DOI https://doi.org/10.23648/UMBJ.2018.30.14055

УДК 612.832;612.833

 

ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СТИМУЛЯЦИИ СПИННОГО МОЗГА НА ПАРАМЕТРЫ ВЫЗВАННЫХ МЫШЕЧНЫХ ОТВЕТОВ ЧЕЛОВЕКА

 

Л.В. Рощина, В.В. Маркевич, С.М. Иванов, Р.М. Городничев, А.А. Челноков

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная академия физической культуры и спорта», г. Великие Луки, Россия

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Методы неинвазивной электрической (ЧЭССМ) и электромагнитной стимуляции спинного мозга применяются в исследованиях сенсорно-моторной регуляции локомоторных движений, для развития мышечной силы, при коррекции двигательных нарушений. Остаются малоизученными вопросы, связанные с влиянием электрической и электромагнитной стимуляции спинного мозга на параметры моторных ответов (ВМО), вызываемых транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМС).

Цель исследования состояла в изучении изменений мышечных ответов, вызываемых ТМС коры головного мозга, при продолжительной электрической и кратковременной электромагнитной стимуляции спинного мозга.

Материалы и методы. В эксперименте приняли участие 14 здоровых испытуемых мужского пола в возрасте от 19 до 23 лет. Испытуемым наносилась ЧЭССМ (20 мин) и электромагнитная стимуляция (10 с) на спинной мозг в области Т11–Т12 грудных позвонков. До стимуляционного воздействия и после его окончания регистрировалась амплитуда ВМО m. gastrocnemius и m. tibialis anterior.

Результаты. Длительная чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга приводила к повышению амплитуды моторного ответа m. gastrocnemius, вызываемого ТМС моторной зоны коры головного мозга, в течение 10 мин после окончания стимуляции. Амплитуда максимального ВМО данной мышцы до стимуляции составляла 0,196 мВ, а через 10 мин после ее окончания – 0,270 мВ (р<0,05). Амплитуда вызванных моторных ответов m. tibialis anterior не претерпевала статистически значимых изменений и практически оставалась на том же уровне, как и до воздействия электрической стимуляции на поясничное утолщение спинного мозга. Кратковременная электромагнитная стимуляция спинного мозга не сопровождалась достоверными изменениями амплитуды ВМО исследуемых мышц.

Ключевые слова: вызванный моторный ответ, электрическая и электромагнитная стимуляция, спинной мозг, головной мозг.

 

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. 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.

  3. Яфарова Г.Г., Милицкова А.Д., Шульман А.А., Спиридонова К.Н., Бикчентаева Л.М. Влияние транскраниальной магнитной стимуляции на ответы мышц голени, вызванные чрескожной электрической стимуляцией спинного мозга. Практическая медицина. 2017; 8 (109): 201–205.

  4. 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. Neurophysiol. 2015; 113 (3): 834–842.

  5. Щербакова Н.А., Мошонкина Т.Р., Савохин А.А., Селионов В.А., Городничев Р.М., Герасименко Ю.П. Неинвазивный метод управления спинальными локомоторными сетями человека. Физиология человека. 2016; 1 (42): 73–81.

  6. Gerasimenko Y., Moshonkina T., Savochin A., Gad P., Sayenko D., Edgerton V.R., McKinney Z., Gorodnichev R., Puhov A., Selionov V., Shigueva T., Tomilovskaya E., Kozlovskaya I. Integration of sensory, spinal, and volitional descending inputs in regulation of human locomotion. Journal of Neurophysiology. 2016; 116 (1): 98–105.

  7. Герасименко Ю.П., МакКинней З.Б., Саенко Д.Г., Гэд П., Городничев Р.М., Грундфест У., Эджертон В.Р., Козловская И.Б. Спинальная и сенсорная нейромодуляция спинальных нейронных сетей человека. Физиология человека. 2017; 43 (5): 6–16.

  8. Городничев Р.М., Беляев А.Г., Пивоварова Е.А., Шляхтов В.Н. Влияние электромагнитной стимуляции на показатели мышечной силы. Физиология человека. 2014; 40 (1): 76.

  9. Якупов Р.Н., Балыкин Ю.М., Котова Е.Ю., Балыкин М.В., Герасименко Ю.П. Изменение силовых показателей мышц нижних конечностей при чрескожной электрической стимуляции спинного мозга. Ульяновский медико-биологический журнал. 2015; 4: 99–103.

  10. Федоров С.А., Городничев Р.М., Челноков А.А. Влияние длительной электрической стимуляции спинного мозга на силовые возможности скелетных мышц. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; 1: 123–130.

  11. Якупов Р.Н., Котова Е.Ю., Балыкин Ю.М., Машин В.В., Балыкин М.В., Герасименко Ю.П. Влияние чрескожной электростимуляции спинного мозга и механотерапии на возбудимость спинальных нейронных сетей и локомоторные функции пациентов с нарушениями мозгового кровообращения. Ульяновский медико-биологический журнал. 2016; 4: 121–128.

  12. 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.

  13. Solopova I.A., Sukhotina I.A., Zhvansky D.S., Ikoeva G.A., Vissarionov S.V., Baindurashvili A.G., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P., Moshonkina T.R. Effects of spinal cord stimulation on motor functions in children with cerebral palsy. Neuroscience Letters. 2017; 639: 192–198.

  14. Гладченко Д.А., Иванов С.М., Мачуева Е.Н., Пухов А.М., Моисеев С.А., Пискунов И.В., Городничев Р.М. Параметры моторных ответов человека при чрескожной электрической и электромагнитной стимуляции различных сегментов спинного мозга. Ульяновский медико-биологический журнал. 2016; 2: 132–140.

  15. Knikou M. Transpinal and transcortical stimulation alter corticospinal excitability and increase spinal output. PLoS One. 2014; 9 (7): 1–12.

  16. Jackson A., Mavoori J., Fetz Е.Е. Correlations between the same motor cortex cells and arm muscles during a trained task, free behavior, andnatural sleep in the macaque monkey. J. Neurophvsiol. 2007; 97 (1): 360–374.

  17. Seki K., Perlmutter S.I., Fetz Е.Е. Task-dependent modulation of primary afferent depolarization in cervi cal spinal cord of monkeys performing aninstructed delay task. J. Neurophvsiol. 2009; (1021): 85–99.

 

DOI https://doi.org/10.23648/UMBJ.2018.30.14055 

EFFECT OF LONG-TERM ELECTRIC AND SHORT-TERM ELECTROMAGNETIC STIMULATION OF SPINAL CORD ON PARAMETERS OF CAUSED MUSCULE RESPONSE IN HUMANS

 

L.V. Roshchin, V.V. Markevich, S.M. Ivanov, R.M. Gorodnichev, A.A. Chelnokov

Velikiye Luki State Academy of Physical Education and Sport, Velikiye Luki, Russia

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Methods of non-invasive electric and electromagnetic stimulation of the spinal cord are used to study sensory-motor regulation of locomotor movements, to develop muscle strength, and to correct motor disorders. However, the influence of electric and electromagnetic stimulation of the spinal cord on the parameters of motor responses caused by transcranial magnetic stimulation (TMS) remain poorly understood.

The aim of the study was to analyze the changes in muscle responses caused by TMS of the cerebral cortex, under long-term electric and short-term electromagnetic stimulation of the spinal cord.

Materials and Methods. Fourteen healthy males aged 19–23 were enrolled in the experiment. They underwent electric (20 min.) and electromagnetic (10 sec.) stimulation of the spinal cord at T11–T12 region. The amplitude of m. gastrocnemius and m. tibialis anterior motor responses was recorded before and after the stimulation.

Results. Long-term percutaneous electric stimulation of the spinal cord resulted in an increase in m. gastrocnemius motor response amplitude, caused by TMS of the cerebral cortex motor zone, within 10 min after the stimulation. The amplitude of the maximum motor response of this muscle before stimulation was 0.196 mV, and 10 minutes after the stimulation it was 0.270 mV (p<0.05). The amplitude of m. tibialis anterior motor responses did not undergo any statistically significant changes and remained practically at the same level as it had been before the electrical stimulation on the lumbar spinal cord thickening. Short-term electromagnetic stimulation of the spinal cord was not accompanied by significant changes in the amplitude of the motor responses of the analyzed muscles.

Keywords: induced motor response, electric and electromagnetic stimulation, spinal cord, brain.

 

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.    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., Edgerton R., Gerasimenko Yu.P. Chreskozhnaya elektricheskaya stimulyatsiya spinnogo mozga neinvazivnyy sposob aktivatsii generatorov shagatelnykh dvizheniy u cheloveka [Percutaneous electrical stimulation of the spinal cord: a non-invasive way to activate the generators of pacing movements in humans]. Fiziologiya cheloveka. 2012; 38 (2): 46–56 (in Russian).

3.    Yafarova G.G., Militskova A.D., Shul’man A.A., Spiridonova K.N., Bikchentaeva L.M. Vliyanie transkranialnoy magnitnoy stimulyatsii na otvety myshts goleni vyzvannye chreskozhnoy elektricheskoy stimulyatsiey spinnogo mozga [The effect of transcranial magnetic stimulation on the responses of the leg muscles caused by percutaneous electric stimulation of the spinal cord]. Prakticheskaya meditsina. 2017; 8 (109): 201–205 (in Russian).

4.    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. Neurophysiol. 2015; 113 (3): 834–842.

5.    Shcherbakova N.A., Moshonkina T.R., Savokhin A.A., Selionov V.A., Gorodnichev R.M., Gerasimenko Yu.P. Neinvazivnyy metod upravleniya spinal’nymi lokomotornymi setyami cheloveka [Noninvasive method to control human spinal locomotor systems]. Fiziologiya cheloveka. 2016; 1 (42): 73–81 (in Russian).

6.    Gerasimenko Y., Moshonkina T., Savochin A., Gad P., Sayenko D., Edgerton V.R., McKinney Z., Gorodnichev R., Puhov A., Selionov V., Shigueva T., Tomilovskaya E., Kozlovskaya I. Integration of sensory, spinal, and volitional descending inputs in regulation of human locomotion. Journal of Neurophysiology. 2016; 116 (1): 98–105.

7.    Gerasimenko Yu.P., McKinney Z., Saenko D.G., Gad P., Gorodnichev R.M., Grundfest W., Edgerton V.R., Kozlovskaya I.B. Spinalnaya i sensornaya neyromodulyatsiya spinalnykh neyronnykh setey cheloveka [Spinal and sensory neuromodulation of spinal neuronal networks in humans]. Fiziologiya cheloveka. 2017; 43 (5): 6–16 (in Russian).

8.    Gorodnichev R.M., Belyaev A.G., Pivovarova E.A., Shlyakhtov V.N. Vliyanie elektromagnitnoy stimulyatsii na pokazateli myshechnoy sily [The effect of electromagnetic stimulation on the parameters of muscular strength]. Fiziologiya cheloveka. 2014; 40 (1): 76 (in Russian).

9.    Yakupov R.N., Balykin Yu.M., Kotova E.Yu., Balykin M.V., Gerasimenko Yu.P. Izmenenie silovykh pokazateley myshts nizhnikh konechnostey pri chreskozhnoy elektricheskoy stimulyatsii spinnogo mozga [Changes in the strength parameters of the lower extremity muscles under percutaneous electric stimulation of the spinal cord]. Ulyanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2015; 4: 99–103 (in Russian).

10. Fedorov S.A., Gorodnichev R.M., Chelnokov A.A. Vliyanie dlitel’noy elektricheskoy stimulyatsii spinnogo mozga na silovye vozmozhnosti skeletnykh myshts [Effect of prolonged spinal cord electrical stimulation on skeletal muscle strength]. Ulyanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2017; 1: 123–130 (in Russian).

11. Yakupov R.N., Kotova E.Yu., Balykin Yu.M., Mashin V.V., Balykin M.V., Gerasimenko Yu.P. Vliyanie chreskozhnoy elektrostimulyatsii spinnogo mozga i mekhanoterapii na vozbudimost spinal’nykh neyronnykh setey i lokomotornye funktsii patsientov s narusheniyami mozgovogo krovoobrascheniya [Effect of transcutaneous electrical spinal cord stimulation and mechanotherapy on excitability of spinal neural networks and locomotor function in patients with cerebral circulation disorders]. Ulyanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2016; 4: 121–128 (in Russian).

12. Balykin M.V., Yakupov R.N., Mashin V.V., Kotova E.Yu., Balykin Yu.M., Gerasimenko Yu.P. Vliyanie neinvazivnoy elektricheskoy stimulyatsii spinnogo mozga na lokomotornye funktsii patsientov s dvigatel’nymi narusheniyami tsentralnogo geneza [Influence of non-invasive electrical stimulation of the spinal cord on locomotor function of patients with motor disorders of the central genesis]. Voprosy kurortologii fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kultury. 2017; 94 (4): 4–9 (in Russian).

13. Solopova I.A., Sukhotina I.A., Zhvansky D.S., Ikoeva G.A., Vissarionov S.V., Baindurashvili A.G., Edgerton V.R., Gerasimenko Y.P., Moshonkina T.R. Effects of spinal cord stimulation on motor functions in children with cerebral palsy. Neuroscience Letters. 2017; 639: 192–198.

14. Gladchenko D.A., Ivanov S.M., Machueva E.N., Pukhov A.M., Moiseev S.A., Piskunov I.V., Gorodnichev R.М. Parametry motornykh otvetov cheloveka pri chreskozhnoy elektricheskoy i elektromagnitnoy stimulyatsii razlichnykh segmentov spinnogo mozga [Parameters of motor evoked potentials in humans under transcutaneous electrical and electromagnetic stimulation of different segments of spinal cord]. Ulyanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2016; 2: 132–140 (in Russian).

15. Knikou M. Transpinal and transcortical stimulation alter corticospinal excitability and increase spinal output. PLoS One. 2014; 9 (7): 1–12.

16. Jackson A., Mavoori J., Fetz Е.Е. Correlations between the same motor cortex cells and arm muscles during a trained task, free behavior, andnatural sleep in the macaque monkey. J. Neurophvsiol. 2007; 97 (1): 360–374.

17. Seki K., Perlmutter S.I., Fetz Е.Е. Task-dependent modulation of primary afferent depolarization in cervi cal spinal cord of monkeys performing aninstructed delay task. J. Neurophvsiol. 2009; (1021): 85–99.