Možnosti využití akcelerometru v ergoterapii u pacientů po získaném poškození mozku

Souhrn

Dle zveřejněných ročenek Všeobecné zdravotní pojišťovny se za poslední desetiletí výrazně nemění počet případů cévních mozkových příhod a dalších poškození mozku a tendence výskytu těchto poškození spíše nepatrně klesá (24). Léčba těchto pacientů je však finančně velmi náročná (26). U pacientů po poškození mozku se projevuje celá řada obtíží. Těmi nejčastějšími jsou problémy motorické. Až 85 % pacientů postihuje funkční omezení (paréza), nebo úplná ztráta funkce (plegie) horní končetiny (22). Díky tomuto omezení nemohou pacienti zapojovat plně svoji horní končetinu do běžných denních činností (ADL), což může vést k jejich nesoběstačnosti a dlouhodobé závislosti na druhé osobě. Z toho důvodu jsou v rehabilitaci stále více využívány moderní technologie jako prostředek podporující rehabilitaci horních končetin (22). Mezi trendy současné doby se řadí možnost využití inerciálních senzorů, které jsou označovány jako neinvazivní systémy pro monitorování pohybu pacienta. Mezi inerciální senzory se řadí akcelerometry. Akcelerometr je přístroj nebo součást přístroje měřící zrychlení a může monitorovat pohyb např. horních končetin. Hlavní výhodou z pohledu ergoterapie je možnost monitorování tohoto pohybu během provádění ADL v přirozeném, domácím prostředí pacienta. Akcelerometry navíc také poskytují zpětnou vazbu, která pacientům umožňuje zpětně sledovat jejich pohyb a jejich event. zlepšení, a tím je motivuje, aby svou horní končetinu zapojovali do běžných denních činností. Monitorování a zpětná vazba jsou nezbytné principy v podpoře funkčního zdraví a vedou ke změně chování, jelikož cvičení je významně ovlivněno takzvanou „důvěrou uplatnit své vlastní schopnosti” (14, 22, 23).

klíčová slova

ergoterapie, získané poškození mozku, akcelerometr, monitoring pohybu, zpětná vazba, aktivity denního života

ÚVOD

U pacientů po poškození mozku se projevuje celá řada obtíží, mezi které patří především obtíže motorické, kognitivní, fatické, smyslové a psychické (26). Tyto problémy nezasahují pouze do sféry zdravotnické, ale také do sociální, pedagogicko výchovné, pracovní i ekonomické. Nejčastějšími zdravotními problémy u pacientů po poškození mozku jsou však problémy motorické, které vyžadují včasnou a intenzivní rehabilitaci (5). Až 85 % pacientů po poškození mozku postihuje díky vzniklé hemiparéze či hemiplegii ztráta funkce horní končetiny a pouze 5-20 % z nich dosáhne opět plné funkčnosti horní končetiny. Pacienti, kteří nejsou schopni zapojovat svou horní končetinu do aktivit, mají velký problém provádět běžné denní činnosti. To vede k dlouhodobé závislosti na rodině, přátelích nebo sociálních službách (22). Jedním z cílů ergoterapie u těchto pacientů je obnova ztracené funkce horní končetiny, která je pro zapojování se do běžných denních činností velmi důležitá (2). Pro obnovu funkce horní končetiny může ergoterapeut využít různé metody a v posledních letech jsou stále častěji využívané moderní technologie (22). Moderní a v současné době hojně využívaná zařízení jsou akcelerometry (26). Akcelerometry se řadí mezi trendy současné doby a jsou označovány za neinvazivní systémy pro monitorování pohybu pacienta (14). Akcelerometry jsou zařízení, která jsou schopna monitorovat pohyb horních končetin jak v klinickém, tak v domácím prostředí pacienta. Navíc také poskytují zpětnou vazbu, která má pacientům po poškození mozku připomínat, aby svou paretickou horní končetinu zapojovali do běžných denních činností (22).

ZÍSKANÉ POŠKOZENÍ MOZKU, CÉVNÍ MOZKOVÉ PŘÍHODY

Pod pojem získané poškození mozku lze zahrnout akutní, náhle vzniklé poškození mozku, a to bez ohledu na jeho příčinu. K nejčastějším okolnostem, za kterých k tomu poškození dochází, se řadí nemoci a úrazy. Úrazy, neboli traumatická poškození mozku, jsou také hlavní příčinou úmrtí a disability po celém světě u mladých mužů. Zároveň představují významný celosvětový sociální, ekonomický a zdravotní problém (21, 26). Mezi nejčastější nemoci, které vznikají následkem získaného poškození mozku, patří cévní mozkové příhody, dále nádorová a infekční onemocnění nebo nemoci (22). Dle zveřejněných ročenek Všeobecné zdravotní pojišťovny nedochází v posledních letech k výraznému nárůstu počtu případů cévních mozkových příhod ani kraniálních a intrakraniálních poranění. Snižuje se však délka hospitalizace těchto případů na jednotkách intenzivní péče neurologických oddělení. Například průměrná doba hospitalizace na těchto odděleních u pacientů s cévní mozkovou příhodou s ischemii byla v roce 2011 10,7 dní, zatímco v roce 2016 pouze 7,2 dní (24). Pokud jde o incidenci cévních mozkových příhod v České republice, je v porovnání s vyspělými státy vyšší. Jedná se zhruba o 300 nových případů ročně na 100 000 obyvatel. Cévní mozková příhoda stojí také na třetím místě mezi příčinami úmrtí v České republice (29). Následkem poškození mozku (centrální motorické funkční postižení) vzniká u pacientů částečné (paréza) nebo úplné (plegie) ochrnutí horních i dolních končetin těla. Příznaky centrální parézy se vzhledem ke křížení kortikospinální dráhy projevují na opačně polovině těla, než je mozkové poškození (29). Příznaky plynoucí z léze centrálního motoneuronu patří k některému ze základních symptomů triády: paréza – zvýšená svalová aktivita – zkrácení svalu. Po lézi centrálního motoneuronu dochází k postupnému rozvoji symptomů zvýšené svalové aktivity. Tonus se zvyšuje v podobě různých projevů a příznaky se mohou často navzájem i kombinovat (10). Vzniklý jednostranný motorický deficit vede k chronickému omezování hybnosti horní končetiny, a tím i k limitaci zapojení pacienta do společenského života. Jedním z cílů ergoterapie po cévní mozkové příhodě je umožnit pacientům získat nejvyšší možnou úroveň jejich motorických funkcí (33).

ROLE ERGOTERAPEUTA U PACIENTŮ PO ZÍSKANÉM POŠKOZENÍ MOZKU

Rehabilitace u osob po získaném poškození mozku patří k jedním z nejsložitějších rehabilitačních procesů a klade vysoké nároky na koordinaci činnosti zdravotnického týmu i celého zdravotně-sociálního komplexu služeb (21). Jedná se o proces interprofesní, komplexní, intenzivní, který by měl začít co nejdříve (včasná rehabilitace) a měl by být dlouhodobý (26). Jedním z důležitých členů interpofesního rehabilitačního týmu je ergoterapeut, který do týmu přináší nezastupitelnou roli. Ergoterapeuti pracují s jednotlivci za účelem maximalizovat jejich funkci a participaci ve společnosti (28). Ergoterapeutická intervence u pacientů po získaném poškození mozku začíná již v akutních fázích onemocnění, a to zejména polohováním a pasivními pohyby postižených horních končetin s využitím metody Affolter a Bobath konceptu (29). V subakutních fázích onemocnění se ergoterapeut zaměřuje zejména na soběstačnost pacienta a na obnovu hybnosti a funkce jeho postižené horní končetiny. Z pohledu ergoterapie je důležitá obnova schopnosti zapojovat a funkčně využívat postiženou horní končetinu v běžných denních činnostech (25). Cílem je pak návrat k provádění běžných denních činností v reálném, a pro pacienty přirozeném prostředí. Pro pacienty to v reálném životě znamená například zapojení své paretické horní končetiny při věšení prádla, při přípravě a konzumaci jídla, nebo při volnočasových aktivitách, jako je například hraní golfu. Předpokládá se, že trénink funkce horní končetiny v klinickém prostředí povede ke zlepšení funkce horní končetiny i mimo toto prostředí (15). Obnova funkce horní končetiny je závislá na včasnosti intervence s využitím intenzivních a specifických metod, které jsou relevantní pro účast pacienta v každodenním životě. V rehabilitaci i ergoterapii u pacientů po poškození mozku jsou stále více využívány moderní technologie jako prostředek podporující motoriku horních končetin (22). Existuje řada přístrojových metod pro diagnostiku i terapii, ale velmi často jsou tyto přístroje z důvodu ekonomické nebo technologické náročnosti nedostupné (26). V současné době moderními a často využívanými pomůckami se staly akcelerometry, které jsou finančně dostupné. Nabízí možnost jak měřit fyzickou aktivitu a zapojování horní končetiny během ADL nejenom v klinickém, ale i v reálném prostředí pacienta. Jejich využití se ukázalo jako výhodná možnost u pacientů s vyšším stupněm funkčního postižení, dle Mezinárodní klasifikace funkčních schopností, disability a zdraví (MKF) stupněm 2 a 3 (3, 25, 26).

VYUŽITÍ AKCELEROMETRŮ V REHABILITACI

Akcelerometry jsou senzory, které jsou schopné měřit statické nebo dynamické zrychlení. Děje se tak pomocí přeměny zrychlení na měřitelný elektrický signál. Dle principu, jakým akcelerometry mění zrychlení na elektrický signál, se dělí na piezoelektrické, piezoresistivní a akcelerometry s proměnnou kapacitou. Akcelerometry jsou vhodné například k měření odstředivých nebo setrvačných sil, ale také pro určování pozice tělesa (32). Akcelerometry jsou schopné velmi citlivě měřit akceleraci, neboli zrychlení. Z toho důvodu mohou být využity pro měření rychlosti a intenzity pohybu těla nebo jeho částí, např. horní končetiny. Díky tomu, jak reagují na četnost a intenzitu pohybu, jsou lepší než aktometry nebo krokoměry (13). V současných výzkumech se k analýze pohybové aktivity nejčastěji využívají speciálně upravené akcelerometry, které jsou uváděny pod sdružujícím názvem Accelerometer based Activity Monitors (31). V rehabilitaci ve zdravotnictví se akcelerometry jeví jako vhodné prostředky pro hodnocení pohybu u pacientů různých diagnóz. Patří mezi ně například pacienti vertebrogenní, pacienti s rizikem pádu, s chronickou žilní insuficiencí, pacienti s morbus Parkinson, pacienti s roztroušenou sklerózou nebo pacienti s dětskou mozkovou obrnou (5, 13, 19). Bylo například zjištěno, že akcelerometry poskytují přesné měření fyzické aktivity při chůzi s přesností 92 % (19). K jedněm z nejčastějších diagnóz, u nichž je akcelerometr hojně využíván, patří traumatická poškození mozku a cévní mozkové příhody. Z důvodu vznikající hemiparézy u těchto pacientů je pomocí akcelerometru měřen zejména pohyb jejich horních končetin, jelikož u velké části z nich je funkce horní končetiny, a tím schopnost zapojovat ji do ADL omezena (25).

VYTVOŘENÍ INOVATIVNÍHO HW A SW PRO MONITORING POHYBU PARETICKÉ KONČETINY

Existují různé typy akcelerometrů od různých výrobců, které se v rehabilitaci pro detekci pohybu lidského těla využívají. Klinika rehabilitačního lékařství 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a Všeobecné fakultní nemocnice v Praze (KRL 1. LF UK a VFN) ve spolupráci s firmou Princip v rámci projektu „Sekundární prevence u pacientů po poškození mozku s využitím náramků pro monitorování pohybu“ Všeobecné zdravotní pojišťovny (VZP) navrhla a sestrojila inerciální jednotku, která obsahuje tříosý senzor translačního zrychlení (akcelerometry) a tříosý senzor úhlové rychlosti (gyroskopy). Vývoj senzoru probíhal dva roky (2010-2011) a docházelo během něj ke změnám parametrů navržených senzorů dle klinických požadavků lékařů a terapeutů KRL (27). V rámci tohoto projektu se ukázalo, že senzory měřící aktivitu končetin v běžném životě pacientů se potýkají se zásadním problémem, a to s pohyby způsobenými pohybem celého těla, nikoliv samotným pohybem končetin. Senzor totiž není schopný odlišit například chůzi, jízdu autem nebo výtahem od volního pohybu horní končetiny pacienta. V rámci zmíněného projektu byl proto vyroben a implementován algoritmus, který dokáže rozpoznat pohyb senzoru na obou končetinách a referenčního senzoru, který je upevněn na těle pacienta. Díky tomu je tento významný artefakt účinně potlačován (26). Výsledný senzor je malé bateriové zařízení, které lze pomocí speciálně navržených pásků připevnit například na zápěstí, loket nebo kotník. Je v něm zabudovaný algoritmus pro vyhodnocení pohybu. Výstupem monitoringu jsou grafy zobrazující jak pacient zapojuje svou paretickou horní končetinu do běžných denních činností. Základní technické parametry senzoru jsou 51 x 34 x 15 mm a hmotnost 22 g. Senzor je schopný pracovat celých 5 dní 24 hodin denně. Funkci detektoru v senzoru má tříosý akcelerometr. Kompletní sestavou senzoru je měřící zařízení, které se skládá ze tří senzorů: left senzor na levou ruku, right senzor pro pravou ruku a body senzor umístěný na opasek pacienta. Senzor je schopný monitorovat pohyb nejen v průběhu terapií, ale i v době, kdy není pacient pod dohledem lékaře či terapeuta. Jedná se o jedinečný prototyp pro monitorování pohybu paretické horní končetiny u pacientů s centrální parézou (27). Od ledna 2017 do ledna 2018 KRL 1. LF UK a VFN ve spolupráci s firmou Princip opět spolupracovala a zpracovala projekt sekundární prevence VZP „Model diferencované úhrady moderních metod včasné rehabilitace u pacientů po cerebrovaskulární příhodě a standardizace klinické aplikace inerciálních senzorů u pacientů po cévní mozkové příhodě (CMP)“. Druhá část výše jmenované studie byla zaměřena opět na pacienty s poškozenou hybností horní končetiny s využitím senzoru a byla vedena týmem profesorky Olgy Švestkové. Cílem této studie bylo monitorování pohybu postižené horní končetiny. Pro záznam aktivity jednoho pacienta byly využity tři senzory připevněné ve formě náramků na obě horní končetiny a jeden připevněný na opasek pacienta. Vyvinutý systém je schopný rozpoznat, zda je zjištěná aktivita důsledkem hybnosti horních končetin, nebo pohybem celého těla, jako je chůze či například jízda autem. Momentálně existuje již 4. generace senzoru a jeho vývoj i nadále pokračuje.

VYUŽITÍ AKCELEROMETRŮ V ERGOTERAPII

Výhody a možnosti využití akcelerometrů jsou v souladu s hlavními doménami ergoterapeuta, zejména pak u pacientů po poškození mozku. Mezi hlavní domény ergoterapeutického vyšetření patří vyšetření aktivit spojených s běžnými denními činnostmi (ADL), funkční motoriky horních končetin a hodnocení funkčního stavu pacienta. Schopnost soběstačnosti každého člověka výrazně ovlivňuje kvalitu jeho života (30). Diagnostika a trénink soběstačnosti v běžných denních činnostech je jedním z hlavních cílů ergoterapie. Soběstačnost specifikuje takzvaný koncept všedních denních činností (ADL). Všední denní činnosti jsou součástí návyků člověka a je pro ně charakteristická pravidelnost a automatičnost, která je spojená s určitými rituály (18). Využití akcelerometru v ergoterapii lze rozdělit na dvě základní oblasti: 1. monitorování paretické horní končetiny během všedních denních činností v nemocničním prostředí nebo reálném prostředí pacienta a 2. využití pozitivní zpětné vazby, kterou akcelerometry poskytují, a tím zvyšují motivaci pacienta pro zapojování jeho paretické horní končetiny do činností v případě, že pohyb paretické ruky se zlepšuje.

Jednou z hlavních oblastí využití akcelerometru v ergoterapii u pacientů po poškození mozku je monitorování jejich paretické horní končetiny během všedních denních činností. Tito pacienti se potýkají s poškozením funkce horní končetiny a následně dochází k jejímu omezování během vykonávání všedních denních činností. Například již samotný fenomén naučeného nepoužívání horní končetiny (learned non-use of the upper limb) negativně ovlivňuje množství i kvalitu vykonávaných aktivit denního života. Z toho důvodu je nezbytně důležité měření těchto aktivit pro pochopení dopadu jejich omezení v reálném životě. Akcelerometr se ukazuje jako objektivní a nestranný nástroj k měření výkonu horní končetiny během aktivit denního života v reálném světě. Je to validní nástroj pro měření konkrétních úkolů a je citlivý i na nepatrné změny (8, 11). Možnost využití akcelerometrů pro monitorování paretické horní končetiny v domácím prostředí během reálných činností pacienta přináší mnoho výhod. Akcelerometry lze spojit s využitím různých typů deníků, do kterých si pacienti mohou zaznamenávat přesný čas a aktivity, kterým se v dané chvíli věnují. Následné porovnání a analýza dat získaných akcelerometry a zaznamenaných aktivit v deníku může ergoterapeutovi usnadnit přesnou analýzu konkrétní činnosti v souvislosti se zapojováním horní končetiny do této činnosti (4). Kromě toho nabízejí akcelerometry objektivní způsob měření celkové fyzické aktivity, jelikož měří pohyb z hlediska akcelerace. Tyto informace lze použít k interpretaci intenzity fyzické aktivity v průběhu času (11). Zvýšení celkové mobility zároveň výrazně zvyšuje možnost vykonávat větší množství aktivit denního života (6).

Využití akcelerometru pro monitorování paretické horní končetiny je vhodné již v raných fázích rehabilitace, jelikož akcelerometry dokáží detekovat rozdíly v relativně pomalé rychlosti paže (19). Dokonce již během hospitalizace pacientů časně po cévní mozkové příhodě se dají akcelerometry využít pro zaznamenávání výkonu horní končetiny pro celkové hodnocení pohybu horní končetiny (8). Tato možnost akcelerometrů umožňuje v rané fázi rehabilitace zhodnocovat a posuzovat jednak cvičení, které je pacientům zadáno do domácího prostředí, a jednak již výše zmiňované zapojování horní končetiny do běžných denních aktivit v tomto prostředí (19).

S využitím např. skypu a následné aplikaci akcelerometrů lze zjistit, zda pacienti vykonávají v domácím prostředí předepsané cviky. Toho lze docílit i pomocí speciálního zařízení, kterým jsou akcelerometry doplněny a může tak být sledován přesný vzor pohybu horních končetin (pattern of movement). To ergoterapeutům poskytuje možnost kontroly pacienta a přispívá to k následné efektivitě celého ergoterapeutického procesu.

Dalším velmi důležitým principem pro ergoterapeuta je princip pozitivní zpětné vazby, neboli biofeedbacku, který akcelerometry mohou pacientům nabízet (2). Akcelerometry nošené na paretické horní končetině pacientům po poškození mozku připomínají, aby svou horní končetinu zapojovali do běžných denních činností (22). Zpětná vazba může být poskytována formou vizuálního displeje, akustickými nebo hmatovými signály nebo virtuální realitou (12).

U speciálně navržených senzorů firmou Princip je zpětná vazba poskytována například formou grafů, jež jsou výsledkem samotného monitoringu horních končetin. Grafy znázorňují pohybovou aktivitu horních končetin a dokážou vyjádřit poměr zapojování horních končetin do běžných denních činností. Akcelerometry, založené na pozitivní zpětné vazbě, výrazně zlepšují množství i kvalitu vykonávané fyzické aktivity (17). V experimentální studii bylo potvrzeno, že akcelerometr významně zlepšuje pohybovou aktivitu horní končetiny a objektivně detekuje pozitivní změny pohybového vzorce spastické horní končetiny. Akcelerometr má roli virtuálního terapeuta a poskytuje myšlenku permanentního sledování terapeutem. Pacienti nosící akcelerometr byli více motivováni pro spolupráci během celého rehabilitačního procesu. Akcelerometr vede k celkově aktivnějšímu přístupu pacientů zejména při dodržování zásad a intenzity cvičení. Posiluje motivaci pacienta ke cvičení, a i sami pacienti poukazují na fakt, že pocit sledování pohybu posiluje pocit jejich zodpovědnosti k vykonávání doporučeného cvičení (26).

Jednou z výhod akcelerometrů je jejich malá velikost, dále také schopnost zaznamenávat data nepřetržitě po dobu dnů, týdnů a dokonce i měsíců. Tato schopnost trvalého záznamu s relativně nízkým odběrem proudu dělá z akcelerometrů jedinečné, moderní a finančně nenáročné přístroje (13).

DISKUSE A ZÁVĚR

Porucha hybnosti a funkce horní končetiny je následkem u značného procenta pacientů po získaném poškození mozku a její obnova bývá pro pacienty prioritou (1). Obnova ztracené hybnosti však nutně nemusí znamenat, že pacienti budou schopni paretickou horní končetinu umět zapojovat do běžných aktivit denního života v jejich reálném prostředí (9). Je proto důležité mít prostředky, které budou schopné měřit výkon horní končetiny i mimo klinické prostředí. Akcelerometry se ukazují jako vhodné nástroje. Tyto speciální senzory jsou schopné monitorovat pohyb horní končetiny v klinickém i domácím prostředí pacienta. Pro tento účel se jeví vhodné senzory navržené KRL 1. LF UK a VFN ve spolupráci s firmou Princip, jež v projektech sekundární prevence VZP i mimo tyto projekty senzory vyvíjela a používala je u pacientů po poškození mozku.

Monitorování horních končetin během všedních denních činností v reálném prostředí pacienta však není pro ergoterapeuty jedinou formou, jak akcelerometry využít. Neméně důležitým principem akcelerometrů je pozitivní zpětná vazba. Je dokázáno, že pozitivní emoce silně aktivizují plasticitu mozku (20). Akcelerometry, založené na pozitivní zpětné vazbě, výrazně zlepšují množství i kvalitu fyzické aktivity horní končetiny a jsou označovány jako virtuální terapeut, který permanentně sleduje pacienta. Připomínají pacientům, aby svou horní končetinu zapojovali do ADL a více je tak motivují pro spolupráci během celého rehabilitačního procesu (17, 22, 26). Vedou k celkově aktivnějšímu přístupu pacientů zejména při dodržování zásad a intenzity cvičení, a i sami pacienti poukazují na fakt, že pocit sledování pohybu posiluje pocit jejich zodpovědnosti k vykonávání doporučeného cvičení (26). Akcelerometry jsou někdy označovány jako nositelná zařízení, neboli nositelné senzory (Wearable sensors) (14). Stejně tak jsou označovány i takzvané fitness náramky nebo smartwatch (chytré hodinky). Jedná se o velmi populární zařízení nošená uživateli na horní končetině. Bylo prokázáno, že tato moderní zařízení motivují své uživatele k vyšší fyzické aktivitě, mají na ně preventivní vliv a celkově podporují jejich zdraví a zvyšují kvalitu jejich života. Náramky svým uživatelům připomínají, že se nehýbou a díky záznamu jejich fyzické aktivity zvyšují jejich motivaci pro pohyb. Uživatelé těchto náramků je označují jako své „osobní fitness trenéry“ (7, 16). Mezi těmito chytrými hodinkami a akcelerometry, poskytujícími zpětnou vazbu, lze nalézt některé souvislosti, například podobná označení (virtuální terapeut a osobní fitness trenér). Akcelometry, které byly vyvinuty (HW i SW) pro pacienty po získaném poškození mozku potvrzují skutečnost, že rehabilitační intervence a její úspěšnost je mimo klasické i neurofyziologické metody spojená i s používáním moderních technologií.

Adresa ke korespondenci:

Bc. Jana Trpková

Ředice 19

264 01 Sedlčany

e-mail: janatrpkova@seznam.cz