерализации поражения и тяжести пареза: биомеханический анализ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цель исследования – выяснение зависимости постинсультных нарушений двигательной функции (ДФ) сохранной и паретичной рук от латерализации поражения и тяжести пареза. Также было исследовано влияние латерализации поражения и тяжести пареза на восстановление ДФ в результате реабилитационных процедур, использующих экзоскелет кисти, управляемый интерфейсом мозг-компьютер. В исследование были включены 24 пациента, 12 с левосторонним и 12 с правосторонним поражениями головного мозга. В каждую из групп входило 6 пациентов с умеренным и 6 с тяжелым парезами. В качестве двигательных тестов, регистрируемых до и после реабилитационных процедур, использовались изолированные движения в суставах паретичной и сохранной рук. Моменты мышечных сил в суставах и степень изолированности движения использовались для оценки состояния ДФ. Показано, что суставные моменты сохранной руки были больше в случае левостороннего поражения; в этом случае асимметрия суставных моментов была выражена сильнее, чем при правостороннем поражении, что может означать более выраженный дисбаланс активностей полушарий. Эффективность реабилитации проявляется: 1) в возрастании моментов мышечных сил в суставах как сохранной, так и паретичной рук и 2) в увеличении симметрии биомеханических параметров сохранной и паретичной рук, что может свидетельствовать о восстановлении баланса активностей сохранного и пораженного полушарий. Биомеханический анализ изолированных движений в суставах позволяет считать, что движение пронации-супинации при вертикальном положении предплечья является чувствительным индикатором восстановления ДФ после инсульта.

Об авторах

Е. В. Бирюкова

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: kotovsv@yandex.ru
Россия, Москва

А. А. Кондур

ГБУЗ Московский областной научно-исследовательский клинический институт
имени М.Ф. Владимирского

Email: kotovsv@yandex.ru
Россия, Москва

С. В. Котов

ГБУЗ Московский областной научно-исследовательский клинический институт
имени М.Ф. Владимирского

Автор, ответственный за переписку.
Email: kotovsv@yandex.ru
Россия, Москва

Л. Г. Турбина

ГБУЗ Московский областной научно-исследовательский клинический институт
имени М.Ф. Владимирского

Email: kotovsv@yandex.ru
Россия, Москва

П. Д. Бобров

ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН; ФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет
имени Н.И. Пирогова

Email: kotovsv@yandex.ru
Россия, Москва; Россия, Москва

Список литературы

  1. Given J.D., Dewald J.P., Rymer W.Z. Joint dependent passive stiffness in paretic and contralateral limbs of spastic patients with hemiparetic stroke // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1995. V. 59. № 3. P. 271.
  2. Levin M.F. Interjoint coordination during pointing movements is disrupted in spastic hemiparesis // Brain. 1996. V. 119. P. 281.
  3. Beer R.F., Dewald J.P., Dawson M.L., Rymer W.Z. Target-dependent differences between free and constrained arm movements in chronic hemiparesis // Exp. Brain Res. 1989. V. 156. № 4. P. 458.
  4. Haaland K.Y., Harrington D.L. Hemispheric asymmetry of movement // Curr. Opin. Neurobiol. 1996. V. 6. № 6. P. 796.
  5. Sunderland A. Recovery of ipsilateral dexterity after stroke // Stroke. 2000. V. 31. № 2. P. 430.
  6. Duque J., Hummel F., Celnik P. et al. Transcallosal inhibition in chronic subcortical stroke // Neuroimage. 2005. V. 28. № 4. P. 940.
  7. Gerloff C., Bushara K., Sailer A. et al. Multimodal imaging of brain reorganization in motor areas of the contralesional hemisphere of well recovered patients after capsular stroke // Brain. 2006. V. 129. P. 791.
  8. Desrosiers J., Bourbonnais D., Bravo G. et al. Performance of the 'unaffected' upper extremity of elderly stroke patients // Stroke. 1996. V. 27. № 9. P. 1564.
  9. Lang C.E., Wagner J.M., Edwards D.F., Dromerick A.W. Upper extremity use in people with hemiparesis in the first few weeks after stroke // J. Neurol. Phys. Ther. 2007. V. 31. № 2. P. 56.
  10. Wetter S., Poole J.L., Haaland K.Y. Functional implications of ipsilesional motor deficits after unilateral stroke // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2007. V. 86. № 4. P. 776.
  11. Rinehart J.K., Singleton R.D., Adair J.C. et al. Arm use after left or right hemiparesis is influenced by hand preference // Stroke. 2009. V. 40. № 2. P. 545.
  12. Vega-González A., Granat M.H. Continuous monitoring of upper-limb activity in a free-living environment // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2005. V. 86. № 3. P. 541.
  13. Sainburg R.L., Maenza C., Winstein C., Good D. Motor lateralization provides a foundation for predicting and treating non-paretic arm motor deficits in stroke // Adv. Exp. Med. Biol. 2016. V. 957. P. 257.
  14. Pandian S., Arya K.N., Kumar D. Effect of motor training involving the less-affected side (MTLA) in post-stroke subjects: a pilot randomized controlled trial // Top. Stroke Rehabil. 2015. V. 22. № 5. P. 357.
  15. Maenza C., Wagstaff D.A., Varghese R. et al. Remedial training of the less-impaired arm in chronic stroke survivors with moderate to severe upper-extremity paresis improves functional independence: a pilot study // Front. Hum. Neurosci. 2021. V. 15. P. 645714.
  16. Delden van A.E.Q., Peper C.E., Beek P.J., Kwakkel G. Unilateral versus bilateral upper limb exercise therapy after stroke: A systematic review // J. Rehabil. Med. 2012. V. 44. № 2. P. 106.
  17. Ang K.K., Guan C., Chua K.S.G. et al. A large clinical study on the ability of stroke patients to use an EEG-based motor imagery brain-computer interface // Clin. EEG Neurosci. 2011. V. 42. № 4. P. 253.
  18. Ang K.K., Guan C., Phua K.S. et al. Brain-computer interface-based robotic end effector system for wrist and hand rehabilitation: results of a three-armed randomized controlled trial for chronic stroke // Front. Neuroeng. 2014. V. 7. P. 30.
  19. Ang K.K., Chua K.S.G., Phua K.S. et al. A randomized controlled trial of EEG-based motor imagery brain-computer interface robotic rehabilitation for stroke // Clin. EEG Neurosci. 2015. V. 46. № 4. P. 310.
  20. Ramos-Murguialday A., Broetz D., Rea M. et al. Brain-machine interface in chronic stroke rehabilitation: a controlled study // Ann. Neurol. 2013. V. 74. № 1. P. 100.
  21. Ono T., Shindo K., Kawashima K. et al. Brain-computer interface with somatosensory feedback improves functional recovery from severe hemiplegia due to chronic stroke // Front. Neuroeng. 2014. V. 7. P. 19.
  22. Frolov A.A., Mokienko O., Lyukmanov R. et al. Post-stroke rehabilitation training with a motor-imagery based brain-computer interface (BCI)-controlled hand exoskeleton: a randomized controlled multicenter trial // Front. Neurosci. 2017. V. 11. P. 400.
  23. Buch E., Weber C., Cohen L.G. et al. Think to move: a neuromagnetic brain-computer interface (BCI) system for chronic stroke // Stroke. 2008. V. 39. № 3. P. 910.
  24. Бирюкова Е.В., Павлова О.Г., Курганская М.Е. и др. Восстановление двигательной функции руки с помощью экзоскелет кисти, управляемого интерфейсом “мозг-компьютер”. Случай пациента с обширным поражением мозговых структур // Физиология человека. 2016. Т. 42. № 1. С. 19. Biryukova E.V., Pavlova O.G., Kurganskaya M.E. et al. Recovery of the motor function of the arm with the aid of a hand exoskeleton controlled by a brain–computer interface in a patient with an extensive brain lesion // Human Physiology. 2016. V. 42. № 1. P. 13.
  25. Young B.M., Nigogosyan Z., Walton L.M. et al. Changes in functional brain organization and behavioral correlations after rehabilitative therapy using a brain-computer interface // Front. Neuroeng. 2014. V. 7. P. 26.
  26. Cervera M.A., Soekadar S.R., Ushiba J. et al. Brain-computer interfaces for post-stroke motor rehabilitation: a metaanalysis // Ann. Clin. Transl. Neurol. 2018. V. 5. № 5. P. 651.
  27. Котов С.В., Романова М.В., Кондур А.А. и др. Реорганизация биоэлектрической активности неокортекса после инсульта в процессе реабилитации с использованием интерфейса “мозг-компьютер”, управляющего экзоскелетом кисти // Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2020. Т. 70. № 2. С. 217.
  28. Frolov A.A., Bobrov P.D., Biryukova E.V. et al. Electrical, hemodynamic and motor activities in post-stroke rehabilitation provided by the hand exoskeleton under control of brain-computer interface: clinical case study // Front. Neurol. 2018. V. 9. P. 1135.
  29. Кондур А.А., Бирюкова Е.В., Котов С.В. и др. Кинематический портрет пациента как объективный показатель состояния двигательной функции в процессе нейрореабилитации с использованием экзоскелета руки, управляемого интерфейсом мозг-компьютер // Ученые записки СПБГМУ им. И.П. Павлова. 2016. Т. 23. № 3. С. 28.
  30. Dzhalagoniya I., Biryukova E., Bushkova Y. et al. Biomechanical assessment of Fugl-Meyer score: the case of one post stroke patient who has undergone the rehabilitation using hand exoskeleton controlled by brain-computer interface // Int. J. Phys. Med. Rehabil. 2018. V. 6. № 3. P. 2.
  31. Maenza C., Good D.C., Winstein C.J. et al. Functional deficits in the less-impaired arm of stroke survivors depend on hemisphere of damage and extent of paretic arm impairment // Neurorehabil. Neur. Rep. 2020. V. 34. № 1. P. 39.
  32. Schaefer S.Y., Haaland K.Y., Sainburg R.L. Ipsilesional motor deficits following stroke reflect hemispheric specializations for movement control // Brain. 2007. V. 130. P. 2146.
  33. Schaefer S.Y., Haaland K.Y., Sainburg R.L. Hemispheric specialization and functional impact of ipsilesional deficits in movement coordination and accuracy // Neuropsychologia. 2009. V. 47. № 13. P. 2953.
  34. Mani S., Mutha P.K., Przybyla A. et al. Contralesional motor deficits after unilateral stroke reflect hemisphere-specific control mechanisms // Brain. 2013. V. 136. P. 1288.
  35. Mutha P.K., Haaland K.Y., Sainburg R.L. Rethinking motor lateralization: specialized but complementary mechanisms for motor control of each arm // PLoS One. 2013. V. 8. № 3. P. e58582.
  36. Fugl-Meyer A.R., Jääskö L., Leyman I. et al. The post-stroke hemiplegic patient. 1. a method for evaluation of physical performance // Scand. J. Rehabil. Med. 1975. V. 7. № 1. P. 13.
  37. Woytowicz E.J., Rietschel J., Goodman R.N. et al. Determining levels of upper extremity movement impairment by applying a cluster analysis to the Fugl- Meyer assessment of the upper extremity in chronic stroke // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2017. V. 98. № 3. P. 456.
  38. Бобров П.Д., Коршаков А.В., Рощин В.Ю., Фролов А.А. Байесовский подход к реализации интерфейса мозг-компьютер, основанного на представлении движений // Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2012. Т. 62. № 1. С. 89.
  39. Lemon R. Descending pathways in motor control // Annu. Rev. Neurosci. 2008. V. 31. P. 195.
  40. Biryukova E.V., Roby-Brami A., Frolov A.A., Mokhtari M. Kinematics of human arm reconstructed from Spatial Tracking System recordings // J. Biomech. 2000. V. 33. № 8. P. 985.
  41. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1972. С. 400.
  42. Кондур А.А., Бирюкова Е.В., Фролов А.А. и др. Восстановление двигательной функции руки после инсульта с помощью интерфейса “мозг-компьютер”, управляющего экзоскелетом кисти: эффект п овторных госпитализаций // Физиология человека. 2020. Т. 46. № 3. С. 99. Kondur A.A., Biryukova E.V., Frolov A.A. Rehabilitation of the Arm Motor Function in Poststroke Patients with an Exoskeleton-Controlling Brain–Computer Interface: Effect of Repeated Hospitalizations // Human Physiology. V. 46. № 3. P. 321.
  43. Bradnam L.V., Stinear C.M., Byblow W.D. Ipsilateral motor pathways after stroke: implications for non-invasive brain stimulation // Front. Hum. Neurosci. 2013. V. 7. P. 184.
  44. Noskin O., Krakauer J.W., Lazar R.M. et al. Ipsilateral motor dysfunction from unilateral stroke: implications for the functional neuroanatomy of hemiparesis // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2008. V. 79. № 4. P. 401.
  45. Jayasinghe S.A.L., Good D., Wagstaff D.A. et al. Motor deficits in the ipsilesional arm of severely paretic stroke survivors correlate with functional independence in left, but not right hemisphere damage // Front. Hum. Neurosci. 2020. V. 14. P. 599220.
  46. Jebsen R.H., Taylor N., Trieschmann R.B. et al. An objective and standardized test of hand function // Arch. Phys. Med. Rehab. 1969. V. 50. № 6. P. 311.
  47. Haaland K.Y., Prestopnik J.L., Knight R.T., Lee R.R. Hemispheric asymmetries for kinematic and positional aspects of reaching // Brain. 2004. V. 127. P. 1145.
  48. Winstein C.J., Pohl P.S. Effects of unilateral brain damage on the control of goal-directed hand movements // Exp. Brain Res. 1995. V. 105. № 1. P. 163.
  49. Mutha P.K., Haaland K.Y., Sainburg R.L. The effects of brain lateralization on motor control and adaptation // J. Mot. Behav. 2012. V. 44. № 6. P. 455.
  50. Schaefer S.Y., Mutha P.K., Haaland K.Y., Sainburg R.L. Hemispheric specialization for movement control produces dissociable differences in online corrections after stroke // Cereb. Cortex. 2012. V. 22. № 6. P. 1407.
  51. Sainburg R.L., Kalakanis D. Differences in control of limb dynamics during dominant and nondominant arm reaching // J. Neurophysiol. 2000. V. 83. № 5. P. 2661.
  52. Johansson G.M., Grip H., Levin M.F., Häger C.K. The added value of kinematic evaluation of the timed finger-to-nose test in persons post-stroke // J. NeuroEng. Rehab. 2017. V. 14. № 1. P. 11.
  53. Rodrigues M.R.M., Slimovitch M., Chilingaryan G., Levin M.F. Does the Finger-to-Nose Test measure upper limb coordination in chronic stroke? // J. NeuroEng. Rehab. 2017. V. 14. № 1. P. 6.
  54. Flash T., Hogan N. The coordination of arm movements: an experimentally confirmed mathematical model // J. Neurosci. 1985. V. 5. № 7. P. 1688.
  55. Mutha P.K., Sainburg R.L., Haaland K.Y. Coordination deficits in ideomotor apraxia during visually targeted reaching reflect impaired visuomotor transformations // Neuropsychologia. 2010. V. 48. № 13. P. 3855.
  56. Zackowski K.M., Dromerick A.W., Sahrmann S.A. et al. How do strength, sensation, spasticity and joint individuation relate to the reaching deficits of people with chronic hemiparesis? // Brain. 2004. V. 127. № 5. P. 1035.
  57. Kawashima R., Yamada K., Kinomura S. et al. Regional cerebral blood flow changes of cortical motor areas and prefrontal areas in humans related to ipsilateral and contralateral hand movement // Brain Res. 1993. V. 623. № 1. P. 33.
  58. Kim S.G., Ashe J., Hendrich K. et al. Functional magnetic resonance imaging of motor cortex: Hemispheric asymmetry and handedness // Science. 1993. V. 261. № 5121. P. 615.
  59. Cavallari P., Bolzoni F., Bruttini C., Esposti R. The organization and control of intra-limb anticipatory postural adjustments and their role in movement performance // Front. Hum. Neurosci. 2016. V. 10. P. 525.
  60. Bruttini C., Esposti R., Bolzoni F., Cavallari P. Ischemic block of the forearm abolishes finger movements but not their associated anticipatory postural adjustments // Exp. Brain Res. 2014. V. 232. № 6. P. 1739.
  61. Dickstein R., Shefi S., Marcovitz E., Villa Y. Anticipatory postural adjustment in selected trunk muscles in post stroke hemiparetic patients // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2004. V. 85. № 2. P. 261.
  62. Yang C.-L., Creath R.A., Magder L. et al. Impaired posture, movement preparation, and execution during both paretic and nonparetic reaching following stroke // J. Neurophysiol. 2019. V. 121. № 4. P. 1465.
  63. Bruttini C., Esposti R., Bolzoni F., Cavallari P. Higher precision in pointing movements of the preferred vs. non-preferred hand is associated with an earlier occurrence of anticipatory postural adjustments // Front. Hum. Neurosci. 2016. V. 10. P. 365.
  64. Massion J., Ioffe M., Schmitz C. et al. Acquisition of anticipatory postural adjustments in a bimanual load-lifting task: normal and pathological aspects // Exp. Brain Res. 1999. V. 128. № 1–2. P. 229.
  65. Viallet F., Massion J., Massarino R., Khalil R. Coordination between posture and movement in a bimanual load lifting task: putative role of a medial frontal region including the supplementary motor area // Exp. Brain Res. 1992. V. 88. № 3. P. 674.
  66. Hsieh C.L., Sheu C.F., Hsueh I.P., Wang C.H. Trunk control as an early predictor of comprehensive activities of daily living function in stroke patients // Stroke. 2002. V. 33. № 11. P. 2626.
  67. Hoyer E.H., Celnik P.A. Understanding and enhancing motor recovery after stroke using transcranial magnetic stimulation // Restor. Neurol. Neurosci. 2011. V. 29. № 6. P. 395.
  68. Dodd K.C., Nair V.A., Prabhakaran V. Role of the contralesional vs. ipsilesional hemisphere in stroke recovery // Front. Hum. Neurosci. 2017. V. 11. P. 469.
  69. Song J., Young B. M., Nigogosyan Z. et al. Characterizing relationships of DTI, fMRI, and motor recovery in stroke rehabilitation utilizing brain-computer interface technology // Front. Neuroeng. 2014. V. 7. P. 31.
  70. Bundy D.T., Souders L., Baranyai K. et al. Contralesional brain-computer interface control of a powered exoskeleton for motor recovery in chronic stroke survivors // Stroke. 2017. V. 48. № 7. P. 1908.
  71. Pichiorri F., Morone G., Petti M. et al. Brain-computer interface boosts motor imagery practice during stroke recovery // Ann. Neurol. 2015. V. 77. № 5. P. 851.

Дополнительные файлы


© Е.В. Бирюкова, А.А. Кондур, С.В. Котов, Л.Г. Турбина, П.Д. Бобров, 2022