Введение

Неуклонный рост числа проводимых операций тотального эндопротезирования коленного сустава (ТЭКС) является общемировой тенденцией, которая обусловлена целым рядом факторов. Так, к примеру, в США прогноз на проведение оперативных вмешательств данного типа определяет дальнейшую тенденцию роста: к 2040 г. ожидается более 1 млн. 200 тыс. операций, а к 2060 г. количество ТЭКС достигнет почти 3 млн. операций [1].

Коленный сустав в организме человека выполняет несколько принципиально важных функций: опорность, мобильность, амортизацию. Биомеханика движения коленного сустава и его патофизиология при остеоартрозе (ОА) являются фундаментальными основами для понимания механизмов восстановления функционирования после проведенной операции по имплантации сустава. K. Wang и соавт. было проведено масштабное исследование по 3D-моделированию опорно-двигательного аппарата человека с детальной реконструкцией суставной биомеханики для симуляции различных моторных актов, таких как ходьба по прямой, бег, ходьба по лестнице, приседание, стояние на коленях и пр., с целью их изучения [2].

Систематический обзор L. Sosdian и соавт. включал анализ 1765 публикаций [3], из которых было выделено 19 исследований, описывающих трехмерный анализ походки до и после артропластики коленного сустава. Авторы обзора указывают, что после проведенного ТЭКС меняется биомеханический паттерн ходьбы, включая уменьшение максимального угла аддукции и приведения колена, в то время как в сагиттальной плоскости происходит увеличение максимального угла сгибания. Однако в проведенном обзоре указывается, что вопрос о степени самостоятельного восстановления без реабилитации биомеханических параметров после эндопротезирования изучен недостаточно и требует дальнейшего изучения.

Chen и соавт. в своем исследовании от 2025 г. показали, что даже через 9 мес. после операции ТЭКС пациенты продолжают сталкиваться с трудностями передвижения по неровным поверхностям, лестницам, подъемам, спускам и т. д. Это напрямую указывает на наличие долгосрочных функциональных нарушений, как правило, являющихся следствием недостаточной реабилитации в послеоперационном периоде, приводящей к сохраняющейся слабости мышц бедра и сложностям выполнения различных сложнокоординированных моторных стереотипов [4]. Все это является безусловной предпосылкой для поиска новых методов реабилитации пациента после операций ТЭКС, направленной на улучшение моторных стереотипов в меняющейся окружающей среде, которая может быть воссоздана в условиях клиники с применением технологий виртуальной реальности, основанной на использовании биологической обратной связи (БОС).

Материал и методы

Проведено проспективное рандомизированное контролируемое исследование с параллельными группами на базе отделения медицинской реабилитации пациентов с поражением опорно-двигательного аппарата и периферической нервной системы Клинической больницы № 1 АО ГК «МЕДСИ».

В исследование включались пациенты по следующим критериям: возраст 60–75 лет; состояние после операции первичного ТЭКС по поводу гонартроза III–IV стадии в раннем периоде реабилитации (начало реабилитационных мероприятий на 5-7-й день после операции); отсутствие сопутствующих заболеваний в стадии декомпенсации, ограничивающих выполнение упражнений. В исследование не включались пациенты с ожирением III степени [индексом массы тела (ИМТ) > 40 кг/м²]; с патологией центральной и периферической нервной системы с вовлечением моторного компонента, оказывающего влияние на походку; ментальными расстройствами, не позволяющими следовать протоколу реабилитации.

Все пациенты были разделены на 2 группы. В контрольной (1-й) группе (n=35) все пациенты получали стандартный курс комплексной реабилитационной программы, который включал: локальную магнитотерапию от аппарата BTL, массаж в электростатическом поле от аппарата «Элгос» (Россия) области оперированной нижней конечности, процедуры лечебной гимнастики в форме индивидуального занятия. Комплекс упражнений направлен на мобилизацию оперированного сустава, укрепление мышц нижних конечностей, тренировку ходьбы и баланса. Длительность курса реабилитации составляла 12 дней.

В основной (2-й) группе (n=35), помимо стандартного курса комплексной реабилитации, проводили тренировки в реабилитационной системе с БОС в условиях цифрового 3D-моделирования виртуальной среды с применением стабилометрического тренинга D-Wall (DIH S.r.l., Florence, Италия) (см. рисунок). Длительность курса комплексной реабилитации также составляла 12 дней.

Методы оценки

• Домены Международной классификации функционирования.
  Функции тела: проводили оценку выраженности боли по Визуальной аналоговой шкале (ВАШ, 0–10 баллов); оценку амплитуды движений в оперированном коленном суставе проводили с использованием гониометра.
  Активность: оценивали с использованием теста 6-минутной ходьбы (Т6 МХ).
  Участие: оценивали с учетом данных по шкале WOMAC (Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index, Индекс остеоартрита Западного Онтарио и Университета МакМастер)
• Подометрическое исследование проводилось с использованием диагностического инструмента реабилитационной системы C-Mill (Motek Medical, Нидерланды): измерение скорости ходьбы, симметрии шага (соотношение длительности опоры правой/левой ноги)

Статистический анализ

Данные обрабатывали с использованием пакета SPSS 26.0. Для сравнения групп применяли дисперсионный анализ (ANOVA). Уровень значимости принимался как p < 0,05.

Результаты

Группы пациентов исходно были сопоставимы по возрасту, полу, сопутствующей патологии и тяжести основного заболевания (табл. 1).

Эффективность курса комплексной реабилитации пациентов в раннем периоде после ТЭКС в сочетании и без включения тренировки в реабилитационной системе с БОС в условиях цифрового 3D-моделирования виртуальной среды с применением стабилометрического тренинга D-Wall оценивалась с применением объективизации состояния пациента с учетом доменов Международной классификации функционирования, ограничений жизнедеятельности и здоровья (МКФ).

Так, в части раздела «Функции тела» оценка доменов b280, b152, d240 проводилась по ВАШ. В результате проведенного курса комплексной реабилитации у пациентов в обеих сравниваемых группах была отмечена положительная динамика в отношении выраженности болевого синдрома (табл. 2). У пациентов в 1-й группе, получавших только стандартную комплексную программу реабилитации, уровень боли снизился до 0–3 баллов. Это указывает на значимое улучшение состояния пациентов, однако у части участников сохранялась умеренная боль при нагрузке или активных движениях. Во 2-й группе пациентов, дополнительно выполнявших тренировки в реабилитационной системе D-Wall, конечный уровень боли составил 0–2 балла, что чаще всего интерпретировалось как слабая боль или ее полное отсутствие. Для анализа внутригрупповых изменений нами использовался парный t-критерий Стьюдента. Результаты показали статистически значимое снижение боли как в 1-й (p < 0,001), так и во 2-й группах (p < 0,001). Однако при межгрупповом сравнении конечных значений с помощью непарного t-критерия Стьюдента было выявлено статистически значимое преимущество 2-й группы (p=0,017).

Оценка функции подвижности в суставе по домену b7101 проводилась по амплитуде движения в оперированном коленном суставе по результатам гонио­метрии, проводимой в начале и в конце курса реабилитации. Восстановление полноценной амплитуды движений в коленном суставе является одним из ключевых целевых показателей реабилитации после ТЭКС. Ограничение амплитуды движения, особенно сгибания, напрямую влияет на функциональные возможности пациента, такие как способность садиться, вставать, подниматься по лестнице и выполнять другие повседневные действия.

В начале реабилитационного курса пациенты обеих групп имели схожие исходные показатели. Исходная амплитуда сгибания в коленном суставе составляла 130–140°, а разгибания – 165–175°. Эти значения свидетельствуют об ограничении мобильности коленного сустава, характерном для раннего послеоперационного периода. Целью реабилитации является достижение максимального восстановления амплитуды движения в оперированном суставе до физиологической нормы. В результате проведенного курса реабилитации по обоим параметрам (амплитуда сгибания и разгибания) наблюдали статистически значимое улучшение внутри каждой группы (p < 0,001), что свидетельствует об эффективности обеих программ реабилитации. Однако межгрупповое сравнение конечных значений показало статистически значимое преимущество результативности по улучшению послеоперационной мобильности в оперированном суставе у пациентов 2-й группы (табл. 3). Это указывает на то, что дополнительные тренировки в системе D-Wall способствуют более выраженному восстановлению амплитуды движений, особенно в части устранения контрактуры разгибания и достижения функционально достаточного объема сгибания.

Функциональная мобильность пациента является одним из наиболее важных показателей успеха реабилитации, поскольку она напрямую коррелирует с качеством жизни. Одним из простых, но информативных тестов для оценки скорости и стабильности ходьбы является Т6 МХ, это надежный и широко используемый метод оценки функциональной выносливости и способности к самостоятельной ходьбе у пациентов после ТЭКС. Он отражает общую физическую работоспособность, координацию движений, силу мышц нижних конечностей и уверенность пациента при передвижении. Тест позволяет измерить дистанцию, которую способен пройти пациент за фиксированное время теста в 6 мин., что дает представление о скорости движения. Анализ полученных результатов тестирования пациентов обеих групп сравнения в динамике реабилитации выявил, что все пациенты после завершения 10-дневного курса реабилитации демонстрировали значительное увеличение пройденного расстояния, однако наибольший прирост был зафиксирован во 2-й группе пациентов, получавших дополнительные тренировки в системе D-Wall.

Так, пациенты 1-й группы увеличили пройденное расстояние до 310 м., что соответствует умеренному, но клинически значимому улучшению. Пациенты 2-й группы достигли значительно более высокого результата – 365 м., что на 55 м. больше, чем в контрольной группе. Таким образом, увеличение расстояния ходьбы в обеих группах было статистически значимым (p < 0,001), что свидетельствует о положительном эффекте любой комплексной программы реабилитации в раннем послеоперационном периоде. Однако межгрупповое сравнение конечных результатов выявило статистически значимое преимущество результативности выполнения теста у пациентов основной группы (p=0,013), указывая на более качественное восстановление мобильности у тех, кто прошел курс комплексной реабилитации, с включением тренировок в системе D-Wall (табл. 4).

Шкала WOMAC является одним из наиболее широко используемых и валидированных инструментов для оценки функционального состояния пациентов с заболеваниями суставов, в частности остеоартритом, и после эндопротезирования. Она состоит из трех подшкал: боль, скованность и функция. В нашем исследовании пациентам проводилось тестирование по подшкале «функция». Полученные исходные данные показывают, что в начале курса реабилитации пациенты обеих групп имели высокий уровень функциональных ограничений, что подтверждается суммарным баллом в диапазоне 49–51. К концу 10-дневного курса эти показатели значительно улучшились, снизившись до 21–15 баллов в обеих группах.

Статистический анализ полученных данных показал, что в рамках проводимой пациентам реабилитации в каждой из групп сравнения произошли значительные улучшения (p < 0,001), и это демонстрирует эффективность проведения ранней послеоперационной реабилитации в аспекте оценки восстановления функциональных возможностей пациента. Однако при проведении межгруппового сравнения было выявлено, что улучшение результативности тестирования было несколько более выраженным во 2-й группе пациентов по сравнению с 1-й группой, и это указывает на потенциальное преимущество дополнительных тренировок в реабилитационной системе 3D-видеореконструкции с БОС на D-Wall (табл. 5). Это говорит о том, что пациенты смогли вернуться к выполнению большинства повседневных действий, таких как одевание, ходьба, подъем по лестнице и сидение. Такое улучшение напрямую отражает эффективность реабилитации.

Оценка биомеханики ходьбы проводилась с использованием диагностического инструмента реабилитационной дорожки С-Mill, которая сочетает платформу для ходьбы, позволяющую оценить параметры ходьбы, с системой БОС-видеореконструкции путем выставления метки на полотно бегущей дорожки. Нами были проанализированы 3 ключевых параметра: процентная асимметрия длины шага свободной походки, смещение цикла ходьбы относительно метода по оси X (продольной) и по оси Y (поперечной). Эти показатели являются объективными маркерами симметрии и точности движений.

В результате полученной комплексной реабилитационной программы пациенты 2-й группы, получавшие дополнительные тренировки в системе D-Wall, продемонстрировали более выраженную динамику восстановления физиологичного паттерна ходьбы по сравнению с пациентами контрольной группы. Так, перед началом курса реабилитации у пациентов была выявлена выраженная асимметрия ходьбы, при этом процентная асимметрия длины шага составляла 22,8%; это свидетельствует о том, что шаг на здоровой конечности был значительно длиннее, чем на оперированной. Смещение по оси X составило 13 мм., а по оси Y – 37 мм. К концу курса реабилитации эти показатели значимо изменились, и асимметрия длины шага снизилась до 6%, смещение по оси X уменьшилось до 4,5 мм., а по оси Y – до 11,8 мм.

Анализ представленных данных доказывает, что тренировки в системе D-Wall оказали многогранное и глубокое воздействие на биомеханику походки. Так, значительное снижение асимметрии длины шага (на 16,8%) свидетельствует о восстановлении равновесия в силе и диапазоне движений между конечностями. Пациенты научились отталкиваться оперированной ногой с такой же силой, как и здоровой, что является важным для реализации физиологичного стереотипа ходьбы. Кроме того, уменьшение смещения по оси X (продольной) на 8,5 мм. и по оси Y (поперечной) на 25,2 мм. говорит о повышении стабильности движений. Меньшее боковое и продольное смещение корпуса во время ходьбы означает, что походка пациента более сбалансирована и стабильна, что снижает динамические энергозатраты и снижает риск падения (табл. 6).

Обсуждение

Проведенное исследование демонстрирует, что дополнение стандартной программы реабилитации тренировками в интерактивной реабилитационной системе D-Wall (DIH S.r.l., Florence, Италия) с возможностью проведения сложнокоординированного тренинга, основанного на БОС-контролируемом включении 3D-видеореконструкции динамических паттернов в раннем послеоперационном периоде после ТЭКС приводит к более выраженному улучшению функциональных, клинических и биомеханических показателей по сравнению с традиционным подходом. Пациенты, получавшие комплексную реабилитацию с использованием D-Wall, продемонстрировали статистически и клинически значимое преимущество по шкале боли ВАШ, амплитуде движений, функциональной выносливости (Т6 МХ), субъективной оценке функции по шкале WOMAC и объективным параметрам биомеханики походки, измеренным на диагностическом инструменте реабилитационной дорожки С-Mill.

Полученные данные согласуются с растущим массивом научных публикаций, указывающих на важность технологически поддерживаемой реабилитации в реабилитации пациентов после ТЭКС, в том числе с привлечением современных технологий. Современные исследования подтверждают, что применение цифровых платформ, основанных на принципах БОС, геймификации и нейромоторного обучения, способствует не только улучшению мотивации пациентов, но и более эффективному формированию физиологичных двигательных паттернов [5]. При этом полученные в исследовании данные в части восстановления функционирования пациентов согласуются с данными других исследователей, применявших различные подходы к расширению программ моторной реабилитации, что свидетельствует о важности поиска новых технологий для улучшения конечного функционального результата [6, 7].

Стабилотренинг с применением технологий БОС давно используется в реабилитационной практике не только для восстановления координационных навыков пациентов, но и для тренировки баланса пациента в условиях меняющейся опоры, в том числе для формирования и закрепления у пациента моторных навыков физиологичного распределения осевой нагрузки [8]. Включение в реабилитационные программы раннего восстановительного периода стабилотренинга с дополненной реальностью для моделирования различных социальных аспектов повседневной жизни направлено на повышение качества жизни пациентов после операции. При этом, в отличие от большинства существующих методов, D-Wall интегрирует тренировку равновесия, силы и координации в единую игровую платформу, что повышает мотивационную составляющую реабилитации и комплексность в восстановлении функционирования при выполнении упражнений.

Стоит учитывать, что полученное в ходе реабилитации улучшение клинико-функциональных параметров выходит за рамки простого повышения скорости или снижения боли, затрагивая фундаментальные аспекты биомеханики и нейромоторного контроля. Возвращение симметрии и стабильности в паттерне ходьбы является ключевым фактором долгосрочной успешности эндопротезирования и предотвращения вторичных осложнений, таких как проблемы в поясничном отделе позвоночника или в других суставах. Таким образом, комплексное применение тренировки с БОС-контролируемым 3D-видеоанализом движений может стать не просто дополнением, но и важным компонентом, обеспечивающим качественное и всестороннее восстановление пациента.

Проведенный анализ полученных в результате исследования данных с привлечением доменов МКФ позволяет учитывать не только клинические показатели, но и качество жизни пациентов. Например, улучшение показателей «участия» на 28% указывает на повышение социальной активности, что особенно важно для пожилых пациентов. Это говорит о том, что пациенты смогли вернуться к выполнению большинства повседневных действий, таких как одевание, ходьба, подъем по лестнице и сидение. Такое улучшение напрямую отражает эффективность реабилитации. Система D-Wall, вероятно, способствует этому через несколько механизмов. Во-первых, она позволяет пациентам выполнять повторяющиеся упражнения в контролируемой среде, что необходимо для формирования двигательных навыков. Во-вторых, игровая форма обучения повышает мотивацию, позволяя пациентам заниматься дольше и интенсивнее, чем при выполнении стандартных упражнений, а также способствует снижению страха перед падением и повышению уверенности в опоре на оперированную конечность благодаря игровой мотивации и безопасным условиям тренировки. В-третьих, система может быть настроена на конкретные функциональные задачи, которые пациент должен будет выполнять в повседневной жизни, делая тренировку более функционально значимой.

Кроме того, высокотехнологичный реабилитационный комплекс может предоставлять визуальную обратную связь, позволяющую пациенту корректировать свои движения в реальном времени, что способствует формированию более эффективного и экономичного двигательного паттерна, в рамках формирования программы процедуры индивидуально включаются упражнения, направленные на развитие силы в мышцах, работающих в фазе опоры (например, четырехглавая, икроножная мышцы), что напрямую влияет на толчковую способность. Также программа тренировок с БОС и видеоконтролем движений позволяет тренировать восстановление баланса и координации, что важно для безопасной и быстрой ходьбы, особенно у пациентов, перенесших операцию на суставе.

Таким образом, полученные данные однозначно указывают на то, что интерактивные технологии, такие как тренировки в реабилитационной системе D-Wall, могут стать важным элементом персонализированной и эффективной реабилитации после операции ТЭКС, которые целесообразно применять в комплексе с общепринятыми реабилитационными методами, позволяя достичь более высокого уровня функционального восстановления в раннем послеоперационном периоде. Это может быть обусловлено использованием интер­активной БОС, возможностью дозированного увеличения амплитуды движения в оперированном суставе под контролем БОС, повышенной мотивацией и частотой повторений движений в игровом формате. В то же время включение тренировок в реабилитационной системе D-Wall в раннем послеоперационном периоде способствует не только ускоренному восстановлению амплитуды движений и снижению боли, но и значительному улучшению функциональной выносливости, что является важнейшим показателем успешной реабилитации.

Заключение

Включение тренировок в интерактивной форме с применением БОС-контролируемой видеореконструкции моторных навыков в реабилитационной системе D-Wall в программу ранней реабилитации после ТЭКС приводит к статистически значимому улучшению функционального статуса пациентов и параметров походки. Полученные данные подтверждают целесообразность применения системы D-Wall в клинической практике для ускорения восстановления двигательной активности и социально-бытовой адаптации пациентов.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Конев Сергей Михайлович (Sergey M. Konev)* – младший научный сотрудник НКЦ № 3, ГНЦ РФ ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б. В. Пет­ровского», Москва, Российская Федерация
Е-mail: koneffseryozha039@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-5907-140X

Конева Елизавета Сергеевна (Elizaveta S. Koneva) – доктор медицинских наук, профессор кафедры спортивной медицины и медицинской реабилитации, ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет); главный специалист по медицинской реабилитации, АО ГК «МЕДСИ»; ведущий специалист отдела высшего и дополнительного профессионального образования и непрерывного медицинского образования научно-образовательного центра, ГНЦ РФ ФГБНУ «РНЦХ им. акад. Б. В. Пет­ровского», Москва, Российская Федерация
Е-mail: elizaveta.coneva@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0002-9859-194X

Хаптагаев Тимур Будаевич (Timur B. Khaptagaev) – соискатель кафедры спортивной медицины и медицинской реабилитации, ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет); врач – травматолог-ортопед отделения медицинской реабилитации Клинической больницы № 1, АО ГК «МЕДСИ», Москва, Российская Федерация
Е-mail: khaptagaev.tb@medsigroup.ru
https://orcid.org/0000-0003-2879-7114

* Автор для корреспонденции

Литература

1. Shichman I., Roof M., Askew N., Nherera L., Rozell J. C., Seyler T. M. et al. Projections and epidemiology of primary hip and knee arthroplasty in Medicare patients to 2040–2060 // JB JS Open Access. 2023. Vol. 8, № 1. Article ID e22.00112. DOI: https://doi.org/10.2106/JBJS.OA.22.00112
2. Wang K., Ren L., Qian Z., Liu J., Geng T., Ren L. Development of a 3D printed bipedal robot: towards humanoid research platform to study human musculoskeletal biomechanics // J. Bionic Eng. 2021. Vol. 18.1. P. 150–170
3. Sosdian L., Dobson F., Wrigley T. V., Paterson K., Bennell K., Dowsey M. et al. Longitudinal changes in knee kinematics and moments following knee arthroplasty: a systematic review // Knee. 2014. Vol. 21, № 6. P. 994–1008
4. Chen F., Seymour H., Zheng N. Comparative analysis of knee biomechanics in total knee arthroplasty patients across daily activities // Bioengineering. 2025. Vol. 12, № 10. P. 1018. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering12101018
5. Bade M. J., Christensen J. C., Zeni J. A. Jr, Christiansen C. L., Dayton M. R., Forster J. E. et al. Movement pattern biofeedback training after total knee arthroplasty: randomized clinical trial protocol // Contemp. Clin. Trials. 2020. Vol. 91. Article ID 105973. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cct.2020.105973
6. Christiansen C. L., Bade M. J., Davidson B. S., Dayton M. R., Stevens-Lapsley J. E. Effects of weight-bearing biofeedback training on functional movement patterns following total knee arthroplasty: a randomized controlled trial // J. Orthop. Sports Phys. Ther. 2015. Vol. 45, № 9. P. 647–655. DOI: https://doi.org/10.2519/jospt.2015.5593
7. Zeni J. Jr, Abujaber S., Flowers P., Pozzi F., Snyder-Mackler L. Biofeedback to promote movement symmetry after total knee arthroplasty: a feasibility study // J. Orthop. Sports Phys. Ther. 2013. Vol. 43, № 10. P. 715–726. DOI: https://doi.org/10.2519/jospt.2013.4657
8. Curzio L. D., Paolucci T., Miccinilli S., Bravi M., Santacaterina F., Giorgi L. et al. The role of virtual reality, exergames, and digital technologies in knee osteoarthritis rehabilitation before or after total knee arthroplasty: a systematic review of the interventions in elderly patients // Medicina (Kaunas). 2025. Vol. 61, № 9. P. 1587. DOI: https://doi.org/10.3390/medicina61091587