Применение электро-мышечной стимуляции в ангиологии

Использование электрического тока с целью стимуляции кровообращения имеет давнюю историю. Еще в середине ХХ века, когда сформировались представления о ведущем значении мышечного сокращения в обеспечении оттока венозной крови из нижних конечностей [Almen 1962] и определилась роль суральных синусов, как основных зон венозной стагнации [Mclahlin 1960, Cotton 1965], электрическая стимуляция мышц голени (ЭМС) стала активно внедряться в клиническую практику для профилактики послеоперационных венозных тромбозов. Не смотря на отсутствие подходящих технических решений и выраженный болевой синдром при использовании первых миостимуляторов, методика позволяла достоверно снижать частоту развития венозных тромбозов после хирургических вмешательств [Bonstrom 1986, Browse 1970, Dejode 1973, Lindstrom 1982, Nicolaides 1972, Rosenberg 1975]. В дальнейшем ЭМС из широкой клинической практики была вытеснена более простыми и доступными механическими средствами активизации кровообращения. На сегодняшний день появление на рынке современных безопасных и эффективных электромиостимуляторов, лишенных недостатков своих предшественников, вновь привлекает внимание клиницистов и исследователей к данной методике.

Одним из инновационных технических решений для проведения электрической стимуляции мышц голени является устройство Veinoplus, отличительной особенностью которого является специально подобранные параметры электрического тока, позволяющие безопасно, эффективно и практически безболезненно активизировать кровообращение в нижних конечностях. Veinoplus генерирует двухфазный псевдосимметричный переменный ток модулируемой частоты (1-250 Гц) с меняющейся продолжительностью прямоугольного монополярного электрического импульса (25-240 мксек). Изменяющаяся частота тока обеспечивает как слабо ощутимые подергивания отдельных мышечных волокон (при частоте до 30 Гц), так и мощное тетаническое сокращение стимулируемой мышцы (при частоте более 30 Гц) [Reed 1997]. Подобное чередование обуславливает отсутствие серьезных болевых ощущений и хорошую переносимость процедуры. Электрические импульсы подаются залпами общей продолжительностью 160 мсек, из которых подъем и спад составляют 110 мсек, а плато – 50 мсек.  Наличие подъема и спада необходимо для  исключения неожиданности мышечного сокращения, которое может быть чревато рефлекторным повышением тонуса мышц-антагонистов [Reed 1997].

Основным результатом электрической стимуляции является кратковременное тетаническое сокращение икроножной и камбаловидной мышц голени, что способствует опорожнению суральных синусов, значительному увеличению пиковой и объемной скорости кровотока, снижению давления в венозном конце капилляра с увеличением артерио-венозного градиента давления и усилением артериального притока. При этом превалирующий эффект ЭМС зависит от частоты мышечных сокращений.

Как показало экспериментальное гемодинамическое исследование Griffin М и соавт. [2010], частота мышечных сокращений до 8 раз в минуту обеспечивает наиболее высокие показатели линейной скорости кровотока на подколенной вене за счет адекватного наполнения суральных синусов в паузы между контракциями. В то же время увеличение частоты контракций до 60-120 в минуту способствует значительному снижению пиковой и объемной скорости венозного оттока, измеренных за одно сокращение. Между тем, общий объем оттекаемой из конечности крови за минуту прогрессивно увеличивается, достигая 240 мл/мин или 14400 мл/час, что существенно превышает аналогичный показатель для устройств пневматической компрессии [Comerota 2011].

Таким образом, сочетание низко- и высокочастотных мышечных сокращений в течение заданного времени может обеспечивать различные клинические эффекты. Так, для профилактики венозных тромбозов наибольшее значение имеет уровень пиковой скорости кровотока, определяющей величину напряжения сдвига, регулирующего тромборезистентные свойства эндотелия [Papaioannou 2005]. Известно, что высокие значения напряжения сдвига, напрямую зависящие от величины линейной скорости кровотока, стимулируют синтез эндотелиальными клетками релаксирующего фактора, простациклина, факторов фибринолиза, блокируют высвобождение прокоагулянтных агентов и способствуют поддержанию целостности внутренней оболочки сосуда [Papaioannou 2005].  Также для профилактики тромбоза большую роль играет полноценность дренирования сурального синуса.
Для борьбы с явлениями хронической венозной недостаточности наиболее значимым фактором является степень разгрузки венозного и микроциркуляторного русла, которая определяется объемом оттекаемой от конечности крови. При этом максимальный объем венозного оттока обеспечивает высокочастотное мышечное сокращение.

Для патологии артериального русла большое значение имеет, как опосредованные высоким напряжением сдвига функциональные изменения эндотелиальной выстилки, так и разгрузка микроциркуляторного русла. Снижение давления я венозном конце капилляра приводит к увеличению артерио-венозной разницы гидростатического давления и способствует притоку артериальной крови. При этом интенсивность и частота мышечного сокращения у лиц с облитерирующими заболеваниями нижних конечностей не должна превышать возможности сосудистой системы в обеспечении мышц кислородом и не приводить к ишемическим изменениям тканей.
В соответствии с вышеуказанными представлениями о предпочтительной частоте стимулированных мышечных сокращений, технология Veinoplus на сегодняшний день представлена тремя основными модификациями устройств.

Veinoplus vein – вариант устройства, генерирующий мышечные сокращения с частотой 60-105 в минуту на протяжении 30-минутного сеанса, что обеспечивает значительное уменьшение объема венозного русла нижних конечностей по данным воздушной плетизмографии [Griffin 2010], уменьшает давление в венах тыла стопы [Cywinski 2011],   способствует снижению продолжительности рефлюкса крови на большой подкожной и подколенной венах [Zuccarelli 2005] и увеличивает время возвратного кровенаполнения по результатам фотоплетизмографии [Богачев В.Ю. 2010]. С позиции клинической эффективности применение устройства с частотой 1-3 раза в день на протяжении 21-30 суток позволяет уменьшить выраженность болевого синдрома на 42-86%, частоту ночных судорог с 52,5% до 10,4%, купировать венозный отек и улучшить качество жизни у пациентов с варикозной болезнью, ПТФС и флебопатией беременных [Богачев 2010, LeTohic 2009, Zucarrelli 2005]. Существуют также данные, свидетельствующие об эффективности устройства в лечении венозных трофических язв [Zucarrelli 2006, Богачев В.Ю. 2014], в том числе у малоподвижных пациентов [Леваль Б. 2012]. Первые результаты применения ЭМС у пациентов с посттромботическим синдромом на фоне неполной реканализации венозных сегментов после проведения стандартного 6-месячного курса антикоагулянтной терапии свидетельствуют об эффективности методики не только в вопросе купирования явлений хронической венозной недостаточности, но и в отношении ускорения процессов дальнейшей реканализации сосудов [Лобастов К.В. 2014]

Veinoplus arterial. Первые результаты использования технологии для лечения хронических облитерирующих заболеваний артерий нижних конечностей относятся к применению базового аппарата с частотой мышечных сокращений 60-105 в минуту. Было показано, что ЭМС в таком режиме способна увеличивать артериальный приток за счет снижения периферического сосудистого сопротивления, что, вероятно, опосредовано увеличением напряжения сдвига и сосудистой дилатацией, без повышения потребности мышц в кислороде и развития признаков ишемии у пациентов с I-IIa степенью хронической артериальной недостаточности [Abraham 2012]. При частоте 100 сокращений в минуту объемная скорость кровотока в стимулируемой конечности составляла 154 мл/мин по сравнению с 55 мл/мин в нестимулируемой, при этом транскутанное напряжение кислорода и концентрация оксигемоглобина, измеренная методом отраженной пульсоксиметрии на икроножной мышце, достоверно не отличались. Об отсутствии избыточной потребности мышц в кислороде на фоне проведения ЭМС свидетельствует исследование ее эффективности в качестве метода восстановления мышечной работоспособности после изнурительных анаэробных нагрузок у профессиональных спортсменов. 15-минутное применение устройства Veinoplus после интенсивной тренировки обеспечивало сопоставимое с аэробной мышечной активностью вымывание продуктов метаболизма из мышечной ткани (снижение уровня лактата, повышение pH  и уровня бикарбоната). При этом уровень оксигенации гемоглобина и сердечная деятельность находились на уровне пассивного отдыха [Bieuzen 2012].

Дальнейшее развитие технологии в рамках коррекции артериальной патологии было направлено на увеличение удельного веса низкочастотных мышечных сокращений с целью усиления эффектов, опосредованных высоким напряжением сдвига, и обеспечения возможности отдыха мышц между контракциями для предотвращения ишемии у пациентов с тяжелой артериальной недостаточностью. Специально разработанное устройство Veinoplus arterial отличается измененной программой и генерирует мышечные сокращения с частотой от 2 до 120 в минуту в строго определенной запатентованной последовательности на протяжении 1-часового периода работы. Его применение по предварительным данным позволяет увеличивать дистанцию безболевой ходьбы у пациентов с перемежающейся хромотой [Abraham, в процессе], уменьшать болевой синдром покоя у пациентов с критической ишемией, купировать и предотвращать реперфузионный отек после реваскуляризации [Destrieux, в процессе]. Существуют единичные сообщения об ускоренном заживлении смешанных артерио-венозных язв голени при сочетании миостимуляции с хирургическим лечением и терапией простагландинами [Cassar 2012, Nicolaides 2011], а также об удачном использовании технологии в комплексном лечении ишемического варианта синдрома диабетической стопы [Никитин В.Г., 2012]. При этом лечение облитерирующих заболеваний нижних конечностей и их осложнений подразумевает ежедневную многочасовую стимуляцию мышц голени (3 и более часов), что может, по сути,  заменить тренировочную ходьбу, в особенности у малоподвижных пациентов. В связи с отсутствием повышенной потребности мышц в кислороде производитель заявляет об невозможности «передозировки» устройством и рекомендует использовать ЭМС с максимально возможной суточной продолжительность.

Veinoplus DVT. Профилактика венозных тромбозов помимо значительного ускорения кровотока, стимулирующего тромборезистентные свойства эндотелия, требует адекватного дренирования зон максимальной стагнации – суральных синусов. Первый опыт применения технологии также относится к базовому устройству с частотой 60-105 мышечных сокращений в минуту. Исследование регионарной венозной гемодинамики на фоне применения данного аппарата продемонстрировало значительный прирост пиковой скорости кровотока, уровень которой ни в чем не уступал таковому при активном сгибании стопы, как при изолированном использовании, так и при сочетании методики с эластичной компрессией [Лобастов 2012]. При этом также было продемонстрировано существенное дренирование суральных синусов виде уменьшения их диаметра на фоне стимулированного мышечного сокращения вплоть до полной окклюзии [Лаберко 2012]. Включение ЭМС с кратностью проведения 20-минутных процедур более 5 раз в сутки в комплексную программу профилактики венозных тромбоэмболий позволило достоверно снизить частоту развития послеоперационных венозных тромбозов в 10 раз у пациентов из группы крайне высокого риска [Кузнецов 2012].

Дальнейшее развитие технологии в этом направлении идет по пути разработки аппарата с увеличенным удельным весом низкочастотных сокращений, обеспечивающих максимально возможные уровни пиковой скорости кровотока и пролонгированный режим работы. Госпитальный вариант аппарата Veinoplus DVT характеризуется увеличенной до 3-х часов продолжительностью программы беспрерывной стимуляции, в течение которой генерируются в строго определенной последовательности мышечные сокращения с частотой 2-120 контракций в минуту. При этом мышечные контракции низкой частоты, характеризующиеся наиболее полным наполнением суральных синусов, максимальной «преднагрузкой» на мышечно-венозную помпу голени и максимальным ускорением кровотока, вызывают серьезный дискомфорт, поэтому они чередуются с комфортными высокочастотными сокращениями. От нового устройства следует ожидать более интенсивного ускорения кровотока, более полного опорожнения суральных синусов и высокую приверженность пациентов лечению. По нашим данным комплаентность пациентов при использовании базового устройства ЭМС для профилактики венозных тромбозов приближается к 100%, а медицинского персонала – 60-70%, что существенно превышает аналогичный показатель для эталонного метода механической профилактики венозных тромбоэмболий – интермиттирущей пневмокомпрессии. В отношении комплаентности медицинского персонала при работе с новым устройством, следует ожидать ее повышения за счет пролонгирования периода беспрерывной стимуляции, что снижает кратность включения устройства и нагрузку на работников.

Существует еще одна точка приложения электрической стимуляции – лечение лимфатического отека. Точные механизмы эффективности методики в этом вопросе пока не установлены, однако клинический опыт демонстрирует значительные улучшения морфологии и функции верхней конечности у пациенток с постмастэктомическим отеком [Андрианов 2010]. Вероятно, значение имеет как вклад венозной патологии в развитие лимфедемы, так и изменения на уровне микроциркуляторного русла на фоне проведения миостимуляции, обеспечивающие значительную резорбцию интерстициальной жидкости в сосудистый компартмент.
Открытым остается вопрос о возможности применения электрической стимуляции мышц голени на фоне острого тромбоза. С одной стороны, современные клинические рекомендации предусматривают активный двигательный режим для пациентов с острой тромботической окклюзией, но с другой стороны отсутствуют данные о риске развития легочной эмболии при столь интенсивной стимуляции венозного оттока. Наш опыт проведения миостимуляции включает 9 случаев дистального венозного тромбоза у малоподвижных пациентов. В результате применения ЭМС и компрессионной терапии по данным инструментального скрининга легочная эмболия не была выявлена ни в одном случае. При этом наблюдали ускоренную реканализацию вен голени в виде появления мозаичного кровотока при ангиосканировании уже на 10-14 сутки вплоть до полной реканализации вен через три недели применения методики. Следует отметить, что данные пациенты не получали лечебных доз прямых антикоагулянтов по объективным причинам.

Таким образом, инновационная технология электрической стимуляции мышц голени имеет широкие перспективы применения в сосудистой хирургии, как для лечения нарушений венозного и лимфатического оттока, так и для коррекции артериальной недостаточности. Накапливающаяся в последние годы доказательная база по использованию технологии Veinoplus позволяет рекомендовать ее для широкого клинического применения в разных областях ангиологии.

Список литературы

1. Almen T, Nylander G. Serial phlebography of the normal lower leg during muscular contraction and relaxation.Actaradiol. 1962 Jul; 57:264-72
2. Mclachlin AD,  Mclachlin JA, Jory TA, Rawling EG. Venous stasis in the lower extremities. AnnSurg. 1960 Oct;152:678-85.
3. Cotton LT, Clark C. Symposium on thrombosis: anatomical localization of venous thrombosis. Ann R CollSurgEngl 1965;36:214–24.
4. Boström S, Holmgren E, Jonsson O, Lindberg S, et al. Post-operative thromboembolism in neurosurgery. A study on the prophylactic effect of calf muscle stimulation plus dextran compared to low-dose heparin.ActaNeurochir (Wien). 1986;80(3-4):83-9.
5. Browse NL, Negus D. Prevention of postoperative leg vein thrombosis by electrical muscle stimulation: an evaluation with 125I-labelled fibrinogen. Br Med J 1970;3:615-8.
6. Dejode LR, Khurshid M, Walther WW. The influence of electrical stimulation of the leg during surgical operations on the subsequent development of deep-vein thrombosis.Br J Surg. 1973 Jan;60(1):31-2
7. Lindström B, Holmdahl C, Jonsson O, Korsan-Bengtsen K, et al. Prediction and prophylaxis of postoperative thromboembolism--a comparison between peroperative calf muscle stimulation with groups of impulses and dextran 40.BrJSurg. 1982 Nov;69(11):633-
8. Nicolaides N., Kakkar VV, Field ES, Fish  P. Optimal Electrical Stimulus for Prevention of Deep Vein, Thrombosis British Medical Journal, 1972, 3, 756-758
9. Rosenberg IL, Evans M, Pollock AV. Prophylaxis of postoperative leg vine thrombosis by low dose subcutaneous heparin or peroperative calf muscle stimulation: a controlled clinical trial. BrMedJ. 1975 Mar 22;1(5959):649-51
10. Reed B. The physiology of neuromuscular electrical stimulation. Pediatr Phys Ther. 1997; 9: 96-102
11. Griffin M, Nicolaides AN, Bond D, Geroulakos G, et al. The efficacy of a new stimulation technology to increase venous flow and prevent venous stasis. Eur J VascEndovasc Surg. 2010 Dec;40(6):766-71.
12. Comerota AJ, Intermittent pneumatic compression for DVT prophylaxis. SUPPLEMENT TO ENDOVASCULAR TODAY, 2011, OCT: 3-5
13. Papaioannou TG, Stefanadis C Vascular wall shear stress: basic principles and methods. Hellenic J Cardiol. 2005 Jan-Feb;46(1):9-15
14. J. Cywinski. NEW INSIGHTS ON EFFECTS OF ELECTRO-STIMULATION OF CALF-PUMP. A REVIEW OF PRELIMINARY FINDINGS USING VEINOPLUS* DEVICE AND THEIR IMPLICATIONS FOR TED AND PAD. Suppl Int Ang, October 2011
15. Zuccarelli F., Launay J.,  Magrex J., Le Mollard R., Fargier P., Pujo3 M. ACTIVATION OF THE CALF MUSCLE PUMP ACTION BY ELECTRO-STIMULATION WITH VEINOPLUS DEVICE. Angeologie 2005;57(2), 48-54.
16. Zuccarelli F., Le Magrex J., Pujo M. Sur un cas de guerison d’une ulceration chronique de 50 ans d’age par utilization de Veinoplus. Angeologie 2006: 58;3-33
17. Богачев В.Ю., Голованова О.В., Кузнецов А.Н. Электромышечная стимуляция – новый метод лечения хронической венозной недостаточности, Флебология 2010 1:4:22-27
18. Богачев1 В. Ю., Васильев  В. Е., Лобанов  В. Н., Голованова  О. В.,  Кузнецов  А. Н., Ершов  П. В. Электромышечная стимуляция в лечении венозных трофи¬ческих язв. Флебология  2014; 3: 18-24
19. Ле Тоик А., Бастьян Э., Пюжо М и др. Влияние электростимуляции на венозный отток из нижних конечностей у беременных. Предварительное исследование. Флебология 2009 2:3:18-26
20. Leval B, Obolenskiy V, Nikitin V. ELECTRIC PULSE CALF MUSCLE STIMULATION IN TREATMENT OF PATIENTS WITH DIABETIC FOOT SYNDROME. Presented at European Wound Management Association Conference, Vienna, 05/2012.
21. Leval B, Nikitin V, Obolenskiy V. ELECTRIC PULSE MUSCLE STIMULATION IN TREATMENT OF LOW PHYSICAL ACTIVITY PATIENTS WITH VENOUS STASIS ULCERS  Presented at European Wound Management Association Conference, Vienna 2012
22. Лобастов К.В., Рыжкин В.В., Воронцова А.В., Баринов В.Е., Лаберко Л.А. Предварительная оценка эффективности электрической стимуляции мышц голени в комплексном лечении посттромботического синдрома. 7-й Санкт-Петербургский Венозный форум. Актуальные вопросы флебологии, 5-6 декабря 2014 года, Санкт-Петербург – Сборник тезисов / Под редакцией Е.В. Шайдакова – СПб.: изд-во «Альта Астра» 2014б с.29-30
23. Abraham P, Mateus V., Bieuzen F., Ouedraogo N., Cisse F., Leftheriotis G CALF MUSCLE STIMULATION WITH THE VEINOPLUS® DEVICE, RESULTS IN A SIGNIFICANT INCREASE IN LOWER LIMB INFLOW WITHOUT GENERATING LIMB ISCHEMIA OR PAIN IN PATIENTS WITH PERIPHERAL ARTERY DISEASE. Presented at XXV World Congress of the International Union of Angiology 2012.
24. BIEUZEN F., TOUSSAINT J-F., HAUSSWIRTH C. HIGH-INTENSITY PERFORMANCE IS RESTORED WITH SHORT-TERM BLOOD FLOW STIMULATION RECOVERY WITH VEINOPLUS. Submitted for publication in April 2012
25. Abraham P. et al The efficacy of electrical calf muscle stimulation on extending the distance of intermittent claudication in patients with PAD. (in Progress)
26. Destrieux L. et al; Publication in progress.…
27. Cayman F. et al. Publication in progress.…
28. Nicolaides A., Georgiou N. LOWER LIMB ULCER CASE REPORT WITH SEVERE ARTERIAL AND CHRONIC VENOUS DISEASE TREATED WITH A COMBINATION OF ELECTROSTIMULATION (VEINOPLUS) AND PROSTAGLANDINS. Presented at European Venous Forum Workshop,Vienna 05/2011
29. Cassar K. EXTENSIVE LOWER LIMB ULCERATION CAUSED BY IATROGENIC ARTERIOVENOUS FISTULA AND PERIPHERAL ARTERIAL DISEASE: USE OF VEINOPLUS CALF MUSCLE STIMULATION. Case report submitted to Ad Rem Technology (2012)
30. Лобастов К.В., Бармотин Н.А., Баринов В.Е., Лаберко Л.А., Кузнецов Н.А. Регионарная венозная гемодинамики на фоне неспецифических методов профилактики венозных тромбоэмболий, Флебология 2012, №4 (в печати)
31. Лаберко Л.А., Баринов В.Е., Лобастов К.В., Бармотин Н.А. Гемодинамическая эффективность электрической стимуляции мышц голени. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2012, №6 (в печати)
32. Кузнецов Н.А., Лаберко Л.А., Лобастов К.В., Баринов В.Е., Горшков К.М., Асратян С.А. Возможности электро-мышечной стимуляции венозного оттока в комплексной профилактике венозных тромбоэмболических осложнений у хирургических пациентов. Флебология, 2012, №2, с.19-24
33. Андрианов О.В., Шахсуварян С.Б., Мирозян Э.И. и др. Инновационные методы комплексной реабилитации юольных с постэктомическим синдромом. Материалы VIII Международной конференции Ассоциации флебологов России, Москва 2010