Попытки использовать электрическое раздражение для лечения различных заболеваний начались даже до того, как нервная система и ее функции, а также природа электричества были открыты [1]. Последующие научные интерпретации возможного терапевтического воздействия электрической стимуляции базировались на известных функциональных свойствах тех или иных частей нервной системы, выявленных в состоянии бодрствования. В последние годы, благодаря достижениям в микроэлектронике и компьютерных технологиях, использование электростимуляции в терапевтических целях стало бурно расти. Однако в большинстве случаев механизм лечебного эффекта этого метода оставался неясным. Более того, обращало на себя внимание удивительное явление — одно и то же воздействие могло оказывать положительный эффект в лечении совершенно разных по своей природе заболеваний.

В настоящем обзоре обсуждаются возможные механизмы таких неспецифических эффектов электротерапии, основанные на результатах последних исследований в рамках разработки висцеральной теории сна [2, 3].

Висцеральная теория сна базируется на экспериментах, свидетельствующих о том, что во время сна нейроны различных корковых сенсорных и моторных областей переключаются с обработки экстероцептивной информации (зрительная, соматосенсорная и т. д.) на обработку интероцептивных сигналов, приходящих от висцеральных систем организма (пищеварительная, сердечно-сосудистая, дыхательная и т. д.) [4—8]. На основе этих наблюдений было сделано предположение, что во время сна кора больших полушарий и другие области головного мозга вовлекаются в активность, связанную с поддержанием жизнедеятельности всех органов тела, в том числе и самого мозга. Во сне формируется ответ организма на любые патологические отклонения в его висцеральной сфере.

Хорошо известно, что длительная депривация сна ведет к неминуемой гибели животных [9], а нарушения сна связаны с различными висцеральными отклонениями у человека [10—13]. С другой стороны, улучшение нарушенного сна или восстановление нормальных циклов сна оказывают терапевтическое воздействие на различные заболевания [14, 15]. Но, казалось бы, какое отношение все это может иметь к электротерапии? Возможно, самое прямое. В ряде случаев терапевтические эффекты электростимуляции могут быть прямым следствием работы механизмов, обеспечивающих переход от состояния бодрствования ко сну.

Детально процесс перехода от бодрствования ко сну был разобран в предыдущих работах [16, 17] авторов настоящей статьи, где переход от бодрствования ко сну и обратно был рассмотрен как баланс между двумя группами актуальных потребностей организма: бодрствования и сна. Потребности бодрствования определяются активностью организма в окружающей среде и основаны на информации, поступающей от экстеро- и проприорецепторов. Потребности сна в свою очередь зависят от состояния всех висцеральных органов и базируются на интероцептивной информации. Пока все интероцептивные параметры находятся в пределах генетически детерминированной нормы, организм не чувствует усталости и продолжает реализовывать потребности бодрствования. Любые отклонения текущей интероцептивной информации от нормы будут вести к появлению сигналов рассогласования, ощущаемых как усталость и необходимость сна.

В первых исследованиях с применением электрического раздражения предполагали, что такие раздражения имитируют нормальные возбудительные или тормозные реакции, присущие стимулируемым нервным структурам. Однако позже стало известно, что электрическая стимуляция скорее дезорганизует нормальную активность нейрональной сети. Электрическое воздействие, приложенное даже на периферические нервы, кожу или мышцы, не говоря уже о ткани головного мозга, приводит к искусственной комбинации возбужденных волокон, которая вряд ли может соответствовать каким-либо естественным условиям. Следует помнить, что во всех участках тела распределены тысячи окончаний интероцептивных нервов. Их электрическое раздражение вызовет необычную комбинацию возбуждения, что, безусловно, приведет к появлению сигнала рассогласования. А это в свою очередь будет увеличивать потребность сна. В некоторых случаях состояние сна может возникнуть немедленно, но более вероятно, что эта стимуляция только увеличит давление сна, что приведет к улучшению качества сна в последующую ночь или ночи. Именно это улучшение качества сна, а не взаимодействие электрического тока со стимулируемой тканью станет причиной восстановления висцеральных функций, и в случае любого заболевания будет способствовать улучшению состояния организма.

Сомногенное влияние раздражения висцеральных нервов было замечено давно. Было известно, что механическое раздражение области шеи вызывает сон. Теперь мы знаем, что этот эффект связан с раздражением блуждающего нерва, проходящего вдоль каротидной артерии, за что последняя и получила название сонной. В экспериментах на животных [18] было показано, что электрическая стимуляция блуждающего нерва действительно вызывает сон. Сомногенный эффект стимуляции блуждающего нерва был отмечен и в исследованиях с участием людей [19, 20]. Однако чтобы вызвать сон, не обязательно стимулировать весь нерв. Достаточно и локального раздражения некоторых его периферических ветвей.

В одной из первых работ [4] авторов настоящей статьи, посвященных изучению сна, была исследована активность нейронов зрительной коры кошки во время сна при электрической стимуляции тонкого кишечника. Существовало опасение, что стимуляция кишечника будет нарушать глубину сна. Тем не менее стимуляция кишечника не только не нарушала сон, но и способствовала его углублению. Позже было обнаружено, что подобный сомногенный эффект электрической стимуляции кишечника уже наблюдали и описали венгерские ученые [21].

Сомногенное воздействие «неожиданной» интероцептивной стимуляции в серии опытов обладало свойством привыкания. Максимальный эффект наблюдали в ответ на первые ее применения. На следующие сутки эффект снижался и мог полностью исчезнуть через несколько суток. Прекращение стимуляции на 2 нед способствовало восстановлению сомногенного эффекта. Процесс такого естественного для нервной системы привыкания не был исследован систематически. Тем не менее сложилось впечатление, что даже изменение параметров стимуляции препятствует развитию быстрого привыкания.

В настоящей статье не затрагиваются случаи стимуляции глубинных, сомногенных, структур головного мозга. Механизм засыпания в этих случаях, несомненно, другой, однако все равно нельзя исключить неспецифические эффекты, возникающие по механизму, описанному выше.

На данный момент было найдено только одно исследование [22], результаты которого прямо показали, что электрическая стимуляция кожи ладони у пациентов эффективно улучшает качество сна. Однако существует большое количество исследований с применением механического аналога электрической стимуляции — акупунктуры. Во многих работах [23—25] было выявлено, что акупунктура эффективно улучшает качество сна и способствует лечению нарушений сна. Исходя из висцеральной теории сна, было сделано предположение [22], что эффективность акупунктуры при лечении разных проблем со здоровьем, по крайней мере частично, может быть основана на улучшении качества сна после сеансов иглоукалывания.

Вероятное увеличение сонливости после электрической стимуляции или сеансов иглоукалывания необходимо учитывать в тех случаях, когда пациенты после этой процедуры предполагают управлять автомобилем.

С другой стороны, имеет смысл на базе медицинского учреждения провести систематическое исследование эффекта слабого электрического раздражения разных частей тела при изменяющихся параметрах такой стимуляции. Предлагаемые на рынке недорогие карманные электростимуляторы позволяют это легко сделать. Если высказанные теоретические рассуждения правильны, можно ожидать появления существенного сомногенного влияния такой процедуры. Не исключено, что в ряде случаев «распределенная» и вариабельная электростимуляция будет способна заменить по эффективности снотворные фармакологические препараты, но будет свободна от их побочных эффектов, поскольку базируется на врожденных механизмах, обеспечивающих переход от бодрствования ко сну.

В предыдущем разделе этой статьи был затронут терапевтический эффект стимуляции блуждающего нерва, который был объяснен последствием вероятного улучшения сна в результате такой стимуляции. Однако стимуляция блуждающего нерва в настоящее время часто используется для предотвращения эпилептических приступов у пациентов, которым не помогают противосудорожные препараты и которым по той или иной причине невозможно провести хирургическое лечение [26, 27]. В эффективных случаях противосудорожный эффект стимуляции блуждающего нерва наступает немедленно и определенно не может быть объяснен улучшением последующего качества сна. Несмотря на широкое применение этого метода, определенного понимания механизма противосудорожного действия стимуляции блуждающего нерва пока не сложилось [28]. Действительно, трудно представить, каким образом стимуляция нерва, осуществляющего информационный обмен между висцеральными органами и головным мозгом, может влиять на развитие пароксизмальных процессов в ЦНС.

В этом контексте внимание привлекают три момента.

Первым, важным и общепризнанным моментом была провоцирующая судорожные припадки ритмическая сенсорная стимуляция [29]. Механизм этого явления легко представить. Анатомия нервной системы с ее многочисленными обратными связями на всех уровнях дает прекрасную базу для получения резонансных систем. Проявления резонансных свойств в нервной системе были описаны [30]. В естественной природе сенсорные стимуляции с постоянным ритмом встречаются нечасто. А вот искусственная среда современного развитого общества постоянно создает ритмическую сенсорную стимуляцию, которая, попав в резонансную частоту тех или иных нервных сетей, может приводить к судорожным явлениям. Удивительно, что резонансные явления редко обсуждаются в контексте причин эпилептических приступов. Возможно, это связано со вторым важным моментом в феноменологии эпилепсии.

В ряде исследований [31—34] отмечалось, что эпилептические приступы часто развиваются в состоянии сна, развивающейся сонливости или же в процессе пробуждения. А на сегодняшний день общепризнано, что во время сна головной мозг сенсорно депривирован и экстероцептивная и проприоцептивная стимуляции не доходят до уровня коры больших полушарий. Таким образом, очевидно, что ритмическая сенсорная стимуляция не может являться серьезной причиной возникновения судорожной активности в этих условиях.

Перейдем к третьему важному моменту. Упоминавшиеся выше исследования [4, 6] показали, что во время сна происходит не прекращение афферентного притока в кору головного мозга, а смена источников этого афферентного притока. Вместо экстероцептивной и проприоцептивной информации в те же нейронные сети по тем же путям начинает поступать интероцептивная информация о состоянии всех висцеральных систем организма. При этом известно, что многие висцеральные органы обладают ритмической активностью. Сердечные сокращения и ритмичное дыхание, перистальтическая активность желудка и кишечника создают постоянный ритмичный афферентный приток, направляемый в кору мозга во время сна. Ритмичность этого потока прерывается в периоды быстрого сна. Но также известно, что и эпилептические приступы крайне редко возникают в эту «неритмичную» фазу сна [35].

Таким образом, можно допустить, что именно ритмичная афферентация от висцеральных систем, приходящая в кору головного мозга в периоды сна, в каких-то случаях провоцирует эпилептическую активность. Следующие два рисунка, взятые из доклада авторов настоящего обзора на 23-м Конгрессе Европейского общества исследователей сна (ESRS) в Болонье (2016), иллюстрируют такую возможность [36]. На рис. 1 представлены

Если допустить, что в определенных случаях развитие эпилептических приступов бывает вызвано ритмической афферентацией от висцеральных органов, то становится ясным и вероятный механизм противосудорожного действия стимуляции блуждающего нерва. Этот механизм, скорее всего, неоднороден. Прежде всего, электрическая стимуляция блуждающего нерва приведет к дезорганизации ритмичности афферентного потока, идущего в головной мозг по самому блуждающему нерву. Но большая часть афферентного висцерального потока идет по проводящим путям спинного мозга. Хорошо известно, что активация блуждающего нерва меняет частоту активности ритмически работающих висцеральных органов [37]. Это в свою очередь может выводить их ритмику из зоны резонансных частот нервных сетей мозга. Ну и, наконец, нельзя исключить, что атипичная ритмика, идущая по блуждающему нерву в процессе электрической стимуляции, будет напрямую влиять на саму резонансную частоту в зонах коры мозга, связанных в периоды сна с этим нервом [38].

Необходимо отметить, что стимуляция блуждающего нерва эффективна не только во время сна, но и в периоды бодрствования. К сожалению, нет информации относительно того, в какое время суток относительно моментов сна пациентов чаще включаются стимуляторы. Но можно предположить, что это будет происходить или при развитии сонливости, или непосредственно после пробуждения, или же в период второго, послеобеденного, максимума сонливости. В эти циркадианные периоды наиболее вероятно развитие так называемого локального сна. Это явление связано с развитием сна не по всей поверхности коры головного мозга, а только в отдельных, чаще ассоциативных, зонах коры мозга, в которых развивается типичная для сна активность нейронов, связанная, по представлениям авторов настоящего обзора, именно с открытием афферентного притока от висцеральных систем [39, 40].

В заключение представляется важным еще раз подчеркнуть, что висцеральный механизм эпилептогенеза рассматривается не как единственный и не как основной, а в качестве еще одного возможного механизма этого многогранного явления. Интерес предлагаемого механизма состоит в том, что он потенциально допускает возникновение эпилептической активности в совершенно здоровом мозге. Естественно предполагать, что в здоровом организме частоты импульсации, передаваемые по висцеральным нервам, лежат за пределами резонансных частот обрабатывающих сетей мозга. Но, возможно, что из-за патологических процессов в том или ином висцеральном органе может измениться частота ритмической активности, передаваемой от этого органа в мозг. Возникшая патологическая частота может либо прямо войти в зону резонанса, либо оказаться кратной такой резонансной частоте. Весьма вероятно, что именно с такими явлениями в некоторых случаях может быть связана замеченная коморбидность эпилепсии и желудочно-кишечных кровотечений, хронических болезней сердечно-сосудистой и дыхательной систем [41]. Не исключено, что описанный терапевтический эффект кетоновой диеты [42] также имеет в своей основе вызванное составом пищи изменение частот в импульсных посылках, идущих от органов пищеварения в кору мозга в периоды сна.

Работа частично поддержана грантами РФФИ № 19−04−00215 и 18−013−00597.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Сведения об авторах:

Пигарев И.Н. — e-mail: pigarev@iitp.ru; https://orcid.org/0000-0001-5593-9646

Пигарева М.Л. — https://orcid.org/0000-0003-0462-4630

Левичкина Е.В. — https://orcid.org/0000-0001-5593-9646

Автор, ответственный за переписку: Пигарев Иван Николаевич — e-mail: pigarev@iitp.ru