Выпуск 2-20, 2020

https://doi.org/10.38025/2078-1962-2020-96-2-68-78

Потенциальные преимущества и ограничения использования, роботизированных экзоскелетов у пациентов, перенесших позвоночно-спинномозговую травму: состояние вопроса

Посмотреть статью (PDF файл для скачивания)



XML файл для скачивания

1 Карякин Н.Н., 1 Белова А.Н., 1 Сушин В.О., 1 Шейко Г.Е., 1 Исраелян Ю.А., 1 Литвинова Н.Ю.

1 Приволжский исследовательский медицинский университет Минздрава России, Нижний Новгород, Россия


РЕЗЮМЕ

Восстановление двигательных функций у пациентов с позвоночно-спинномозговой травмой (ПСМТ) являетсяприоритетной задачей медицинской реабилитации данной категории больных. Несмотря на достижения современной медицины, уровень восстановления движений после травмы спинного мозга часто оказываетсянезначительным, многие больные остаются прикованными к инвалидной коляске. В результате низкой физической активности у пострадавших постепенно развиваются вторичные осложнения (остеопороз, ожирение,сердечно-сосудистые, дыхательные, мочеполовые, трофические и прочие нарушения), отягощающие течениеосновного заболевания и затрудняющие процесс медицинской реабилитации. Надежды врачей-реабилитологов и пациентов связаны с появлением роботизированных экзоскелетов (РЭС), которые могут стать инновационным средством улучшения мобильности больных с ПСМТ. Целью обзора является предоставление сведений овозможной пользе и недостатках использования РЭС в реабилитации пациентов с ПСМТ. В статье обсуждаютсяобщие характеристики современных экзоскелетов и условия их использования для пациентов с парализациейнижних конечностей. Представлены сведения об эффективности и безопасности использования экзоскелетныхустройств в нейрореабилитации, а также данные об ограничениях и проблемах, связанных с использованиемэкзоскелетов в клинической практике. Приведены результаты метаанализов и отдельных рандомизированныхисследований, посвященных потенциальной пользе использования РЭС как в быту так в реабилитации пациентов с ПСМТ. Рассмотрено влияние тренировок ходьбы в экзоскелете на степень восстановления двигательныхфункций, уровень общей физической активности и массу тела пациентов с ПСМТ. В статье обращается внимание на нерешенные проблемы и перспективы дальнейших разработок РЭС для нужд пациентов с ПСМТ. Подчеркивается необходимость разработки стандартных протоколов и проведении крупных рандомизированныхсравнительных клинических исследований с длительным периодом наблюдения пациентов с целью выяснения потенциала использования экзоскелетов.


КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: нейрореабилитация, роботизированные устройства, экзоскелеты, позвоночно-спинномозговая травма, инвалид, парез

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Карякин Н.Н., Белова А.Н., Сушин В.О., Шейко Г.Е., Исраелян Ю.А., Литвинова Н.Ю. Потенциальные преимущества и ограничения использования, роботизированных экзоскелетов у пациентов, перенесших позвоночно-спинномозговую травму: состояние вопроса. Вестник восстановительной медицины. 2020; 96 (2): 68-78. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2020-96-2-68-78


Список литературы:

  1. Lee B.B., Cripps R.A., Fitzharris M., Wing P.C. The global map for traumatic spinal cord injury epidemiology: update 2011, global incidence rate. Spinal Cord, 2014: 52(2): 110 - 116 DOI: 10.1038/sc.2012.158
  2. Lajeunesse V., Vincent C., Routhier F., Careau E., Michaud F. Exoskeletons' design and usefulness evidence according to a systematic review of lower limb exoskeletons used for functional mobility by people with spinal cord injury. Disabil Rehabil Assist Technol, 2016: 11(7): 535 - 547 DOI: 10.3109/17483107.2015.1080766
  3. Fisahn C., Aach M., Jansen O., Moisi M., Mayadev A., Pagarigan K.T., Dettori J.R., Schildhauer T.A. The Effectiveness and Safety of Exoskeletons as Assistive and Rehabilitation Devices in the Treatment of Neurologic Gait Disorders in Patients with Spinal Cord Injury. 2016: 6(8): 822 - 84 DOI: 10.1055/s-0036-1593805
  4. Baunsgaard B.C., Nissen V.U., Brust K.A., Frotzler A., Ribeill C., Kalke Y.B., Leon N., Gomez B., Samuelsson K., Antepohl W., Holmstrom U., Marklund N., Glott T., Opheim A., Benito J., Murillo N., Nachtegaal J., Faber W., Biering-S0rensen F. Gait training after spinal cord injury: safety, feasibility and gait function following 8 weeks of training with the exoskeletons from Ekso Bionics. Spinal Cord, 2018: (56): 106 - 116 DOI: 10.1038/s41393-017-0013-7
  5. Mehrholz J., Kugler J., Pohl M. Locomotor training for walking after spinal cord injury. Cochrane Database Syst Rev., 2012: 11 DOI: 10.1002/14651858. CD006676.pub3.
  6. Sezer N., Akkus S., Ugurlu F.G. Chronic complications of spinal cord injury. World J Orthop, 2015: 6(1): 24 - 33 DOI: 10.5312/wjo.v6.i1.24
  7. Mekki M., Delgado A.D., Fry A., Putrino D., Huang V. Robotic Rehabilitation and Spinal Cord Injury, a Narrative Review. Neurotherapeutics, 2018: 15(3): 604 - 617 DOI: 10.1007/s13311-018-0642-3
  8. Muijzer-Witteveen H., Sibum N., van Dijsseldonk R., Keijsers N., van Asseldonk E. [Questionnaire results of user experiences with wearable exoskeletons and their preferences for sensory feedback]. J Neuroeng Rehabil., 2018: 15(1): 112 p. DOI: 10.1186/s12984-018-0445-0
  9. Huang V.S., Krakauer J.W. Robotic neurorehabilitation: a computational motor learning perspective. J. Neuroeng Rehabil., 2009: (6): 5 p. DOI: 10.1186/1743-0003-6-5
  10. Gorgey A., Sumrell R., Goetz L. Exoskeletal assisted rehabilitation after spinal cord injury. In: Atlas of Orthoses and Assistive Devices. 5th ed. Canada, Elsevier, 2018: 440 - 447
  11. Miller L.E., Zimmermann A.K., Herbert W.G. Clinical effectiveness and safety of powered exoskeleton-assisted walking in patients with spinal cord injury: systematic review with meta-analysis. Med Devices (Auckl), 2016: 9: 455 - 466 DOI: 10.2147/MDER.S103102
  12. Palermo A. E., Maher J. L., Baunsgaard C. B., Nash M. S. Clinician-focused overview of bionic exoskeleton use after spinal cord injury. Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation, 2017: 23(3): 234 - 244 DOI: 10.1310/sci2303-234
  13. Gorgey A.S. Robotic exoskeletons: The current pros and cons. World J Orthop., 2018: 9(9): 112 - 119 DOI: 10.5312/wjo.v9.i9.112
  14. Aach M., Cruciger O., Sczesny-Kaiser M., Hoffken O., Meindl R.Ch., Tegenthoff M., Schwenkreis P., Sankai Y., Schildhauer T.A. Voluntary driven exoskeleton as a new tool for rehabilitation in chronic spinal cord injury: a pilot study. Spine J., 2014: 14(12): 2847 - 2853 DOI: 10.1016/j.spinee.2014.03.042
  15. Белова А.Н., Борзиков В.В., Кузнецов А.Н., Рукина Н.Н. Роботизированные технологии в нейрореабилитации: состояние вопроса. Вестник восстановительной медицины 2018: 2: 94 - 107.
  16. Бушков Ф.А., Клещунов С.С., Косяева С.В., Бжилянский М.А., Иванова Г.Е., Шаталова О.Г. Клиническое исследование применения экзоскелета «Exoatlet» у спинальных пациентов. Вестник Восстановительной медицины. 2017: 2: 90 - 100.
  17. Spungen A.M., Asselin P.K., Fineberg D.B., Kornfeld S.D., Harel N.Y. Exoskeletal-assisted walking for persons with motor-complete paraplegia. Paper presented at: NATO Science and Technology Organization. Milan, Italy, 2013: 15 - 17
  18. Louie D.R., Eng J.J., Lam T. Spinal Cord Injury Research Evidence (SCIRE) Research Team. Gait speed using powered robotic exoskeletons after spinal cord injury: a systematic review and correlational study. J Neuroeng Rehabil., 2015: 12: 82 p. DOI: 10.1186/s12984-015-0074-9
  19. Gorgey A.S., Wade R., Sumrell R., Villadelgado L., Khalil R.E., Lavis T. Exoskeleton Training May Improve Level of Physical Activity After Spinal Cord Injury: A Case Series. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2017: 23: 245 - 255. DOI: 10.1310/sci16-00025]
  20. Hoffmann-A M.J. Indications of use: Esko [letter]. US Department of Health and Human Services. https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf16/ K161443.pdf
  21. Hoffmann-A M.J. Indications for use: Indego [letter]. Department of Health and Human Services, 2016. https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/ pdf15/k152416.pdf
  22. Qin W., Bauman W.A., Cardozo C. Bone and muscle loss after spinal cord injury: organ interactions. Ann N Y Acad Sci., 2010: 1211: 66 - 84 DOI: 10.1111/j.1749-6632.2010.05806.x
  23. Garland D.E., Adkins R.H., Stewart C.A. Five-year longitudinal bone evaluations in individuals with chronic complete spinal cord injury. J Spinal Cord Med., 2008: 31: 543 - 550 DOI: 10.1080/10790268.2008.11753650
  24. Cirnigliaro C.M., Myslinski M.J., La Fountaine M.F., Kirshblum S.C., Forrest G.F., Bauman W.A.. Bone loss at the distal femur and proximal tibia in persons with spinal cord injury: imaging approaches, risk of fracture, and potential treatment options. Osteoporos Int., 2017: 28: 747 - 765 DOI: 10.1007/ s00198-016-3798-x
  25. Groah S.L., Schladen M., Pineda C.G., Hsieh C.H. Prevention of Pressure Ulcers Among People With Spinal Cord Injury: A Systematic Review. PM R., 2015: 7: 613 - 636 DOI: 10.1016/j.pmrj.2014.11.014
  26. Tamez D.J., Ugalde C.R., Kilicarslan A., Venkatakrishnan A., Soto R., Contreras-Vidal J.L. Real-time strap pressure sensor system for powered exoskeletons. Sensors (Basel), 2015: 15: 4550 - 4563 DOI: 10.3390/s150204550
  27. Evans N., Wingo B., Sasso E., Hicks A., Gorgey A.S., Harness E. Exercise Recommendations and Considerations for Persons With Spinal Cord Injury. Arch Phys Med Rehabil., 2015: 96: 1749 - 175 DOI: 10.1016/j.apmr.2015.02.005
  28. Tefertiller C., Hays K., Jones J., Jayaraman A., Hartigan C., Bushnik T., Forrest G. Initial outcomes from a multicenter study utilizing the Indego Powered Exoskeleton in spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2018: 24(1): 78 - 85 DOI: 10.1310/sci17-00014
  29. Dijkers M.P., Akers K.G., Dieffenbach S., Galen S.S. Systematic Reviews of Clinical Benefits of Exoskeleton Use for Gait and Mobility in Neurologic Disorders: A Tertiary Study. Arch Phys Med Rehabil. 2019 pii: S0003-9993(19)30152-2. DOI: 10.1016/j.apmr.2019.01.025
  30. Liberati A., Altman D.G., Tetzlaff J., Mulrow C., G0tzsche P.C., loannidis J.P., Clarke M., Devereaux PJ., Kleijnen J., Moher D. The PRISMA statement for reporting systematic reviews and meta-analyses of studies that evaluate health care interventions: explanation and elaboration. Ann Intern Med., 2009: 151(4): 65 - 94 DOI: 10.7326/0003-4819-151-4-200908180-00136
  31. Esquenazi A., Talaty M., Packel A., Saulino M. The Rewalk powered exoskeleton to restore ambulatory function to individuals with thoracic-level motor-complete spinal cord injury. Am J Phys Med Rehabil., 2012: 91: 911 - 921 DOI: 10.1097/PHM.0b013e318269d9a3.
  32. Benson I., Hart K., Tussler D., van Middendorp J.J. Lower-limb exoskeletons for individuals with chronic spinal cord injury: findings from a feasibility study. Clin Rehabil., 2016: 30(1): 73 - 84 DOI: 10.1177/0269215515575166
  33. Asselin P., Knezevic S., Kornfeld S., Cirnigliaro C., Agranova-Breyter I., Bauman W.A., Spungen A.M. Heart rate and oxygen demand of powered exoskeleton-assisted walking in persons with paraplegia. J Rehabil Res Dev., 2015: (52): 147 - 158 DOI: 10.1682/JRRD.2014.02.0060
  34. Arazpour M., Bani M.A., Hutchins S.W., Jones R.K. The physiological cost index of walking with mechanical and powered gait orthosis in patients with spinal cord injury. Spinal Cord., 2013: 51(5): 356 - 359 DOI: 10.1038/sc.2012.162
  35. Yang A., Asselin P., Knezevic S., Kornfeld S., Spungen A.M. Assessment of in-hospital walking velocity and level of assistance in a powered exoskeleton in persons with spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2015: 21(2): 100 - 109 DOI: 10.1310/sci2102-100
  36. Zeilig G., Weingarden H., Zwecker M., Dudkiewicz I., Bloch A., Esquenazi A. Safety and tolerance of the ReWalk exoskeleton suit for ambulation by people with complete spinal cord injury: a pilot study. J Spinal Cord Med., 2012: 35(2): 96 - 101 DOI: 10.1179/2045772312Y.0000000003
  37. Talaty M., Esquenazi A., Briceno J.E. Differentiating ability in users of the ReWalk TM powered exoskeleton: an analysis of walking kinematics. IEEE Int Conf Rehabil Robot., 2013: 1 - 5 Seattle, WA. DOI: 10.1109/ICORR.2013. 6650469
  38. Spungen A.M., Asselin P.K., Fineberg D.B., Kornfeld S.D., Harel N.Y. Exoskeletal-assisted walking for persons with motor-complete paraplegia. Paper presented at: NATO Science and Technology Organization, Milan, Italy, 2013: 15 - 17
  39. Geigle P.R., Kallins M. Exoskeleton-Assisted Walking for People With Spinal Cord Injury. Arch Phys Med Rehabil., 2017: 98(7): 1493 - 1495 DOI: 10.1016/j. apmr.2016.12.002
  40. Asselin P., Fineberg D., Harel N.Y., et al. One-month follow-up for robotic exoskeletal walking measurements. J Spinal Cord Med., 201: 36: 537 - 538
  41. Farris R.J., Quintero H.A., Murray S.A., Ha K.H., Hartigan C., Goldfarb M. A preliminary assessment of legged mobility provided by a lower limb exoskeleton for persons with paraplegia. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng., 2014: 22: 482 - 490 DOI: 10.1109/TNSRE.2013.2268320
  42. Neuhaus P.D., Noorden J.H., Craig T.J., Torres T., Kirschbaum J., Pratt J.E. Design and evaluation of Mina: a robotic orthosis for paraplegics. IEEE Int Conf Rehabil Robot. Zurich, 2011 DOI:10.1109/ICORR.2011.5975468
  43. Lam T., Wirz M., Lunenburger L., Dietz V. Swing phase resistance enhances flexor muscle activity during treadmill locomotion in incomplete spinal cord injury. Neurorehabil. Neural Repair., 2008: 22: 438 - 446 DOI:10.1177/1545968308315595
  44. Ekelem A., Murray S., Goldfarb M. Preliminary assessment of variable geometry stair ascent and descent with a powered lower limb orthosis for individuals with paraplegia. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc., 2015: 4671 - 4674 DOI: 10.1109/EMBC.2015.7319436
  45. Lemay V., Routhier F., Noreau L., Phang S.H., Ginis K.A. Relationships between wheelchair skills, wheelchair mobility and level of injury in individuals with spinal cord injury. Spinal Cord., 2012: 50: 37 - 41 DOI: 10.1038/sc.2011.98
  46. Stampacchia G., Rustici A., Bigazzi S., Gerini A., Tombini T., Mazzoleni S. Walking with a powered robotic exoskeleton: Subjective experience, spasticity and pain in spinal cord injured persons. NeuroRehabilitation., 2016: 39(2): 277 - 283 DOI: 10.3233/NRE-161358
  47. Gorgey A.S., Wade R., Sumrell R., Villadelgado L., Khalil R.E., Lavis T. Exoskeleton Training May Improve Level of Physical Activity After Spinal Cord Injury: A Case Series. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2017: 23: 245 - 255 DOI: 10.1310/sci16-00025
  48. Evans N., Hartigan C., Kandilakis C., Pharo E., Clesson I. Acute cardiorespiratory and metabolic responses during exoskeleton-assisted walking overground among persons with chronic spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2015: 21(2): 122 - 132 DOI: 10.1310/sci2102-122
  49. Aach M., Cruciger O., Sczesny-Kaiser M., Hoffken O., Meindl R.C., Tegenthoff M., Schwenkreis P., Sankai Y., Schildhauer T.A. Voluntary driven exoskeleton as a new tool for rehabilitation in chronic spinal cord injury: a pilot study. Spine J., 2014: 14(12): 2847 - 2853 DOI: 10.1016/j.spinee.2014.03.042
  50. Cruciger O., Schildhauer T.A., Meindl R.C., Tegenthoff M., Schwenkreis P., Citak M., Aach M. Impact of locomotion training with a neurologic controlled hybrid assistive limb (HAL) exoskeleton on neuropathic pain and health related quality of life (HRQoL) in chronic SCI: a case study. Disabil Rehabil Assist Technol., 2016: 11(6): 529 - 534 DOI: 10.3109/17483107.2014.981875
  51. Katzmarzyk P.T., Church T.S., Craig C.L., Bouchard C. Sitting time and mortality from all causes, cardiovascular disease, and cancer. Med Sci Sports Exerc., 2009: 41: 998 - 1005 DOI: 10.1249/MSS.0b013e3181930355
  52. Dolbow D.R., Gorgey A.S., Daniels J.A., Adler R.A., Moore J.R., Gater D.R. Jr. The effects of spinal cord injury and exercise on bone mass: a literature review. NeuroRehabilitation., 2011: 29(3): 261 - 269 DOI: 10.3233/NRE-2011-0702
  53. Gorgey A.S., Gater D.R. Jr. Prevalence of Obesity After Spinal Cord Injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2007: 12: 1 - 7 DOI: 10.1310/sci1204-1
  54. Buchholz A.C., Martin Ginis K.A., Bray S.R., Craven B.C., Hicks A.L., Hayes K.C., Latimer A.E., McColl M.A., Potter P.J., Wolfe D.L. Greater daily leisure time physical activity is associated with lower chronic disease risk in adults with spinal cord injury. Appl Physiol Nutr Metab., 2009: 34: 640 - 647 DOI: 10.1139/H09-050
  55. Ginis M. K.A., van der Scheer J.W., Latimer-Cheung A.E., Barrow A., Bourne C., Carruthers P., Bernardi M., Ditor D.S., Gaudet S., de Groot S., Hayes K.C., Hicks A.L., Leicht C.A., Lexell J., Macaluso S., Manns P.J., McBride C.B., Noonan V.K., Pomerleau P., Rimmer J.H., Shaw R.B., Smith B., Smith K.M., Steeves J.D., Tussler D., West C.R., Wolfe D.L, Goosey-Tolfrey V.L. Evidence-based scientific exercise guidelines for adults with spinal cord injury: an update and a new guideline. Spinal Cord., 2018: 56: 308 - 321 DOI: 10.1038/s41393-017-0017-3
  56. Gorgey A.S., Wade R., Sumrell R., Villadelgado L., Khalil R.E., Lavis T. Exoskeleton Training May Improve Level of Physical Activity After Spinal Cord Injury: A Case Series. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2017: 23: 245 - 255 DOI: 10.1310/sci16-00025
  57. Gorgey A.S., Gater D.R. Jr. Prevalence of Obesity after Spinal Cord Injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil., 2007: 12: 1 - 7 DOI: 10.1310/sci1204-1
  58. Nightingale T.E., Walhin J.P., Thompson D., Bilzon J.L. Biomarkers of cardiometabolic health are associated with body composition characteristics but not physical activity in persons with spinal cord injury. J Spinal Cord Med., 2017: 1 - 10 DOI: 10.1080/10790268.2017.1368203
  59. Birch N., Graham J., Priestley T., Heywood C., Sakel M., Gall A., Nunn A., Signal N. Results of the first interim analysis of the RAPPER trial in patients with spinal cord injury: ambulation and functional exercise programs in the REX powered walking aid. J Neuroeng Rehabil., 2017: 14: 60 p. DOI: 10.1186/ s12984-017-0274-6
  60. Lerner Z.F., Damiano D.L., Bulea T.C. A lower-extremity exoskeleton improves knee extension in children with crouch gait from cerebral palsy. Sci Transl Med., 2017: 9 p. pii: eaam9145 DOI: 10.1126/scitranslmed.aam9145



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

©
Эта статья открытого доступа по лицензии CC BY 4.0. Издательство: ФГБУ «НМИЦ РК» Минздрава России.