Кинематическая тренировка у пациентов с болью в шее на основе классификационного подхода машинного обучения

Хроническая идиопатическая боль в шее представляет собой одно из наиболее распространённых заболеваний опорно-двигательного аппарата во всём мире и характеризуется рецидивирующими эпизодами, колеблющейся интенсивностью симптомов и частым переходом в стойкую нетрудоспособность. Хотя клиническое ведение обычно сосредоточено на краткосрочном уменьшении боли, более существенное бремя для общества возникает из-за рецидивов и хронизации, а не из-за изолированных острых эпизодов. Рецидивирующая боль в шее способствует повторным обращениям за медицинской помощью, продолжительному отсутствию на работе, снижению производительности и росту расходов на здравоохранение. Несмотря на широкое использование реабилитации на основе упражнений, показатели рецидивов остаются высокими, что позволяет предположить, что преобладающие подходы к лечению могут недостаточно учитывать механизмы, лежащие в основе стойкой дисфункции. Поскольку распространённость боли в шее продолжает расти среди населения трудоспособного возраста, разумно задаться вопросом, адекватно ли современные модели реабилитации воздействуют на нервно-мышечные и сенсомоторные факторы, способствующие хронизации и повторным обострениям симптомов.

Большинству лиц, обращающихся за физиотерапией, ставится диагноз неспецифической или идиопатической боли в шее — широкой категории, охватывающей разнородные клинические проявления с различными комбинациями боли, скованности, головокружения, зрительных нарушений и нарушения контроля движений. Пациенты могут существенно различаться по двигательным стратегиям, проприоцептивной точности, нервно-мышечной координации и адаптивным двигательным паттернам, однако их часто ведут с использованием стандартизированных протоколов упражнений. Традиционные инструменты клинической оценки эффективны для различения пациентов и лиц без симптомов, но обладают ограниченным разрешением для выявления значимых подгрупп в популяции с идиопатической болью в шее. За последнее десятилетие ориентированная на пациента оценка при спинальных расстройствах часто полагалась на числовые шкалы оценки боли и опросники нетрудоспособности, тогда как сравнительно меньше внимания уделялось объективной оценке механизмов нервно-мышечного контроля, которые могут способствовать хронизации. Новые данные демонстрируют, что лица с историей боли в шее проявляют стойкие изменения сенсомоторной функции даже во время ремиссии симптомов, что подразумевает, что лежащие в основе нервно-мышечные адаптации могут предрасполагать людей к рецидивам и снижать устойчивость к механическим или психосоциальным стрессорам.

Шейный сенсомоторный контроль, часто концептуализируемый как цервико-цефалическая кинестетическая осведомлённость, интегрирует проприоцептивный сигнал от шейной мускулатуры и суставных механорецепторов с визуальной и вестибулярной информацией для координации точного позиционирования головы и плавных движений глаз-голова. Изменённый афферентный сигнал из шейного отдела может нарушать эту интеграцию, приводя к неточному восприятию движения, нарушению чувства положения и неадаптивным стратегиям двигательного выхода. Длительные проприоцептивные нарушения могут вызывать изменения центральной нейронной пластичности в стволе мозга и корковых сенсомоторных сетях, потенциально поддерживая дисфункцию за пределами начального болевого эпизода и способствуя сохранению хронических симптомов. Систематические обзоры сообщают о различных результатах относительно величины кинестетических нарушений в популяциях с болью в шее, что, вероятно, отражает гетерогенность набора участников, различия в продолжительности симптомов и вариабельность функциональных дефицитов. Эти несоответствия подчёркивают важность многомерной характеристики сенсомоторной производительности, а не зависимости от изолированных параметров или результатов единичных тестов.

Кинестетический тренинг, направленный на точность движений, проприоцептивную перекалибровку и скоординированный двигательный выход, продемонстрировал клинически значимые краткосрочные улучшения в боли и нетрудоспособности, причём некоторые эффекты сохранялись в течение нескольких месяцев. Однако примерно у одной трети пациентов не наблюдается улучшения интенсивности боли или нетрудоспособности, и почти у половины не отмечается измеримого прогресса в объективных переменных кинематической производительности. Кроме того, сообщалось о показателях отсева до двадцати процентов, часто связанных с дискомфортом, усталостью или обострением симптомов во время упражнений, которые бросают вызов нарушенным сенсомоторным системам. Эти наблюдения позволяют предположить, что единые реабилитационные протоколы могут не оптимально учитывать индивидуальные нервно-мышечные профили и что вмешательства, специфичные для подгрупп, могут повысить отзывчивость на лечение, улучшить приверженность и снизить вариабельность исходов.

Контроль движений шейного отдела включает скоординированное взаимодействие между проприоцептивной, вестибулярной и зрительной системами. Двигательные задачи, выполняемые с различными амплитудами и скоростями, проверяют разные компоненты сенсомоторной обработки и могут выявлять различные паттерны дефицитов. Медленные движения с большой амплитудой увеличивают зависимость от проприоцептивной дискриминации и регуляции плавности, что часто отражается в повышенных значениях индекса рывка при нарушении координации. Более быстрые движения могут задействовать вестибулярно-зависимые механизмы и контроль динамической стабильности. Кроме того, изменённый афферентный сигнал от шейных мышц может влиять на адаптивные пластические изменения в вестибулярно-зависимой чувствительности к движению, потенциально влияя на контроль головы и шеи при более высоких скоростях движения. Следовательно, оценка и тренинг должны включать движения с различными амплитудами и скоростями, чтобы адекватно выявлять нарушения, специфичные для подгрупп.

Тесты контроля движений головы и шеи часто требуют от участников отслеживать визуально представленные цели во время выполнения контролируемых движений, тем самым требуя скоординированного взаимодействия глаз и головы. Важность зрительной системы при боли в шее подтверждается нейрофизиологическими связями между афферентными путями верхнего шейного отдела и зрительными и вестибулярными ядрами на уровне ствола мозга. Пациенты с болью в шее часто проявляют глазодвигательные нарушения, особенно во время манёвров скручивания шеи, вероятно, возникающие из-за изменённого вклада цервико-окулярных и цервико-колликулярных рефлексов. Предыдущие работы предполагали связь между дефицитами шейной кинестезии и контролем движений глаз, однако до сих пор неясно, в какой степени целенаправленный кинестетический тренинг может модифицировать эти глазодвигательные адаптации и совпадают ли такие изменения с улучшениями в боли и функциональном статусе.

Традиционные аналитические стратегии обычно оценивают отдельные кинематические параметры независимо, потенциально упуская сложные взаимодействия между точностью движения, регуляцией амплитуды и плавностью. Высокоразмерные наборы данных, генерируемые при тестировании контроля движений, содержат нелинейные взаимосвязи, которые могут быть недостаточно хорошо уловлены с использованием традиционных одномерных статистических методов. Подходы интеллектуального анализа данных и машинного обучения позволяют выявлять скрытую структуру в многомерных наборах данных и облегчают кластеризацию пациентов по общим функциональным характеристикам. Предыдущие анализы, проведённые на когорте из 135 человек с идиопатической болью в шее, выявили четыре различных кластера на основе комбинаций переменных контроля движений, интенсивности боли и демографических характеристик. Эти кластеры продемонстрировали уникальные кинематические профили, подтверждая существование клинически значимой гетерогенности в этой популяции и предполагая, что могут быть оправданы целенаправленные терапевтические стратегии.

Настоящее исследование применяет основанную на классификации реабилитационную модель, выведенную из этих предыдущих результатов кластеризации. Функция шейной кинестезии будет всесторонне оценена с использованием тестирования контроля движений и теста на возвращение головы в нейтральное положение, дополненного демографическими и клиническими переменными, включая интенсивность боли. Участники будут отнесены к ранее определённым кластерам с использованием установленных алгоритмов классификации, которые интегрируют многомерные данные о движениях и демографические данные. После классификации участники получат либо специфичный для кластера кинематический тренинг, разработанный для воздействия на преобладающие нарушения, характерные для их подгруппы, либо общую программу кинематического тренинга, не адаптированную к принадлежности к кластеру. Структура, частота и продолжительность воздействия тренинга будут сопоставимы между группами, чтобы гарантировать, что различия в исходе обусловлены содержанием, а не дозой. Трёхмесячные контрольные измерения будут проведены для оценки устойчивости эффектов вмешательства и изучения того, влияет ли индивидуализированная реабилитация на среднесрочную стабильность симптомов.

Оценка контроля движений будет включать визуально управляемые задачи отслеживания головы, выполняемые с инерциальными измерительными блоками, захватывающими данные о высокоразрешающем угловом смещении в реальном времени. Участники выполнят повторные попытки по четырём постепенно усложняющимся траекториям движения, характеризующимся увеличением амплитуды и скорости цели, чтобы систематически нагружать разные компоненты сенсомоторной системы. Полученные параметры будут включать время точности, представляющее процент времени попытки в пределах целевой зоны; недостижение и перерегулирование, представляющие ошибки контроля амплитуды по направлению; индекс рывка, отражающий плавность движения, выведенный из третьей производной данных о положении; и точность амплитуды, рассчитываемая как среднее угловое несоответствие между целью и выполненным движением. Чувство положения будет оценено через возвращение с завязанными глазами к самостоятельно выбранному нейтральному положению головы, с абсолютной ошибкой, вычисленной по повторениям и направлениям движения для количественной оценки точности восстановления положения. Глазодвигательный контроль будет оценён с использованием теста плавного слежения в нейтральном положении и положении скручивания, причём записи движений глаз будут отфильтрованы от артефактов, синхронизированы с эталонными траекториями и проанализированы для вычисления коэффициента слежения как отношения амплитуды скорости глаз к амплитуде скорости цели. Шейный диапазон движений будет количественно определён во всех основных плоскостях движения для характеристики профилей подвижности и потенциальных различий подгрупп, связанных с подвижностью.

Обработка данных будет включать систематическую фильтрацию сигналов движения и движений глаз, удаление морганий и саккад, где это уместно, синхронизацию эталонных траекторий, нормализацию циклов движения и усреднение по повторениям для обеспечения стабильной оценки параметров. Статистические анализы будут выполнены с использованием дисперсионного анализа с повторными измерениями для оценки взаимодействий время-группа по базовым, пост-вмешательным и контрольным оценкам. Предположения о нормальности будут проверены с использованием метрик распределения, и преобразования данных будут применены при необходимости для удовлетворения предположений модели. Процедуры машинного обучения для назначения кластеров будут проведены с использованием специального программного обеспечения для интеллектуального анализа данных, в то время как инференциальные статистические анализы будут выполнены с использованием установленных статистических пакетов. Величины эффекта будут интерпретированы вместе со статистической значимостью для контекстуализации клинической релевантности.

Интегрируя многомерное кинематическое профилирование со стратегиями реабилитации, специфичными для подгрупп, это исследование стремится определить, улучшает ли основанный на классификации тренинг клинические исходы, усиливает нервно-мышечную адаптацию и снижает вариабельность ответа на лечение по сравнению с традиционной неиндивидуализированной кинематической реабилитацией. Кроме того, исследование направлено на уточнение механистических взаимосвязей между улучшениями в шейном сенсомоторном контроле и изменениями в интенсивности боли, нетрудоспособности, головокружении, зрительных симптомах и глазодвигательной функции. Ожидается, что результаты внесут вклад в разработку персонализированных, основанных на механизмах моделей реабилитации, направленных на снижение рецидивов, ограничение хронизации и улучшение долгосрочных функциональных исходов у лиц с идиопатической болью в шее.