Экзоскелеты в реабилитации: как они помогают восстановлению

Роботизированные экзоскелеты используются в реабилитации людей после инсульта и травм.

После инсульта

Экзоскелеты позволяют работать над восстановлением функций нижних и верхних конечностей. Так, с помощью робота можно многократно отрабатывать сложные циклы ходьбы — с частичной поддержкой веса тела и без неё. Другими словами, экзоскелеты могут помочь восстановить походку — благодаря многократным повторениям для восстановления нейронных связей.

Кокрейновский обзор, показал, что роботизированная тренировка походки в сочетании с физиотерапией увеличивает шансы обрести самостоятельность при ходьбе у пациентов после инсульта. Но при последующем наблюдении не было выявлено различий в скорости и выносливости по сравнению с пациентами, проходившими традиционное лечение.

Также учёные провели несколько клинических исследований, чтобы выяснить, помогает ли роботизированная терапия улучшить движения рук. Результаты оказались разными, поэтому пока нельзя однозначно сказать, насколько терапия эффективна. При этом в нескольких исследованиях всё же показано, что такие тренировки могут улучшать силу и координацию движений — например, способность тянуть, толкать и удерживать предметы.

При травмах позвоночника

Экзоскелеты помогают людям с травмой спинного мозга ходить дома или на улице. Они позволяют передвигаться безопасно, даже при низком уровне физической активности. Часто они удобнее традиционных ортезов.

Для пациентов с частичным повреждением спинного мозга, то есть неполным параличом, экзоскелеты могут улучшать показатели ходьбы и повышать уровень самостоятельности. В плане скорости ходьбы разницы с контрольными группами нет, но экзоскелеты могут увеличивать пройденную дистанцию.

Для рук и плечевого пояса экзоскелеты тоже применяются, но исследований пока мало. Они показывают, что такие устройства безопасны и потенциально полезны, но пока не доказано, насколько они действительно эффективны.

В целом, результаты исследований противоречивы: разные устройства, разные протоколы занятий, небольшие выборки. Из-за этого пока нельзя точно сказать, насколько экзоскелеты лучше традиционной реабилитации. Но они точно могут её дополнять — особенно если начать восстановление как можно скорее, делать это регулярно и под наблюдением специалистов.

Экзоскелеты имеют преимущества и ограничения с точки зрения дизайна, клинической эффективности и состояния здоровья пациента. Начнем с преимуществ:

• помогают сократить время в сидячем положении и увеличить подвижность, а значит, улучшить общее состояние здоровья, например, работу сердечно-сосудистой системы и ЖКТ;
• уменьшить риски, связанные с малоподвижностью, например, помогают контролировать массу тела и появление пролежней, уменьшить риск тромбоза;
• некоторые устройства разработаны так, чтобы их можно было надевать прямо из инвалидного кресла — это снижает риск падения и экономит время;
• при регулярных тренировках пациенты учатся переносить вес и переступать, что со временем может увеличить скорость передвижения и улучшить походку.

Исследования подтверждают, что тренировки с экзоскелетами безопасны, даже для людей с тяжёлой травмой спинного мозга.

На фоне всех этих преимуществ роботизированные устройства имеют свои ограничения:

• экзоскелеты обеспечивают в основном пассивное движение, с минимальной активацией мышц и низким потреблением кислорода — это снижает эффект тренировок;
• большая часть одобренных экзоскелетов рассчитана на пациентов с развитыми функциями рук и способностью понимать инструкции. Это ограничивает применение у пациентов в более тяжёлом состоянии;
• экзоскелеты могут использовать люди с весом менее 100 кг. Людям с ожирением такие занятия не подходят, хотя им они особенно нужны;
• подгонка под конкретного пациента может занять 2-3 сеанса. Также потребуется до часа на настройку и до 30 минут, чтобы надеть устройство. А освоение техники ходьбы может занимать до пяти дней интенсивных тренировок. Всё это отнимает время от самих тренировок;
• большинство экзоскелетов имеют низкую скорость. Они работают со скоростью до 0,2 м/с — этого недостаточно для уверенного передвижения вне помещения. Даже у продвинутых моделей максимальная скорость редко превышает 0,7 м/с;
• если у человека проблемы с подвижностью суставов или низкая плотность костей, экзоскелеты для него небезопасны;
• при использовании экзоскелетов могут повреждаться мягкие ткани — из-за тугих ремней и сниженной чувствительности кожи.

Обзор научных работ показал, что не было большой разницы между результатами у тех, кто проходил обычную реабилитацию, и у тех, кто занимался с роботами. Исследователи отмечают, что на эффективность терапии влияют и другие факторы — например, насколько рано начато лечение, как долго и интенсивно оно проводится. Поэтому при сравнении разных подходов важно учитывать эти нюансы. Пока нельзя однозначно сказать, насколько роботизированная терапия лучше или хуже, потому что нужны дополнительные исследования.

В другом исследовании использование экзоскелета не оказывало статистически значимого влияния на физическое и психическое благополучие участников. Также оказалось, что они пользовались устройствами значительно меньше, чем ожидалось: проходили в среднем два с половиной километра в месяц.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило использование нескольких моделей экзоскелетов в американских клиниках, но только в присутствии специалиста. Несмотря на официальное разрешение, данных об эффективности экзоскелетов пока недостаточно, — особенно в долгосрочной перспективе. Опубликованные исследования в основном проводились на небольших группах людей и были ограничены по объёму данных. Это значит, что делать выводы о том, насколько экзоскелеты действительно помогают в реабилитации, пока преждевременно, — особенно с учётом высокой стоимости таких устройств.

В реабилитации важно начинать занятия как можно раньше. В случае с экзоскелетом всё сложнее: начинать тренировки разрешено, если состояние пациента это позволяет. То есть человек должен быть в сознании, понимать инструкции и быть в состоянии хотя бы частично переносить вес тела.

Перед началом работы физический терапевт оценивает общее состояние, силу, координацию, спастичность и другие параметры. Иногда перед экзоскелетом нужно пройти подготовку — например, укрепить мышцы, поработать над равновесием, увеличить объём движения в суставе.

Чем раньше начать реабилитацию, в том числе с экзоскелетом, тем выше шанс восстановить функции, особенно ходьбу. Но важно понимать: экзоскелет — не универсальное средство, и его используют только там, где это действительно оправдано.

Теперь разберемся с мифами, которых немало в теме реабилитации с экзоскелетами.

Миф 1. Экзоскелеты подходят всем.

Это не так: важно учитывать тяжесть нарушений, уровень самостоятельности пациента, сопутствующие заболевания. Кроме того, существует значительный разрыв между результатами работы реабилитационных роботов и ожиданиями людей. Это может вызывать завышенные ожидания, а затем снижать мотивацию.

Миф 2. Роботы заменят работу реабилитолога и занятия.

Нет, роботизированные тренажёры не отменяют работы специалистов и традиционной реабилитации. Экзоскелеты используют как дополнение к терапии, а не ее замену, и обычно требуют присутствия обученного специалиста.

Миф 3. Роботизированная реабилитация даёт гарантированный эффект.

Экзоскелеты позволяют выполнять движения точно, безопасно и многократно, но надёжных методов оценки эффективности пока нет. Нельзя точно сказать, какой подход работает лучше, и какие улучшения сохраняются в реальной жизни, а не только в зале для тренировок.

Миф 4. Экзоскелет — это дорогое, но эффективное решение.

Сейчас это действительно дорого: высокие затраты на разработку, сложность конструкции, дорогой доступ к лечению. При этом соотношение «цена-результат» пока нельзя назвать оптимальным. Другими словами, стоимость технологии перевешивает ее результативность.

Экзоскелеты считаются перспективным направлением в реабилитации, но на пути к широкому внедрению остаётся много вопросов.

Экзоскелеты обслуживают люди. Для тренировок с использованием экзоскелетов необходим обученный специалист, которая будет помогать при передвижении, обеспечивать безопасность и контролировать тренировочный процесс. Но найти такого человека непросто: это требует времени, готовности к ответственности и дорогостоящего обучения.

Высокая стоимость устройств. Цена на экзоскелеты остаётся высокой и это ограничивает их доступность даже в развитых государствах. В странах со страховой моделью медицины страховые компании не готовы покрывать расходы на экзоскелеты, потому что нет уверенности в их эффективности. В России некоторые клиники приобретают экзоскелеты, чтобы привлечь новых пациентов, но это значительно повышает стоимость реабилитации и ограничивает ее доступность.

Тяжеловесность систем. Экзоскелеты обычно тяжёлые, хотя разработка лёгких устройств из углеволокна, алюминиевых сплавов и композитных материалов активно развивается. Экзоскелеты, поддерживающие нижнюю часть тела, весят около 15-20 килограмм, а полнотелые могут весить около до 30 килограмм.

Тяжелые экзоскелеты не подходят пациентам, которым сложно переносить дополнительную нагрузку, например, людям с выраженной мышечной слабостью, сердечно-сосудистыми заболеваниями, низкой или избыточной массой тела. А вот для восстановления движения в руке применяются относительно лёгкие экзоскелеты, и это плюс.

Однако исследования продолжаются, а это значит, что у технологии есть будущее. Сегодня ученые изучают, как экзоскелеты влияют на организм при разных стадиях травмы — например, у пациентов с недавними травмами зафиксировано улучшение походки на 36%, в отличие от 3% при хроническом состоянии.

Также исследуются перспективы сочетания экзоскелетов с электростимуляцией, эпидуральной стимуляцией и нейроинтерфейсами, чтобы усиливать нейропластичность и восстанавливать движение. Эти функции могут быть особенно важны при частичном повреждении спинного мозга. Так, несколько лет назад мужчина из Франции, парализованный в результате несчастного случая, снова начал ходить благодаря экзоскелету, которым он управлял с помощью вживленных в мозг датчиков. Для этого использовали два двусторонних беспроводных регистратора с 64 электродами, которые были имплантированы в сенсомоторные области головного мозга, отвечающие за верхние конечности.