Балыкин М.В.

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», Льва Толстого ул., 42, Ульяновск, Россия, 432017

Якупов Р.Н.

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», Льва Толстого ул., 42, Ульяновск, Россия, 432017

Машин В.В.

Котова Е.Ю.

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», Льва Толстого ул., 42, Ульяновск, Россия, 432017

Балыкин Ю.М.

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», Льва Толстого ул., 42, Ульяновск, Россия, 432017

Герасименко Ю.П.

ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова» РАН, Санкт-Петербург Россия; ООО «Косима», Москва, Россия

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

Журнал: Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2017;94(4): 4-9

Просмотров : 17

Загрузок :

Как цитировать

Балыкин М. В., Якупов Р. Н., Машин В. В., Котова Е. Ю., Балыкин Ю. М., Герасименко Ю. П. Влияние неинвазивной электрической стимуляции спинного мозга на локомоторные функции пациентов с двигательными нарушениями центрального генеза. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2017;94(4):4-9. https://doi.org/10.17116/kurort20179444-9

Авторы:

Балыкин М.В.

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», Льва Толстого ул., 42, Ульяновск, Россия, 432017

Все авторы (6)

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.

Материал и методы

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 ТХI—ТХII 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 (Аср.) и максимальная (Амакс.) амплитуды.

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

Результаты и обсуждение

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.

Рис. 1. ЭМГ-ответы мышц правой ноги пациентов с парезами (а) и плегией (б) при ЧЭССМ с частотой 1 Гц и интенсивностью 80 мА.

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.

Рис. 2. Электрическая активность мышц правой ноги у пациента с парапарезом при ЧЭССМ c частотами 5 и 30 Гц. RF — прямая мышца бедра; BF — двуглавая мышца бедра; TA — передняя большеберцовая мышца голени; MG — икроножная мышца голени.

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.

Изменение параметров ВМО прямой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы до и после курса ЧЭССМ (M±m) Примечание. * — различия достоверны по сравнению с контролем (до курса ЧЭССМ) при p≤0,05.

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 Аср. и Амакс. 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.

Заключение

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.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail