1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология человека
  4. T. 46, № 5, 2020

Физиология человека, 2020, T. 46, № 5, стр. 46-59

Физиологические особенности двигательной адаптации у детей с ограниченными возможностями здоровья

К. В. Давлетьярова 1, С. Д. Коршунов 1, С. Г. Кривощеков 4, Л. В. Капилевич 1, 2, 3, *

1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Томск, Россия

2 Национальный исследовательский Томский государственный университет
Томск, Россия

3 Сибирский государственный медицинский университет
Томск, Россия

4 ФГБНУ НИИ физиологии и фундаментальной медицины
Новосибирск, Россия

* E-mail: kapil@yandex.ru

Поступила в редакцию 15.05.2019
После доработки 01.08.2019
Принята к публикации 05.12.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Цель данного исследования – изучить физиологические особенности двигательной адаптации у детей с особыми возможностями здоровья, связанными с нарушениями функционирования опорно-двигательного аппарата и снижением подвижности в суставах верхних и нижних конечностей. В исследовании принимали участие 90 детей в возрасте от 8 до 12 лет, которые были разделены на 3 группы: дети, способные к самостоятельным локомоциям; дети, которые способны к самостоятельным локомоциям только с поддержкой; дети без ОВЗ. Исследования проводились методом электромиографии, реовазографии и методом Motion Tracking. Установили, что дети с ОВЗ имеют особый двигательный стереотип, связанный с ограничением подвижности суставов и основанный на функциональных компенсаторных механизмах. Кроме того, были определены факторы, влияющие непосредственно на процесс функциональной адаптации: во-первых, перестройка двигательных программ, т.е. создание особого двигательного стереотипа, позволяющего компенсировать наличие биомеханических изменений при ходьбе; во-вторых, функциональный резерв гемодинамики в проксимальных отделах нижних конечностей; в-третьих, одновременная активность мышц сгибателей и разгибателей при явлении гиперсинхронизации двигательных единиц. Таким образом, установили, что при ограничении подвижности в суставах верхних и нижних конечностей запускаются компенсаторные механизмы, направленные на функциональную компенсацию утраченных функций за счет создания особого двигательного стереотипа, необходимого для развития двигательной адаптации детей с ОВЗ. Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что именно на основе адаптационного подхода имеется реальная возможность обеспечения полноценной адаптации детей с ОВЗ, включения их во все сферы общественной жизни с преодолением как социальных, так и физических барьеров.

Ключевые слова: двигательная адаптация, локомоции, физиология движения, дети с ограниченными возможностями здоровья, ограничение подвижности опорно-двигательного аппарата.

В настоящее время кардинально изменился взгляд на проблему людей с особыми потребностями. Согласно законодательным актам РФ люди с особыми потребностями, или с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) рассматриваются как полноправные члены общества [1–4].

Тем не менее, в медико-физиологическом аспекте люди с ОВЗ по-прежнему расцениваются как пациенты, нуждающиеся в особой медицинской помощи, что становится существенным барьером на пути полноценной интеграции людей с ОВЗ в общество, особенно в детском возрасте [5–9].

Движение – это основная физиологическая составляющая нормального формирования и развития организма у детей. Благодаря ему развиваются все зоны коры больших полушарий мозга, координация межцентральных связей, коррекция и компенсация недостатков в физическом и психическом развитии, формируются двигательные взаимодействия анализаторных систем и познавательных процессов. Необходимым условием жизнеобеспечения организма, а также средством и методом поддержания его работоспособности является движение. Поэтому формирование у детей с ОВЗ двигательных навыков является основой процесса адаптации. При этом, необходимо, в первую очередь, мобилизировать собственные компенсаторные механизмы, основываясь на изучении физиологических особенностей двигательной адаптации у детей с ОВЗ [10, 11].

Любое движение (ходьба, бег и т.д.) имеет свой двигательный стереотип, который характеризуется устойчивым индивидуальным комплексом безусловно рефлекторных двигательных реакций, реализуемых в определенной последовательности в обеспечении позно-тонических функций.

Известно, что ходьба относится к числу баллистических движений, в которых для снижения действия мышечных сил используется сила инерции и реактивные силы [12]:

1) основную двигательную функцию при ходьбе выполняет группа мышц-разгибателей, за счет которых происходит подъем и продвижение вперед общего центра масс и далее контролирует его опускание;

2) мышцы-сгибатели имеют в основном коррекционную функцию, регулируя движения отдельных сегментов тела по амплитудно-скоростным параметрам, особенно в переносную фазу шага.

3) движения нижних и верхних конечностей являются результатом деятельности их собственных мышц, движения нижней половины туловища при ходьбе отражают силовое взаимодействие ног с поверхностью опоры; мышцы таза, спины, живота не создают эти движения, но, работая главным образом в уступающем режиме, определяют их амплитуду и скорость; основная задача этих мышц – стабилизация вертикальной позы и уменьшение колебаний общего центра масс. Таким образом, нижние конечности выполняют опорную функцию, позвоночник и мышцы туловища имеют стабилизационную функцию, а верхние конечности выполняют функцию поддержания равновесия [12, 13].

Известно, что интегративный подход в процессе социально-психологической адаптации детей с ОВЗ реализуется более успешно, чем в физиологической. Ряд авторов ищут решение данной проблемы с помощью нейрофизиологического подхода, рассматривая двигательную активность как метод социализации и психофизиологической адаптации [14–16]. При этом оценка эффективности такого подхода выполняется на основе теории функциональных систем.

Теория функциональных систем, разработанная П.К. Анохиным в результате проводимых им исследований компенсаторных приспособлений нарушенных функций организма, утверждает, что всякая компенсация нарушенных функций может иметь место только при мобилизации значительного числа физиологических компонентов, зачастую расположенных в различных отделах центральной нервной системы и рабочей периферии, тем не менее, всегда функционально объединенных на основе получения конечного приспособительного эффекта. Такое функциональное объединение различно локализованных структур и процессов, нацеленных на получение конечного (приспособительного) эффекта, было названо “функциональной системой”. Основой функциональной системы является приспособительный эффект, который определяет характер, перестройку эфферентных возбуждений и обратное афферентирование о результате промежуточного или конечного приспособительного эффекта [17–19].

Критерием успешной адаптации служит успешность интеграции ребенка с ОВЗ в социум за счет рационального использования имеющихся у него навыков и мобилизации компенсаторных механизмов, а не восстановление той или иной функции до уровня физиологической нормы.

Целью данного исследования было изучение физиологических особенностей двигательной адаптации у детей с особыми возможностями здоровья, связанными с ограниченной подвижностью.

МЕТОДИКА

В исследовании принимали участие 90 детей в возрасте от 8 до 12 лет (средний возраст 10.37 ± ± 1.74 лет), в том числе 54 мальчика и 36 девочек, которых разделили на 3 группы: 1) основная группа 1 – дети, способные к самостоятельным локомоциям (всего 30 детей, в том числе 19 мальчиков и 11 девочек); 2) основная группа 2 – дети, способные к локомоциям только с дополнительной поддержкой (всего 30 детей, в том числе 17 мальчиков и 13 девочек); 3) контрольная группа – 30 детей (18 мальчиков и 12 девочек) без ОВЗ.

Метод электромиографии (ЭМГ). Для регистрации биоэлектрических характеристик сокращения мышц нижних конечностей использовали многофункциональный компьютерный комплекс “Нейро–МВП–4” (Россия). Исследовали биоэлектрическую активность следующих мышц: медиальную головку икроножной мышцы (m. Gastrocnemmius caput mediale), латеральную широкую мышцу бедра (m. Vastus lateralis), двуглавую мышцу бедра (m. Biceps femoris), прямые мышцы спины справа и слева. Электроды накладывали согласно анатомическому расположению мышц. Использовали электроды с межэлектродным расстоянием 20 мм, представляющие собой металлические диски площадью 1 см2. Регистрацию осуществляли во время локомоторной нагрузки (ходьба по электрической беговой дорожке со скоростью 1 км/ч).

Для интерпретации полученных результатов ЭМГ наряду с классическим интерференционным анализом применяли турно-амплитудный анализ. Метод основан на количественном анализе сложности и интенсивности волн ЭМГ. Сложность турнов – это количество оборотов с измененным направлением сигналов в секунду больше, чем на 100 мкВ, подсчитанных за определенный период времени (200 мс). Интенсивность волн определяется как средняя амплитуда турнов [20, 21].

Метод реографии (РЭГ). Исследования кровотока нижних конечностей проводили с помощью реографа “Рео–Спектр” (НПО Нейрософт, Россия). Запись реограммы регистрировали в отведении “Бедро-голень” одновременно на левой и правой нижней конечности в состоянии покоя и после локомоторной нагрузки. Первый электрод накладывается в области верхней трети бедра. Второй электрод накладывается ниже коленной чашечки, под бугром большеберцовой кости на уровне минимального диаметра голени. Третий электрод накладывается в нижней части голени, на уровне наименьшего диаметра голени.

Регистрировали следующие показатели:

1) реографический индекс (РИ, у.е.), это отношение величины амплитуды РЭГ-волны к величине стандартного калибровочного сигнала. Обычно используется калибровочный сигнал 0.1 Ом; можно задавать и другие его значения – 0.05; 0.2; 0.5 Ом. Отражает состояние объемного кровенаполнения магистральных артерий исследуемого органа или его участка [22];

РИ = А/К, где А – амплитуда, К – амплитуда калибровочного сигнала;

2) амплитудно-частотный показатель (АЧП); отношение реографического индекса (РИ) к длительности сердечного цикла R–R. РИ/R–R характеризует величину объемного кровотока в исследуемой области в единицу времени.

3) максимальную скорость быстрого наполнения (Vмакс, Ом/с), период или время быстрого наполнения – от начала подъема систолической волны реограммы до точки максимальной крутизны на ее восходящем участке, показатель отражает величину ударного объема и функциональное состояние крупных сосудов;

4) среднюю скорость медленного наполнения (Vср, Ом/с) – период или время медленного наполнения – от точки максимальной крутизны на восходящем участке реограммы до ее вершины, показатель отражает функциональное состояние сосудов среднего и мелкого калибра;

5) диастолический индекс (ДИА) – отношение величины амплитуды на уровне дикротичеcкого зубца к максимальной амплитуде РЭГ-волны. ДИ = H3/H1 × 100%, где Н3 – амплитуда на уровне дикротического зубца, H1 – амплитуда РЭГ-волны. Этот показатель отражает состояние оттока крови из артерий в венулы и характеризует тонус вен. В норме ДИА равен 75%. Повышение его свидетельствует о затруднении венозного оттока, уменьшение показателя – о венозном застое.

6) дикротический индекс (ДИК) рассчитывается как отношение величины амплитуды РЭГ-волны на уровне инцизуры к максимальной амплитуде волны: H2/H1 × 100%, где H2 – амплитуда дикроты, H1 – амплитуда волны. В норме 40–70%. Повышение дикротического индекса более 70% характеризует повышение периферического сосудистого сопротивления. Таким образом, ДИК характеризует тонус артерий.

7) показатель венозного оттока (ПВО). Отражает состояние оттока крови из данной области в сердце, которое в значительной степени определяется тонусом венозного русла исследуемой области.

${\text{BO}} = {{Vye} \mathord{\left/ {\vphantom {{Vye} {Vb}}} \right. \kern-0em} {Vb}}$

Vye (Ом/с) – средняя скорость убывания реограммы на последней четверти периода.

Vb (Ом/с) – средняя скорость систолического нарастания венозной компоненты [22–24].

Метод отслеживания движения. Биомеханические параметры локомоций исследовали методом Motion Tracking, который представляет собой фотосъемку движений цифровой высокоскоростной камерой с покадровым компьютерным анализом изображений. Запись осуществляли с помощью видеокамеры Vision Research Phantom Mire eX2 с частотой 250 кадров в секунду. Детям в качестве тестовых упражнений предлагали выполнить 3 разновидности ходьбы на двух ногах на электрической беговой дорожке: ходьбу по горизонтальной поверхности; при спуске (8 град); при подъеме (8 град). Программный модуль Tracker 1.1 позволяет создать модель исследования биомеханической системы, построить проекты изучения двигательных актов конкретных испытуемых с анализом линейных и угловых кинематических профилей, и их производных.

Методы математической статистики. Анализ данных проводили при помощи программы Statistica 6.0 for Windows (Statsoft, Россия). Полученные данные были представлены в виде “среднее ± ± ошибка среднего” (X ± m). Для определения характера распределения полученных данных использовали критерий Колмогорова–Смирнова. Гипотезу о принадлежности сравниваемых независимых выборок к одной и той же генеральной совокупности или к совокупностям с одинаковыми параметрами проверяли с помощью рангового U-критерия Манна–Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ ориентации звеньев тела, их местоположения в пространстве и отношения к опоре. На рис. 1 представлены угловые скорости в коленном суставе. В основной группе (ходьба с поддержкой) происходило ослабление способности ЦНС координировать движение мышц-антагонистов. Сгибательно-приводящая позиция нижних конечностей на протяжении локомоторного цикла прослеживается и в основной группе (ходьба самостоятельно), что отражается в преимущественно согнутой позиции ноги.

Рис. 1.

Значения угловых скоростей в коленном (А) и тазобедренном (Б) суставе при ходьбе. По оси X – фазы шага, по оси Y – угловое ускорение, град/с. а – основная группа, ходьба с поддержкой, б – основная группа, ходьба самостоятельно, в – контрольная группа. 1 – в подъем, 2 – горизонтальная поверхность, 3 – спуск, * – достоверность различий с контрольной группой (p < 0.05).

Ограничение движений в тазобедренном суставе наряду с увеличением раскачиваний туловища, ослабление активности в фазе переноса ноги и ее резкое усиление в четвертой фазе – являются основными отличительными особенностями динамического стереотипа локомоций в основной группе (ходьба самостоятельно). Основное смещение вперед происходило в четвертой фазе шага и сопровождалось некоторым подъемом вверх (рис. 1).

Локомоция верхних конечностей имеет однотипные сдвиги фазовых характеристик нормальной и патологической ходьбы детей с ОВЗ (ходьба с поддержкой): относительное уменьшение длительности опорного периода и соответствующее увеличение продолжительности переносного периода.

Редукция амплитуды угловых ускорений во всех суставах ноги, и особенно в коленном и тазобедренном суставах, в контрольной группе имеет четыре экстремума. Два соответствуют начальному (3224.92 мм/с2) и конечному опорному периоду (3949.83 мм/с2), а два – во время переката стопы (3859.64 мм/с2) и в первой половине переносного периода (–10 486.54 мм/с2). При ходьбе основной группы (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) эти экстремумы сохраняются, однако все значения выше. Угловые ускорения в тазобедренном суставе в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) во всех трех положениях сохраняют значения выше в сравнении с контрольной группой.

Плечевой пояс двигается в противофазе в обеих основных группах относительно контрольной группы. Вся кривая практически перемещена в область отрицательных значений, что означает закрепощенность верхнего плечевого пояса.

На рис. 2 представлена динамика скорости движения коленного сустава в горизонтальной плоскости при ходьбе. Скорость движения коленного сустава в горизонтальной плоскости у контрольной группы на всем протяжении двигательного цикла монотонно возрастает. В основных группах со второй фазы она существенно снижается до фазы 3, а в фазы 4–5.1 – возрастает.

Рис. 2.

Значения скоростей движения коленного сустава в горизонтальной плоскости (А) и локтевого сустава в вертикальной плоскости (Б) при ходьбе. По оси X – фазы шага, по оси Y – скорость, мм/с. Остальные обозначения см. рис. 1.

Скорость движения голеностопного сустава в вертикальной плоскости, начиная с первой фазы движения и до последнего цикла локомоции, постоянно понижалась. Однако в вертикальной плоскости движение коленного сустава в основной группе (ходьба с поддержкой) отличалось принципиально. У детей с ОВЗ движение колена вверх запаздывало, во второй половине шага совершалось 2–3 колебательных движения вверх–вниз.

Существенные различия между группами были выявлены при исследовании скорости движения плечевого сустава в вертикальной плоскости при локомоции в подъем и по ровной поверхности. В основной группе (ходьба с поддержкой) при локомоции в подъем минимальное значение скорости достигалось в первой фазе (–800 мм/с) (p < 0.05), а максимальное – в фазе 6 (200 мм/с) (p < 0.05). Динамика скорости движения локтевого сустава при движении в основной группе детей (ходьба самостоятельно) имела синусоидальную форму при минимальных значениях в четвертой и 5.1 фазах, причем значения скорости в течение всего цикла ходьбы в контрольной группе были достоверно выше, чем у детей основной группы (ходьба самостоятельно) (рис. 2).

Динамики ускорения движения в голеностопном суставе в горизонтальной плоскости при ходьбе в основной группе (ходьба с поддержкой) по ровной поверхности имеет два экстремальных значения. Первое соответствуют сгибанию в суставе в начале шага (30 414.63 мм/с2) (p < 0.05), а второе сгибанию во время переката стопы (29 294.44 мм/с2) (p < 0.05).

Кривая динамики ускорения коленного сустава при ходьбе в контрольной группе состоит из двух волн с малой и большой амплитудой с экстремальными значениями (–7.46 мм/с2) и (5237.94 мм/с2). Вращательные движения таза являются важной составляющей частью механизма перемещения всего тела с одной ноги на другую и механизма, обеспечивающего перенос нижней конечности при ходьбе.

Значительные различия были выявлены при исследовании ускорения плечевого сустава в горизонтальной плоскости. Так, в основной группе детей (ходьба самостоятельно) при ходьбе во всех трех положениях минимальные значение ускорения регистрировались в четвертой фазе, максимальные – в 5.2. Таким образом, в основных группах в начальной фазе ходьбы ускорение уменьшается, а в заключительных фазах возрастает.

Исследование ускорения движений суставов в вертикальной плоскости при ходьбе показало, что у детей с ОВЗ (ходьба самостоятельно) в голеностопном суставе ускорение на всем протяжении шага находится в области положительных значений. Преобладают высокие значения в фазу отталкивания (27 442.43 мм/с2) (p < 0.05) и фазу амортизации (56 412.51 мм/с2) (p < 0.05) локомоторного цикла. В основной группе (ходьба с поддержкой) преобладают низкие величины ускорения в фазе переката стопы (–50 643.43 мм/с2) (p < < 0.05).

У детей с ОВЗ (ходьба самостоятельно) в тазобедренном суставе в фазе переноса ноги и переката ступни величины ускорений находятся в противофазе со значениями контрольной группы, что компенсирует увеличение раскачивания туловища.

Анализ биоэлектрической активности мышц спины и нижних конечностей. Характеристики интерференционной ЭМГ тестируемых мышц у детей с ОВЗ, передвигающихся самостоятельно и с поддержкой, существенно различаются.

У детей основной группы (ходьба самостоятельно), со стороны икроножной мышцы, наблюдали снижение максимальной амплитуды осцилляций (2825 ± 389 мкВ) (p < 0.05) слева и справа (3636 ± 567 мкВ) (p < 0.05) и увеличение средней амплитуды осцилляций (844 ± 164 мкВ) (p < 0.05) слева и справа (869 ± 150 мкВ) (p < 0.05).

Суммарная амплитуда так же несколько выше в основной группе (268 ± 44 мВ/с) (p < 0.05) слева и справа (267 ± 44 мВ/с) (p < 0.05), тогда как частота осцилляций заметно ниже (652 ± 98 Гц) (p < < 0.05) с обеих сторон (285 ± 40 Гц) (p < 0.05). В итоге мы наблюдали существенный прирост амплитудно-частотного показателя (20 ± 3.5 мкВ Ч с) (p < 0.05) слева и справа (77.3 ± ± 15 мкВ Ч с) (p < 0.05) у детей с ОВЗ. У детей, передвигающихся только с поддержкой, изменения биоэлектрической активности икроножной мышцы носит, во многом, противоположный характер: отмечается незначительные разнонаправленные изменения амплитуды в сочетании с существенным увеличением частоты осцилляций и существенное снижение амплитудно-частотного показателя в сравнении с контрольной группой.

Со стороны латеральной широкой мышцы бедра (разгибатель коленного сустава) изменения во многом сходные, но менее выраженные. В основной группе (ходьба самостоятельно) отмечено снижение частоты осцилляций (18.9 ± 3.3 мкВ Ч с – слева) (p < 0.05) относительно контрольной группы (54.0 ± 7.4 мкВ Ч с – слева) в сочетании с возрастанием амплитуды (10610 ± 887 мкВ – слева) (p < 0.05) в основной группе (ходьба самостоятельно) в сравнении с контролем (5367 ± 612 мкВ – слева). Со стороны двуглавой мышцы бедра (задняя группа мышц) частота ЭМГ несколько снижалась в основных группах (4.9 ± 0.2 мкВ Ч с – ходьба с поддержкой) (p < 0.05), (79.3 ± 7.1 мкВ Ч с – ходьба самостоятельно) (p < 0.05) относительно контрольной группы (210.9 ± 25 мкВ Ч с).

Характеристики биоэлектрической активности прямых мышц спины у детей с ОВЗ в значительной степени отличались от контрольной группы. В обеих группах детей с ОВЗ наблюдали увеличение максимальной (13002 ± 1420 мкВ – ходьба с поддержкой (p < 0.05); 9180 ± 990 мкВ – ходьба самостоятельно (p < 0.05)) и суммарной (570 ± 69 мВ/с – ходьба с поддержкой (p < 0.05); 885 ± 95 мВ/с – ходьба самостоятельно (p < 0.05)) амплитуды осцилляций. Средняя амплитуда была выше контрольных значений (227 ± 25 мкВ) только в группе детей, способных ходить самостоятельно (1347 ± 175 мкВ) (p < 0.05). Средняя частота значительно снижалась в основной группе (ходьба самостоятельно) (1154 ± 142 Гц) (p < 0.05) и возрастала в основной группе детей (ходьба с поддержкой) (6524 ± 750 Гц) (p < 0.05). Амплитудно-частотный показатель снижался в обеих группах, но в группе перемещающихся самостоятельно – значительно в меньшей степени (табл. 1).

Таблица 1.  

Параметры биоэлектрической активности мышц у детей с ОВЗ перемещающихся самостоятельно, с опорой и у контрольной группы при ходьбе (М ± m)

Мышцы Максимальная амплитуда, мкВ Средняя амплитуда, мкВ Средняя частота, 1/с
основная группа
с опорой 		основная группа
без опоры 		контрольная группа основная группа
с опорой 		основная группа
без опоры 		контрольная группа основная группа
с опорой 		основная группа
без опоры 		контрольная группа
Икроножная мышца (медиальная головка) Левая нога 11 803 ± 1005* 2885 ± 389* 10 089 ± 977 184 ± 35* 844 ± 164* 405 ± 57 4725 ± 630* 652 ± 98* 1275 ± 100
Правая нога 10 300 ± 1115* 3636 ± 567* 7129 ± 913 447 ± 84* 869 ± 150* 238 ± 32 2165 ± 380* 285 ± 40* 1254 ± 97
Латеральная широкая мышца бедра Левая нога 2176 ± 402* 10 610 ± 887* 5367 ± 612 173 ± 28 799 ± 145* 229 ± 28 4722 ± 720* 1025 ± 115* 2664 ± 180
Правая нога 4005 ± 565 11 314 ± 1300* 3162 ± 420 481 ± 70 373 ± 65 341 ± 55 4482 ± 490* 1412 ± 230 1167 ± 247
Двуглавая мышца бедра Левая нога 1205 ± 120* 2258 ± 370* 2824 ± 355 348 = 42* 400 ± 77 403 ± 62 308 ± 62* 634 ± 79* 1112 ± 135
Правая нога 1205 ± 190* 2949 ± 370* 1964 ± 220 348 ± 45 343 ± 40 336 ± 42 308 ± 48* 248 ± 25* 47 ± 4
Прямые мышцы спины Левая нога 13 002 ± 1420* 9180 ± 990* 5147 ± 778 341 ± 45 1347 ± 175* 162 ± 25 6524 ± 750* 1154 ± 142* 4647 ± 620
Правая нога 5521 ± 620 7362 ± 750* 4687 ± 510 175 ± 20 1486 ± 160* 227 ± 25 4011 ± 420* 2237 ± 255* 3026 ± 340

Примечание: * – достоверность различий с контрольной группой (p < 0.05).

Особенно наглядными оказались результаты турно-амплитудного анализа. В контрольной группе точки турно-амплитудного анализа на всех группах мышц визуально находятся ближе к центру и чуть смещены вниз относительно биссектрисы угла нулевой отметки. У детей с ОВЗ распределение точек турно-амплитудного анализа икроножной мышцы значительно отличалось от контроля. У детей, перемещающихся только с поддержкой они смещались горизонтально вправо, а у способных к самостоятельной ходьбе – вертикально вверх (рис. 3).

Рис. 3.

Диаграммы турно-амплитудного анализа электромиограмм медиальной головки икроножной мышцы (А) и латеральной широкой мышцы бедра (Б). По оси X – частота турнов, 1/с, по оси Y – амплитуда турнов, мкВ. Остальные обозначения см. рис. 1.

На латеральной широкой мышце бедра точки распределялись вправо, образуя ряд в обеих основных группах. ЭМГ прямых мышц спины характеризовалась значительным смещением точек горизонтально вправо в группе детей, перемещающихся с поддержкой. У детей, перемещающихся самостоятельно, точки турнов формировали две группы, одна из которых смещалась вправо горизонтально, а вторая – вправо и вверх.

Показатели гемодинамики нижних конечностей при локомоторных нагрузках. В табл. 2 представлены результаты исследовании показателей кровотока нижних конечностей у детей с ОВЗ и контрольной группы в покое и после физической нагрузки.

Таблица 2.  

Реографические показатели регионарного кровотока в нижних конечностях (бедро и голень) (Х ± m)

Показатели РИ ДИК ДИА ПВО, %
основная группа
с опорой		 основная группа
без опоры		 контрольная группа основная группа
с опорой		 основная группа
без опоры		 контрольная группа основная группа
с опорой		 основная группа
без опоры		 контрольная группа основная группа
с опорой		 основная группа
без опоры		 контрольная группа
Бедро Левое до нагрузки 1.82 ± ± 0.09* 1.84 ± ± 0.09* 0.56 ± ± 0.02 60 ± ± 3.4 60.08 ± ± 3.4 64.5 ± ± 2.5 63.9 ± ± 5.3 64.9 ± ± 5.3 72.4 ± ± 7.2 16 ± ± 1.5* 16.6 ± ± 1.5* 40.7 ± ± 2.8
Левое после нагрузки 0.64 ± ± 0.1*# 0.66 ± ± 0.1*# 0.48 ± ± 0.03 38 ± ± 2.7*# 38.6 ± ± 2.7*# 63.9 ± ± 3.8 100.4 ± ± 11.7*# 102.4 ± ± 11.7*# 191.1 ± ± 15.8# 14.1 ± ± 1.3* 14.8 ± ± 1.3* 17.88 ± ± 1.7#
Правое до нагрузки 0.42 ± ± 0.06 0.4 ± ± 0.06 0.48 ± ± 0.05 66.85 ± ± 5.1* 66.8 ± ± 5.1* 110.9 ± ± 9.2 62.9 ± ± 2.1* 64.9 ± ± 2.1* 107.6 ± ± 9.7 28 ± ± 0.4* 26 ± ± 0.4* 22 ± ± 2.4
Правое после нагрузки 1.1 ± ± 0.02*# 1 ± ± 0.02*# 0.7 ± ± 0.01# 62 ± ± 6.3* 62.5 ± ± 6.3* 48.9 ± ± 5.4# 69.1 ± ± 2.5 70.1 ± ± 2.5 72.6 ± ± 6.8# 35.4 ± ± 2.2*# 37.4 ± ± 2.2*# 29.1 ± ± 2.8v
Голень Левое до нагрузки 0.5 ± ± 0.05 0.58 ± ± 0.05 0.52 ± ± 0.03 80.3 ± ± 7.5* 80.6 ± ± 7.5* 31.4 ± ± 3.7 90.7 ± ± 6.4 93.7 ± ± 6.4 88.1 ± ± 7.2 16.6 ± ± 2.5* 17.6 ± ± 2.5* 24.3 ± ± 2.5
Левое после нагрузки 0.4 ± ± 0.02*# 0.48 ± ± 0.02*# 0.7 ± ± 0.02# 14 ± ± 2.4*# 14.2 ± ± 2.4*# 59.6 ± ± 4.2# 70.7 ± ± 5.8*# 73.7 ± ± 5.8*# 56.4 ± ± 5.5# 5 ± ± 1.2*# 7 ± ± 1.2*# 31.8 ± ± 3.1#
Правое до нагрузки 0.4 ± ± 0.14 0.45 ± ± 0.14 0.44 ± ± 0.03 52.1 ± ± 3.1* 52.7 ± ± 3.1* 34.3 ± ± 2.8 35.6 ± ± 3.1* 37.6 ± ± 3.1* 47.8 ± ± 3.8 17.2 ± ± 1.8* 19 ± ± 1.8* 31.5 ± ± 2.9
Правое после нагрузки 0.6 ± ± 0.14* 0.62 ± ± 0.14* 1.09 ± ± 0.05# 82.1 ± ± 6.5*# 81.8 ± ± 6.5*# 20.9 ± ± 2.2# 34.1 ± ± 2.9*# 36.1 ± ± 2.9*# 26 ± ± 3.1# 10.2 ± ± 1.5# 11.2 ± ± 1.5# 15.6 ± ± 1.8#

Примечание: * – достоверность различий между группами; # – достоверность изменений после нагрузки (p < 0.05).

Пульсовое кровенаполнение до нагрузки было повышено в левом бедре в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) (1.84 ± 0.09) (p < 0.05) и умеренно снижено в правом бедре (0.4 ± 0.06) (p < 0.05). После локомоторной нагрузки пульсовое кровенаполнение в основной группе возрастало в правом (1 ± 0.02) (p < < 0.05) и левом бедре (0.66 ± 0.01) (p < 0.05) сильнее, чем в контрольной группе – (0.7 ± 0.01) и (0.48 ± 0.03) соответственно. В контрольной группе после выполнения физической нагрузки заметно усилилось кровенаполнение в обеих голенях слева (0.7 ± 0.02) и справа (1.09 ± 0.05), тогда как в основной группе данный показатель снижался слева (0.48 ± 0.02) (p < 0.05) и справа (0.62 ± 0.14) (p < 0.05). Полученные результаты свидетельствуют о том, что у детей основной группы физическая нагрузка вызывает усиление пульсового кровенаполнения преимущественно в области бедер, тогда как в контрольной группе – в области голеней.

Для оценки периферического сосудистого сопротивления определяли диастолический дикротический индекс (ДИК) в покое в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) в области левого (60.08 ± 3.4) (p < 0.05) и правого (66.8 ± 5.1) (p < 0.05) бедер было умерено снижено относительно контрольной группы (слева (64.5 ± 2.5) и справа (110.9 ± 9.2) соответственно). В области левой (80.6 ± 7.5) (p < 0.05) и правой (52.7 ± 3.1) (p < 0.05) голени было умерено выше контроля слева (31.4 ± 3.7) и справа (34.3 ± ± 2.8) соответственно. После нагрузки в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) величина ДИК снижалась в области левого (38.6 ± 2.7) (p < 0.05) и правого бедер (62.5 ± 6.3) (p < 0.05). После нагрузки в контрольной группе величина ДИК снижалась в области правой голени (20.9 ± 2.2), тогда как в основной группе отмечалось значительное возрастание данного показателя (81.8 ± 6.5) (p < 0.05).

Диастолический индекс (ДИА) и показатель венозного оттока (ПВО) характеризуют состояние венозного отдела. В покое ДИА и ПВО значительно снижены в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) в левой (64.9 ± ± 5.3) (p < 0.05) и правой (64.9 ± 2.1) (p < 0.05) конечностях в сравнении с контрольной группой (слева (72.4 ± 7.2) и справа (72.6 ± 6.8) соответственно). После пробы с локомоторной нагрузкой показатели ДИА в обеих группах увеличиваются в области бедер, при этом в основной группе (ходьба с поддержкой и ходьба самостоятельно) величина венозного оттока остается достоверно выше. В области голеней затруднение венозного оттока регистрируется после нагрузки как в контрольной группе слева (31.8 ± 3.1) и справа (15.6 ± ± 1.8), так и в основной группе слева (7 ± 1.2) (p < 0.05) и справа (11.2 ± 1.5) (p < 0.05).

Полученные результаты позволяют выделить основные отличия в построении динамического стереотипа ходьбы у детей с ОВЗ. Прежде всего, к ним относятся задержка перемещения общего центра тяжести (ОЦТ) вперед (оно происходит во второй половине шага) и дезорганизация движений нижних конечностей (особенно колена) в вертикальной плоскости. Преобладающая сгибательно – приводящая позиция нижних конечностей на протяжении локомоторного цикла, связанная с ограничением движений в тазобедренном суставе, компенсируется увеличением раскачиваний туловища, ослаблением активности в фазе заднего толчка и ее резким усилением в четвертой фазе. Изменения структуры движения плечевого пояса и верхних конечностей можно рассматривать как компенсаторные: вертикальные перемещения плеча подстраиваются под движения ОЦТ, оставаясь в противофазе к последним. Происходит рассогласование движений локтя и запястья – они так же перемещаются в противофазе.

По данным ЭМГ-анализа у детей с ОВЗ основными отличиями динамического стереотипа ходьбы являются следующие:

1) наиболее значительные изменения в биоэлектрической активности икроножных мышц. При этом у детей, способных к самостоятельным локомоциям, наблюдали явление гиперсинхронизации – значительное возрастание амплитуды осцилляций в сочетании со снижением частоты. “Облако” турнов смещается вверх, что свидетельствует о вовлечении центральных компенсаторных механизмов. У детей, передвигающихся только с опорой, синхронизация отсутствует – напротив, амплитуда осцилляций снижается, а частота значительно возрастает. “Облако” турнов смещается вправо, что свидетельствует о преобладании миогенных механизмов регуляции;

2) в обеих основных группах наблюдается избыточная активность прямых мышц спины в сравнении с контрольной группой. При этом у детей, способных ходить самостоятельно, наблюдали явление синхронизации (снижение частоты при возрастании амплитуды и смещение одного из “облаков” турнов вверх). В группе детей, перемещающихся только с поддержкой, избыточная активность данной группы мышц не сопровождалась синхронизацией (частота осцилляций увеличивалась), облако турнов смещалось горизонтально вправо;

3) активность задней группы мышц бедра несколько снижалась в обеих основных группах детей, активность передней группы мышц бедра возрастала в обеих группах, при этом у детей, способных к самостоятельным перемещениям – в большей степени.

При ходьбе у детей с ОВЗ одновременная активность мышц-разгибателей и сгибателей выступает не как эпизодическое явление, а как основная особенность управления локомоцией, являясь одновременно проявлением патологических расстройств и компенсаторным механизмом. Динамический стереотип ходьбы у детей с ОВЗ отличается избыточным вовлечением в локомоции икроножных мышц и прямых мышц спины, при этом центральные механизмы гиперсинхронизации активности двигательных единиц (ДЕ) являются основным адаптационным механизмом в группе детей, способных к самостоятельным локомоциям. Можно предположить, что в реабилитационный комплекс целесообразно включать упражнения, направленные на тренировку данных групп мышц.

У детей с ОВЗ наблюдается дисфункция периферического звена системы кровообращения в нижних конечностях. В состоянии покоя она выражена преимущественно на уровне бедер и проявляется усилением пульсового кровенаполнения и объемного кровотока и их асимметрией в сочетании со снижением венозного оттока. После локомоторной нагрузки в основной группе усиление пульсового кровенаполнения и объемного кровотока, а также скорости кровотока наблюдается преимущественно в области бедер, тогда как в контрольной группе – в области голеней. У детей с ОВЗ так же значительно выражено затруднение венозного оттока на фоне локомоций. Таким образом, для детей с ОВЗ, характерно преимущественно снижение вегетативного обеспечения дистальных отделов конечностей, тогда как в проксимальных отделах сохраняется определенный функциональный резерв. Это позволяет рекомендовать при формировании адаптивных стереотипов локомоций преимущественно нагружать мышцы бедер и разгружать мышцы голеней.

На рис. 4 представлена схема, отражающая структуру процесса двигательной адаптации детей с ОВЗ. Исходным звеном обстановочной афферентации, обуславливающим потребность в адаптации, является ограничение подвижности, а основным фактором мотивации, конечной целью процесса адаптации – максимальное восстановление подвижности.

Рис. 4.

Схема взаимодействия факторов ограничения подвижности, компенсаторных факторов и факторов функциональной адаптации у детей с ОВЗ. На схеме представлены выявленные у детей с ОВЗ факторы ограничения подвижности (левый столбец), а также компенсаторные механизмы, на основе которых формируется новый двигательный стереотип. Стрелками показаны предполагаемые связи между группами факторов и компенсаторными механизмами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Было выделено пять факторов ограничения подвижности у детей с ОВЗ, каждый из которых запускает один или несколько компенсаторных механизмов, на основе которых формируется новый двигательный стереотип (рис. 4).

Основными факторами, ограничивающими подвижность суставов, являются сгибательно-приводящая позиция бедра с одновременной дезорганизацией движения голени и верхних конечностей при замедленном смещении ОЦТ. При этом одновременно запускается комплекс механизмов функциональной адаптации, которые обеспечивают возможность реализации упомянутых компенсаторных механизмов. Они связаны как с вегетативным, так и с регуляторным обеспечением новых двигательных программ. По результатам исследования был выявлен особый двигательный стереотип ходьбы детей с ОВЗ, основанный на вовлечении компенсаторных механизмов. Было показано, что при ходьбе, в первую очередь, вовлекаются икроножные мышцы, происходит раскачивание туловища из-за изменения биомеханических законов при ходьбе у детей с ОВЗ. Кроме того, одним из компенсаторных механизмов является рассогласованность движений локтя и запястья при вертикальном перемещении плеча.

Исходя из вышесказанного, можно выделить ряд факторов, влияющих непосредственно на процесс функциональной адаптации: во-первых, перестройка двигательных программ, т.е. создание особого двигательного стереотипа, позволяющего компенсировать наличие биомеханических изменений при ходьбе; во-вторых, функциональный резерв гемодинамики в проксимальных отделах нижних конечностей; в-третьих, одновременная активность мышц сгибателей и разгибателей при явлении гиперсинхронизации двигательных единиц. В итоге взаимодействия трех названных групп факторов (ограничивающих, компенсаторных и функциональной адаптации) достигается полезный результат: частичная или полная двигательная адаптация.

Все изложенное позволяет утверждать, что именно на основе физиологического подхода имеется реальная возможность обеспечения полноценной адаптации детей с ОВЗ, включения их во все сферы общественной жизни с преодолением как социальных, так и физических барьеров.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены локальным биоэтическим комитетом Национального исследовательского Томского политехнического университета (Томск).

Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.

Список литературы

  1. Алехина С.В. Принципы инклюзии в контексте изменений образовательной практики // Психологическая наука и образование. 2014. № 1. С. 5.

  2. Ситаров В.А. Проблема социальной адаптации детей с ограниченными возможностями развития в образовательной сфере // Знание. Понимание. Умение. 2013. № 3. С. 243.

  3. Мартынова Е.А. К вопросу о внедрении инклюзии в образовательных организациях профессионального образования – проблемы кадрового обеспечения // Достижения вузовской науки. 2015. № 16. С. 27.

  4. Беленкова Л.Ю. Инновационные подходы к образованию детей с ограниченными возможностями здоровья: от интеграции к инклюзии // Интеграция образования. 2011. № 1(62). С. 59.

  5. Халимова Н.М., Найданова О.С. Особенности социальной адаптации детей с ограниченными возможностями здоровья в условиях инклюзивного образования // Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2014. Т. 29. № 3. С. 30.

  6. Stepaniuk I. Inclusive education in Eastern European countries: a current state and future directions // Int. J. Inclusive Educ. 2019. V. 23. № 3. P. 328.

  7. Wayne V. Hope, disability and inclusive participation in education // Int. J. Inclusive Educ. 2014. V. 18. № 2. P. 177.

  8. Angelova A.A., Levan T.N., Mantarova A.I. Professional development of teachers in the field of inclusive education in school (the experience of Russia and Bulgaria) // Образование и наука. 2016. V. 135. № 6. P. 138.

  9. Valeeva R., Kulesza E. Education for Persons with Special Needs: Polish and Russian Experience // Int. J. Env. Sci. Educ. 2016. V. 11. № 7. P. 1619.

  10. Баланев Д.Ю., Капилевич Л.В., Шилько В.Г. Перспективы применения методов мониторинга двигательной активности человека в спорте // Теория и практика физической культуры. 2015. № 1. С. 58.

  11. Korshunov S.D., Davlet’yarova K.V., Kapilevich L.V. [Biomechanical principles physical rehabilitation of children with cerebral palsy] // Bulletin of Siberian Medicine. 2016. V. 15. № 3. P. 55.

  12. Витензон А.С., Петрушанская К.А. К фазовому анализу ходьбы и некоторых ритмических движений человека // Российский журнал биомеханики. 2005. Т. 9. № 1. С. 19.

  13. Витензон А.С., Петрушанская К.А., Гриценко Г.П. и др. Биомеханическое и нейрофизиологическое обоснование применения фазовой электрической стимуляции мышц у детей с гемипаретической формой детского церебрального паралича // Российский журнал биомеханики. 2016. Т. 20. № 2. С. 150.

  14. Hegarty A.K., Kurz M.J., Stuberg W., Silverman A.K. Strength Training Effects on Muscle Forces and Contributions to Whole-Body Movement in Cerebral Palsy // J. Mot. Behav. 2018. V. 51. № 5. P. 496.

  15. Ross S.M., Case L., Leung W. Aligning physical activity measures with the international classification of functioning, disability and health framework for childhood disability // Quest. 2016. V. 68. № 4. P. 521.

  16. Capio C.M., Sit C.H.P., Eguia K.F. et al. Fundamental movement skills training to promote physical activity in children with and without disability: a pilot study // J. Sport Health Sci. 2014. V. 4. № 3. P. 235.

  17. Anokhin P.K. Biology and neurophysiology of the conditioned reflex and its role in adaptive behavior. Oxford: Pergamon Press, 1974. 574 p.

  18. Vityaev E.E., Demin A.V. Cognitive architecture based on the functional systems theory // Procedia Computer Science. 2018. № 145. P. 623.

  19. Анохин П.К. Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М.: Медицина, 1968. 546 с.

  20. Hamada M., Nagashima H., Hashizume H. et al. Diagnostic value of turns-amplitude analysis in neuromuscular disease // J. Orthop. Sci. 1997. V. 2. № 5. P. 283.

  21. Itza F., Zarza D., Salinas J. et al. Turn-amplitude analysis as a diagnostic test for myofascial syndrome in patients with chronic pelvic pain // Pain Res. Manag. 2015. V. 20. № 2. P. 96.

  22. Гаранин А.А., Рябов А.Е. Новое в биомеханике большого круга кровообращения // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. № 3. С. 345.

  23. Мавлиев Ф.А., Назаренко А.С., Коновалова Л.А. Прогностическая значимость показателей центральной реографии для оценки физической подготовленности и работоспособности // Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. 2016. № 4(134). С. 156.

  24. Гаранин А.А., Рябов А.Е., Фатенкова О.В. Динамика биомеханических показателей сосудистого русла у мужчин и женщин разных возрастных групп // Российский журнал биомеханики. 2014. Т. 18. № 1. С. 119.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология человека

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал