Влияние неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга на локомоторные функции пациентов с двигательными нарушениями центрального генеза

Основой ритмической организации локомоторного акта считается объединение нейронных цепей на уровне спинного мозга. Предположение о том, что спинной мозг может содержать нейрональные комплексы, необходимые для инициации шагательных движений, было выдвинуто еще в начале прошлого столетия, когда Ч. Шеррингтон показал, что кошка после децеребрации и перерезки спинного мозга способна выполнять рудиментарные шагательные движения [1].

На сегодняшний день существование сетей, объединяющих нервные клетки спинного мозга и продуцирующих ритмические движения в отсутствии сознательного усилия и без помощи периферической афферентной обратной связи, доказано для большинства млекопитающих, включая человека [2—4].

Эти специальные функциональные структуры получили название генераторов шагательных движений (ГШД). Исследования ГШД приобрели широкое распространение и стали важной проблемой в области изучения локомоции. Интерес к данной проблеме со стороны экспериментаторов и клиницистов связан с важной прикладной направленностью исследований, поскольку изучение ГШД открывает возможности для разработки новых подходов в реабилитации спинальных больных [5, 6].

В настоящее время известно несколько неинвазивных способов активации ГШД [7]. Непроизвольные шагательные движения у здоровых испытуемых можно вызвать вибрацией сухожилий мышц бедра и голени [8], электрической стимуляцией периферического нерва [4], механической стимуляцией опорной поверхности стопы [9] и электромагнитной стимуляцией спинного мозга [4]. Недавно было продемонстрировано, что чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ) способна вызывать непроизвольные шагательные движения (запуск ГШД) у здоровых испытуемых в условиях внешней поддержки ног в горизонтальной вывеске [2], а также локомоторную активность по движущейся ленте тредбана у децеребрированных и спинализированных кошек [3]. Эти исследования послужили предпосылкой для изучения эффектов ЧЭССМ при нарушениях двигательных функций различного генеза [10]. Исследования в этом направлении в нашей стране и за рубежом начались сравнительно недавно и требуют изучения физиологических механизмов воздействия ЧЭССМ на нервно-мышечные структуры [10, 11].

Цель исследования — оценить влияние ЧЭССМ на электрическую активность мышц нижних конечностей пациентов c двигательными нарушениями, связанными с патологией кровообращения головного мозга.

Исследование проводили на базе ГУЗ «Центральная клиническая медико-санитарная часть им. В.А. Егорова» Ульяновска. В исследовании принимали участие 10 пациентов с двигательными нарушениями, вызванными инсультом головного мозга, в неврологическом статусе которых отмечались моно- и парапарезы, плегия нижних конечностей. Среди пациентов, включенных в исследование, женщин было 40%, мужчин — 60%. Возраст больных находился в диапазоне от 32 до 70 лет. В соответствии с принципами Хельсинкской декларации, у всех пациентов было получено информированное письменное согласие на участие в исследовании.

Во время процедуры испытуемые располагались в положении лежа на спине на кушетке специализированного аппаратно-программного комплекса для ЧЭССМ и механотерапии с биологической обратной связью, разработанного для лечения пациентов с вертеброспинальной патологией (ООО «Косима», Россия). Согласно инструкции, пациенты должны лежать спокойно и не препятствовать (не способствовать) мышечным ответам, вызванным электрической стимуляцией спинного мозга.

Стимулирующий электрод (катод) в виде диска диаметром 2,5 см, изготовленного из токопроводящего пластика (Lead-Lok, Sand point, США), фиксировали по средней линии позвоночника на уровне Т_ХI—Т_ХII между остистыми отростками. Индифферентные электроды (аноды) в виде пластин овальной формы располагали симметрично на коже над гребнем подвздошных костей. В качестве воздействия использовали биполярные электрические стимулы длительностью 0,5 мс; величину тока подбирали индивидуально для каждого испытуемого в зависимости от уровня порога. Частота ЧЭССМ составляла 1; 5 и 30 Гц.

ЧЭССМ проводили ежедневно, 6 раз в неделю (на курс 18 процедур). Длительность 1 процедуры варьировала в диапазоне от 5 до 35 мин на разных этапах курса.

Электромиограммы (ЭМГ) и вызванные моторные ответы (ВМО) прямой и двуглавой мышц бедра, передней большеберцовой и икроножной мышц голени регистрировали с помощью восьмиканального электромиографа Нейро-МВП-8 (ООО «Нейрософт», Россия). Для регистрации ЭМГ биполярные накожные электроды с межэлектродным расстоянием 2 см устанавливали на брюшках мышц посередине между началом и местом их прикрепления с ориентацией вдоль волокон мышцы. ВМО регистрировали во время одиночной стимуляции спинного мозга при пороговой интенсивности тока. Показатели ВМО рассчитывали с помощью специализированной программы. В ЭМГ-исследованиях были изучены пороги ВМО, их средняя (А_ср.) и максимальная (А_макс.) амплитуды.

Статистическую обработку данных проводили с применением пакета стандартных компьютерных программ Statistika.

Показано, что при ЧЭССМ с частотой 1 Гц у всех испытуемых наблюдались рефлекторные ответы в мышцах ног. Пороговая сила тока, необходимая для вызова мышечного ответа, варьировала в широких пределах в зависимости от неврологического статуса пациентов. Так, у больных с парезами рефлекторный ответ прямой мышцы бедра появлялся при ЧЭССМ интенсивностью 55,4±0,45 мА, в то время как у пациентов с плегией порог вызова мышечного ответа составлял 72,2±0,65 мА. Отличия в пороговых величинах наблюдались также и в мышцах голени. Так, пороги появления рефлекторного ответа передней большеберцовой мышцы составляли 64,3±0,51 и 76,4±0,69 мА у пациентов с парезами и плегией соответственно. Увеличение интенсивности стимула приводило к росту амплитуды ответов. При этом следует отметить, что у пациентов с плегией, несмотря на бόльшую интенсивность тока, амплитуда мышечных сокращений была меньше, чем у больных с парезами. У всех испытуемых первыми в двигательный ответ вовлекались мышцы бедра, а затем мышцы голени. На рис. 1 представлены оригинальные записи ЭМГ мышц правой ноги испытуемых при ЧЭССМ с частотой 1 Гц.

Латентный период мышечных ответов составлял около 10—15 мс, что указывает на их моносинаптическое происхождение [12]. Однако в двуглавой мышце бедра увеличение стимула приводило к более позднему ответу с латентным периодом в несколько десятков миллисекунд, что может свидетельствовать о его полисинаптической природе. Данное предположение подтверждается целым рядом исследований [2, 10]. Известно, что эти ответы возникают вследствие воздействия ЧЭССМ на ГШД, активируя входящие в спинной мозг афференты дорсальных корешков [2, 13, 14].

Таким образом, при ЧЭССМ с частотой 1 Гц в мышцах нижних конечностей пациентов с парезами и плегией возникают ответы с моно- и полисинаптическими компонентами, при этом у больных с тяжелым неврологическим статусом пороги вызова этих ответов существенно выше.

При ЧЭССМ с частотами 5 и 30 Гц у пациентов с парезами появлялись непроизвольные движения ног, похожие на локомоторные. На рис. 2 представлены записи ЭМГ мышц правой ноги пациента с парапарезом при ЧЭССМ с частотами 5 и 30 Гц.

На рис. 2 видно чередование сокращений мышц-антагонистов бедра и голени (прямая и двуглавая мышцы бедра, передняя большеберцовая и икроножная мышцы голени), которое свидетельствует о реципрокности их взаимоотношений при ЧЭССМ, что характерно для локомоторных движений здорового человека. Имеются данные об аналогичном влиянии ЧЭССМ на запуск локомоторных движений здорового человека [2, 10]. При этом у пациентов с плегией при ЧЭССМ с частотами 5 и 30 Гц возникали рефлекторные сокращения мышц сгибателей и разгибателей нижних конечностей, которые отличались по амплитуде ВМО. Так, в прямой и двуглавой мышцах бедра, передней большеберцовой мышце голени при ЧЭССМ с частотой 30 Гц амплитуда вызванных шагательных движений была выше, в то время как в икроножной мышце голени высокоамплитудные движения были отмечены при ЧЭССМ с частотой 5 Гц.

Таким образом, при ЧЭССМ с частотами 5 и 30 Гц в нижних конечностях пациентов с парезами возникали непроизвольные движения, которые по ЭМГ-характеристикам соответствовали локомоторным. При этом у пациентов с плегией подобные ответы были выражены в меньшей степени.

По окончании курса ЧЭССМ (18 процедур) был проведен анализ изменений характеристик ВМО. Установлено, что после курса ЧЭССМ отмечается снижение порогов вызова рефлекторных ответов мышц нижних конечностей пациентов и с парезами, и с плегией. В таблице представлены изменения параметров ВМО прямой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы голени до и после курса ЧЭССМ с частотой 1 Гц.

После курса ЧЭССМ установлено снижение пороговых значений ВМО прямой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы голени у пациентов и с парезами, и с плегией, что свидетельствует о повышении чувствительности нейронных сетей поясничных спинномозговых сегментов. Вместе с тем показатели А_ср. и А_макс. ВМО мышц нижних конечностей при стимуляции спинного мозга на конечном этапе исследования были достоверно выше по сравнению с начальным этапом. Следует отметить, что у пациентов с парезами изменение показателей практически всех изучаемых параметров было более выраженным, чем у больных с плегией.

Результаты исследования показали, что ЧЭССМ неоднозначно влияет на двигательные функции пациентов. Так, больные с парезами после курса ЧЭССМ отмечают повышение кожной и мышечной чувствительности, снижение спастичности, увеличение амплитуды движений при ходьбе. У испытуемых с более сложными двигательными нарушениями, несмотря на положительную динамику, улучшение двигательных функций в ходе одного реабилитационного цикла было выражено в меньшей степени.

Проведенное исследование доказывает возможность воздействия ЧЭССМ на нейронные сети поясничных отделов спинного мозга, в том числе на спинальные ГШД пациентов с двигательными нарушениями. Причем ЧЭССМ с определенной частотой (5 и 30 Гц) и силой тока вызывает шагоподобные движения. Выявлено, что ЧЭССМ приводит к появлению рефлекторных ответов у пациентов с различной степенью выраженности нарушений локомоторных функций. Установлено, что курс ЧЭССМ приводит к повышению возбудимости поясничных спинальных нейронных и нейромышечных структур и улучшению двигательных функций пациентов. Отмечена положительная субъективная оценка коррекционного курса ЧЭССМ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: М.Б., Ю.Г.

Сбор и обработка материала: Р.Я., Е.К., Ю.Б.

Статистическая обработка данных: Р.Я., Е.К., Ю.Б.

Написание текста: М.Б., Р.Я., Ю.Б.

Редактирование: М.Б., В.М.