https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3980
УДК 612.816; 612.834
ВЛИЯНИЕ ЧРЕСКОЖНОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ СПИННОГО МОЗГА И МЕХАНОТЕРАПИИ НА ВОЗБУДИМОСТЬ СПИНАЛЬНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ЛОКОМОТОРНЫЕ ФУНКЦИИ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЯМИ МОЗГОВОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ
Р.Н. Якупов1, Е.Ю. Котова1, Ю.М. Балыкин2, В.В. Машин1, М.В. Балыкин1, Ю.П. Герасименко3
1ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия;
2ГУЗ «Ульяновский областной клинический центр специализированных видов медицинской помощи
им. Е.М. Чучкалова», г. Ульяновск, Россия;
3ФГБУН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург, Россия
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
В последние годы были получены доказательства эффективности чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (ЧЭССМ) в инициации непроизвольных шагательных движений и регуляции локомоторного поведения человека. Результаты исследования на здоровом человеке позволяют предположить, что ЧЭССМ способна воздействовать на спинальные нейронные сети пациентов с двигательными нарушениями различного генеза.
Цель — изучить влияние курса чрескожной электростимуляции спинного мозга в сочетании с проприоцептивной стимуляцией мышц нижних конечностей на возбудимость спинальных нейронных сетей и коррекцию локомоторных функций пациентов с нарушениями мозгового кровообращения.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие пациенты с нарушениями мозгового кровообращения с клиническими проявлениями в виде парезов. Проводилась одноканальная и мультисегментарная ЧЭССМ на фоне проприоцептивной стимуляции (навязанные шагательные движения нижних конечностей) с использованием аппаратно-программного комплекса для механотерапии. ЧЭССМ осуществлялась на уровне T11-T12; при мультисегментарной стимуляции второй стимулирующий электрод фиксировался на уровне L1-L2. Курс продолжительностью 3 нед. включал 16–18 сеансов электро- и механотерапии.
Результаты и осуждение. При оценке возбудимости нервно-мышечных структур до коррекционного курса отмечалась выраженная асимметрия порогов и амплитудных характеристик вызванных моторных ответов (ВМО) мышц бедра и голени здоровой и паретичной конечностей; по окончании курса — достоверное увеличение средней амплитуды и снижение пороговых значений ВМО мышц бедра и голени в паретичных и здоровых конечностях. Установлено, что после курса ЧЭССМ и механотерапии у большинства испытуемых снижается время прохождения дистанции при бипедальной ходьбе.
Заключение. ЧЭССМ на фоне проприоцептивной стимуляции приводит к повышению возбудимости спинальных нейронных сетей, увеличению амплитудных характеристик ВМО мышц бедра и голени. Показана возможность использования курса для улучшения локомоторных возможностей пациентов.
Ключевые слова: электростимуляция, спинной мозг, механотерапия, локомоторные функции.
Литература
1. Gerasimenko Y., Savochin A., Gorodnichev R., Machueva E., Pivovarova E., Semyenov D., Roy R.R., Edgerton V.R. Novel and direct access to the human locomotor spinal circuitry. J. Neuroscience. 2010; 30 (10): 3700–3708.
2. Герасименко Ю.П. Генараторы шагательных движений человека: спинальные механизмы их активации. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002; 36 (3): 14–24.
3. Harkema S., Gerasimenko Y., Hodes J., Burdick J., Angeli C., Chen Y., Ferreira C., Willhite A., Rejc E., Grossman R.G., Edgerton V. R. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. Lancet. 2011; 377: 1938–1947.
4. Макаровский А.Н., Олейник В.В., Балыкин Ю.М., Герасименко Ю.П. Эпидуральная многоканальная электростимуляция спинного мозга в системе хирургического лечения вертеброгенных спинномозговых расстройств. Ульяновский медико-биологический журнал. 2012; 3: 61–67.
5. Angeli C.A., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P., Harkema S.J. Altering spinal cord excitability enables voluntary movements after chronic complete paralysis in humans. Brain, a journal of neurology. 2014; 137 (5): 1394–1409.
6. Мусиенко П.Е., Богачева И.Н., Савохин А.А., Килимник В.А., Горский О.В., Герасименко Ю.П. Инициация локомоторной активности у децеребрированных и спинальных кошек при неинвазивной чрезкожной электрической стимуляции спинного мозга. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2013; 99 (8): 917–927.
7. Городничев Р.М., Пивоварова Е.А., Пухов А.М., Моисеев С.А., Савохин А.А., Мошонкина Т.Р., Щербакова Н.А., Килимник. В.А., Селионов В.А., Козловская И.Б., Эджертон Р., Герасименко Ю.П. Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга: неинвазивный способ активации генераторов шагательных движений у человека. Физиология человека. 2012; 38 (2): 46–56.
8. Gerasimenko Y., Gorodnichev R., Puhov A., Moshonkina T., Savochin A., Selionov V., Roy R.R., Lu D.C., Edgerton V.R. Initiation and modulation of locomotor circuitry output with multisite transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in noninjured humans. J. Neurophysiology. 2015; 113 (3): 834–842.
9. Sayenko D.G., Atkinson D.A., Floyd T.C., Gorodnichev R.M., Moshonkina T.R., Harkema S.J., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P. Effects of paired transcutaneous electrical stimulation delivered at single and dual sites over lumbosacral spinal cord. Neuroscience Letters. 2015; 609: 229–234.
10. Мошонкина Т.Р., Мусиенко П.Е., Богачева И.Н., Щербакова Н.А., Никитин О.А., Савохин А.А., Макаровский А.Н., Городничев Р.М., Герасименко Ю.П. Регуляция локомоторной активности при помощи эпидуральной и чрескожной электрической стимуляции спинного мозга у животных и человека. Ульяновский медико-биологический журнал. 2012; 3: 129–137.
11. Minassian K., Persy I., Rattay F., Dimitrijevic M.R., Hofer C., Kern H. Posterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord. Muscle Nerve. 2007; 35 (3): 327–336.
12. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. М.; 1988. 252.
13. Wirz M., Colombo G., Dietz V. Long term effects of locomotor training in spinal humans. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 2001; 71 (1): 93–96.
14. Abel R., Schablowski M., Rupp R., Gerner H. Gait analysis on the treadmill — monitoring exercise in the treatment of paraplegia. Spinal Cord. 2002; 1: 17–22.
15. Мусиенко П.Е., Богачева И.Н., Герасименко Ю.П. Значение периферической обратной связи в генерации шагательных движений при эпидуральной стимуляции спинного мозга. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2005; 95 (12): 1407–1420.
16. Cheatwood J.L., Emerick A.J., Kartje G.L. Neuronal plasticity and functional recovery after ischemic stroke. Topics in stroke rehabilitation. 2008; 15: 42–50.
17. Dimyan M.A, Cohen L.G. Neuroplasticity in the context of motor rehabilitation after stroke. Nat. Rev. Neurol. 2011; 1: 46–51.
https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3980
EFFECT OF TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL SPINAL CORD STIMULATION AND MECHANOTHERAPY ON EXCITABILITY OF SPINAL NEURAL NETWORKS AND LOCOMOTOR FUNCTION IN PATIENTS WITH CEREBRAL CIRCULATION DISORDERS
R.N. Yakupov1, E.Yu. Kotova1, Yu.M. Balykin2, V.V. Mashin1, M.V. Balykin1, Yu.P. Gerasimenko3
1Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia;
2Ulyanovsk Regional In-patient Specialized Medical Care Centre named after E.M. Chuchkalov,
Ulyanovsk, Russia;
3 Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Russia
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
In recent years, much evidence was gained on the efficacy of transcutaneous electrical spinal cord stimulation (TESCS) in initiation of involuntary stepping movements and control of locomotor behaviors. The data obtained on healthy persons suggest that TESCS can affect the spinal neural networks in patients with motor disorders of various origins.
The objective of the study is to examine the effect of series of transcutaneous electrical spinal cord stimulation combined with proprioceptive stimulation of the lower limbs muscles on excitability of spinal neural networks and management of locomotor functions in patient with cerebrovascular disorders.
Materials and Methods. The study involved patients with cerebrovascular disorders accompanied by such clinical signs as paresis. The authors used single and multisegmental TESCS on the background of proprioceptive stimulation (compulsive stepping movements of the lower limbs) with hardware-software complex for mechanotherapy. TESCS was conducted at the level of T11-T12; the second stimulation electrode was fixed at the level of L1-L2 when multisegmental stimulation was applied. The course of treatment lasted 3 weeks and consisted of 16–18 sessions of electro- and mechanotherapy.
Results and Dicussion. While assessing the excitability of neuromuscular structures before treatment the authors observed obvious asymmetry of thresholds and amplitude characteristics of motor evoked potentials (MEP) of muscles of the thigh and lower leg in healthy and paretic limbs. At the end of treatment there was a significant increase in mean amplitude and decrease in MEP threshold level of muscles of the thigh and lower leg in paretic and healthy limbs. It was found out that after TESCS and mechanotherapy most of the patients covered a distance quicker than before TESCS while bipedal walking.
Conclusion. TESCS on the background of proprioceptive stimulation increase excitability of spinal neural networks and MEP amplitude characteristics of the muscle of the thigh and lower leg. Such treatment can be used to improve the locomotor capabilities in patients.
Keywords: electrical stimulation, spinal cord, mechanotherapy, locomotor functions.
References
1. Gerasimenko Y., Savochin A., Gorodnichev R., Machueva E., Pivovarova E., Semyenov D., Roy R.R., Edgerton V.R. Novel and direct access to the human locomotor spinal circuitry. J. Neuroscience. 2010; 30 (10): 3700–3708.
2. Gerasimenko Yu.P. Genaratory shagatel'nykh dvizheniy cheloveka: spinal'nye mekhanizmy ikh aktivatsii [Generators of walking movements in human: spinal activation]. Aviakosmicheskaya i ekolo-
gicheskaya meditsina. 2002; 36 (3): 14–24 (in Russian).
3. Harkema S., Gerasimenko Y., Hodes J., Burdick J., Angeli C., Chen Y., Ferreira C., Willhite A., Rejc E., Grossman R. G., Edgerton V. R. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. Lancet. 2011; 377: 1938–1947.
4. Makarovskiy A.N., Oleynik V.V., Balykin Yu.M., Gerasimenko Yu.P. Epidural'naya mnogokanal'naya elektrostimulyatsiya spinnogo mozga v sisteme khirurgicheskogo lecheniya vertebrogennykh spinnomozgovykh rasstroystv [Multi-site epidural spinal cord stimulation in the system of surgery treatment of spinal pathology]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2012; 3: 61–67 (in Russian).
5. Angeli C.A., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P., Harkema S.J. Altering spinal cord excitability enables voluntary movements after chronic complete paralysis in humans. Brain, a journal of neurology. 2014; 137 (5): 1394–1409.
6. Musienko P.E., Bogacheva I.N., Savokhin A.A., Kilimnik V.A., Gorskiy O.V., Gerasimenko Yu.P. Initsiatsiya lokomotornoy aktivnosti u detserebrirovannykh i spinal'nykh koshek pri neinvazivnoy chrezkozhnoy elektricheskoy stimulyatsii spinnogo mozga [Facilitation of locomotor activity in decerebrated and spinal cats with non-invasive transcutaneous spinal cord stimulation]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2013; 99 (8): 917–927 (in Russian).
7. Gorodnichev R.M., Pivovarova E.A., Pukhov A.M., Moiseev S.A., Savokhin A.A., Moshonkina T.R., Shcherbakova N.A., Kilimnik. V.A., Selionov V.A., Kozlovskaya I.B., Edzherton R., Gerasimenko Yu.P. Chreskozhnaya elektricheskaya stimulyatsiya spinnogo mozga: neinvazivnyy sposob aktivatsii generatorov shagatel'nykh dvizheniy u cheloveka [Ttranscutaneous electrical stimulation of the spinal cord: a noninvasive tool for the activation of stepping pattern generators in humans]. Fiziologiya cheloveka. 2012; 38 (2): 46–56 (in Russian).
8. Gerasimenko Y., Gorodnichev R., Puhov A., Moshonkina T., Savochin A., Selionov V., Roy R.R., Lu D.C., Edgerton V.R. Initiation and modulation of locomotor circuitry output with multisite transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in noninjured humans. J. Neurophysiology. 2015;
113 (3): 834–842.
9. Sayenko D.G., Atkinson D.A., Floyd T.C., Gorodnichev R.M., Moshonkina T.R., Harkema S.J., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P. Effects of paired transcutaneous electrical stimulation delivered at single and dual sites over lumbosacral spinal cord. Neuroscience Letters. 2015; 609: 229–234.
10. Moshonkina T.R., Musienko P.E., Bogacheva I.N., Shcherbakova N.A., Nikitin O.A., Savokhin A.A., Makarovskiy A.N., Gorodnichev R.M., Gerasimenko Yu.P. Regulyatsiya lokomotornoy aktivnosti pri pomoshchi epidural'noy i chreskozhnoy elektricheskoy stimulyatsii spinnogo mozga u zhivotnykh i cheloveka. [Regulation of locomotor activity by epidural and transcutaneous electrical spinal cord stimulation in humans and animals] Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2012; 3: 129-137 (in Russian).
11. Minassian K., Persy I., Rattay F., Dimitrijevic M.R., Hofer C., Kern H. Posterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord. Muscle Nerve. 2007; 35 (3): 327–336.
12. Meerson F.Z., Pshennikova M.G. Adaptatsiya k stressornym situatsiyam i fizicheskim nagruzkam [Coping with stress situations and physical loads]. Moscow; 1988. 252 (in Russian).
13. Wirz M., Colombo G., Dietz V. Long term effects of locomotor training in spinal humans. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 2001; 71 (1): 93–96.
14. Abel R., Schablowski M., Rupp R., Gerner H. Gait analysis on the treadmill - monitoring exercise in the treatment of paraplegia. Spinal Cord. 2002; 1: 17–22.
15. Musienko P.E., Bogacheva I.N., Gerasimenko Yu.P. Znachenie perifericheskoy obratnoy svyazi v generatsii shagatel'nykh dvizheniy pri epidural'noy stimulyatsii spinnogo mozga [Significance of peripheral feedback in stepping movement generation under epidural spinal cord stimulation]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2005; 95 (12): 1407–1420 (in Russian).
16. Cheatwood J.L., Emerick A.J., Kartje G.L. Neuronal plasticity and functional recovery after ischemic stroke. Topics in stroke rehabilitation. 2008; 15: 42–50.
17. Dimyan M.A., Cohen L.G. Neuroplasticity in the context of motor rehabilitation after stroke. Nat. Rev. Neurol. 2011; 1: 46–51.