Скачать статью

DOI 10.23648/UMBJ.2018.32.22695

УДК 612.063; 612.084

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ СПИННОГО МОЗГА НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ЧЕЛОВЕКА

П.В. Иванов, Е.А. Михайлова, А.М. Пухов

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.

Тренировка вертикальной устойчивости и улучшение постурального контроля являются важными задачами физической реабилитации, а также физиологии труда и спорта.

Цель исследования – изучение влияния однократной чрескожной электрической стимуляции шейного утолщения спинного мозга на вертикальную устойчивость человека.

Материалы и методы. В исследованиях приняли участие 14 взрослых здоровых испытуемых мужского пола в возрасте 18–26 лет. Испытуемым однократно проводилась чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга на уровне шейных позвонков С3–С4 с частотой следования импульсов 1, 5, 15, 30 и 50 Гц и длительностью 3 и 10 мин. До и после электрического воздействия проводилась оценка устойчивости вертикального положения посредством компьютерного стабилоанализатора с биологической обратной связью при выполнении разных моторных задач.

Результаты. Чрескожная электрическая стимуляция шейного утолщения спинного мозга привела к статистически достоверному изменению стабилографических параметров, отражающих увеличение постурального контроля. Стимуляция с частотой 5, 15 и 30 Гц сопровождалась высокой эффективностью произвольного управления позной устойчивостью. В пробах с открытыми и закрытыми глазами наибольший положительный эффект достигался после стимуляции
с частотой 5 и 30 Гц. При выполнении двигательной деятельности точностной направленности более выраженный эффект достигался после стимуляции с частотой 30 Гц.

Выводы. Вышесказанное свидетельствует о возможности совершенствования регуляции вертикальной позы посредством чрескожной электрической стимуляции спинного мозга и применения данного методического подхода в практике спорта.

Ключевые слова: чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга, координационные способности, стабилография.

Литература

1. Терехов А.В. Математическое моделирование регулирования вертикальной позы человека: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.; 2007. 24.

2. Казенников О.В., Левик Ю.С. Исследование возбудимости моторной коры в задаче удержания груза. Физиология человека. 2009; 35 (5): 71–78.

3. 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.

4. Поварещенкова Ю.А., Лапченков А.В., Михайлова Е.А. Контроль функционального состояния нейромоторного аппарата спортсменов. Теория и практика физической культуры. 2010; 6: 45–47.

5. Гурфинкель В.С., Левик Ю.С., Казенников О.В., Селионов В.А. Существует ли генератор шагательных движений у человека? Физиология человека. 1998; 24 (3): 42–50.

6. 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 multi-site transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in non-injured humans. Neurophysiology. 2015; 113 (3): 834–842.

7. Bogacheva I.N., Musienko P.E., Shcherbakova N.A., Moshonkina T.R., Savokhin A.A., Gerasimenko Yu.P. Analysis of locomotor activity in decerebrate cats using electromagnetic and epidural electrical stimulation of the spinal cord. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2014; 44 (5): 552–559.

8. 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; 42 (1): 73.

9. Пухов А.М., Иванов С.А., Мачуева Е.Н., Михайлова Е.А., Моисеев С.А. Пластичность моторной системы человека под воздействием локальной физической нагрузки. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; 1: 114–122.

10. Мельников А.А., Викулов А.Д., Малахов М.В. Функция равновесия у спортсменов-борцов. Ярославль: ЯГПУ; 2016. 150.

11. Мусиенко П.Е., Горский О.В., Килимник В.А., Козловская И.Б., Куртин Г., Эджертон В.Р., Герасименко Ю.П. Регуляция позы и локомоции у децеребрированных и спинализированных животных. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2013; 99 (3): 392–405.

12. Никитюк И.Е., Мошонкина Т.Р., Герасименко Ю.П., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г. Регуляция баланса у детей с тяжелыми формами детского церебрального паралича после локомоторных тренировок в комбинации с электростимуляцией мышц и спинного мозга. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2016; 93 (5): 23–27.

13. 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.

14. 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.

15. Latt L.D., Sparto P.J., Furman J.M., Redfern M.S. The steady-state postural response to continuous sinusoidal galvanic vestibular stimulation. Gait Posture. 2003; 18 (2): 64–72.

16. Dakin C.J., Luu B.L., Van den Doel K., Inglis J.T., Blouin J-S. Frequency-specific modulation of vestibular-evoked sway responses in humans. J. Neurophysiology. 2010; 103 (2): 1048–1056.

17. 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.

18. Stephan T., Deutschlander A., Nolte A., Schneider E., Wiesmann M., Brandt T., Dieterich M. Functional MRI of galvanic vestibular stimulation with alternating currents at different frequencies. J. Neuroimage. 2005; 26 (3): 721–732.

19. Fabien B. Wagner, Jean-Baptiste Mignardot, Camille G. Le Goff-Mignardot, Grégoire Courtine. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. J. Nature. 2018; 563 (7729): 65–71.

Download article

DOI 10.23648/UMBJ.2018.32.22695

EFFECT OF SPINAL CORD ELECTROSTIMULATION ON HUMAN VERTICAL STABILITY

P.V. Ivanov, E.A. Mikhailova, A.M. Pukhov

Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki, Russia

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

Vertical stability training and postural control improvement are important tasks of physical rehabilitation, occupational physiology and sport physiology.

The objective of the research is to study the effect of a single-shot transcutaneous electrical stimulation of the cervical spinal cord thickening on human vertical stability.

Materials and Methods. The study involved 14 adult healthy male subjects aged 18–26. The trial subjects underwent a single-shot transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the C3-C4 cervical vertebra level, pulse-recurrence rate was 1, 5, 15, 30 and 50 Hz, the procedure lasted 3 and 10 min.
The authors evaluated vertical stability of the trial subjects while they were performing various motor tasks before and after the electrical stimulation. Biofeedback computer stabiloanalyzer was used to complete the task.

Results. Percutaneous electrical stimulation of the cervical spinal cord thickening led to a statistically significant change in stabilographic parameters, which reflect an increase in postural control. Stimulation at a frequency of 5, 15 and 30 Hz was followed by high efficiency of postural stability arbitrary control.
In tests with open and closed eyes, the greatest positive effect was achieved after 5 and 30 Hz frequency stimulation. When performing precision-directed motor activity, a more prominent effect was achieved
after 30 Hz frequency stimulation.

Conclusion. The data obtained indicate the possibility to improve vertical posture regulation by means of transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord and using this methodological approach in sports.

Keywords: transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord, coordination abilities, stabilography.

References

1. Terekhov A.V. Matematicheskoe modelirovanie regulirovaniya vertikal'noy pozy cheloveka [Mathematical modeling of the human vertical posture regulation]: avtoref. dis. ... kand. fiz.-mat. nauk. Moscow; 2007. 24 (in Russian).

2. Kazennikov O.V., Levik Yu.S. Issledovanie vozbudimosti motornoy kory v zadache uderzhaniya gruza [Study of motor cortex excitability in the load holding task]. Fiziologiya cheloveka. 2009; 35 (5): 71–78 (in Russian).

3. 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 krovoobrashcheniya [Effect of transcutaneous electrical spinal cord stimulation and mechanotherapy on excitability of spinal neural networks and locomotor function in patients with cerebral circulation disorders]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2016; 4: 121–128 (in Russian).

4. Povareshchenkova Yu.A., Lapchenkov A.V., Mikhaylova E.A. Kontrol' funktsional'nogo sostoyaniya neyromotornogo apparata sportsmenov [Control of functional state of neuromotor apparatus in athletes]. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. 2010; 6: 45–47 (in Russian).

5. Gurfinkel' V.S., Levik Yu.S., Kazennikov O.V., Selionov V.A. Sushchestvuet li generator shagatel'nykh dvizheniy u cheloveka [Is there a generator of pacing movements in humans]? Fiziologiya cheloveka. 1998; 24 (3): 42–50 (in Russian).

8. 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 the human spinal locomotor nets]. Fiziologiya cheloveka. 2016; 42 (1): 73 (in Russian).

9. Pukhov A.M., Ivanov S.A., Machueva E.N., Mikhaylova E.A., Moiseev S.A. Plastichnost' motornoy sistemy cheloveka pod vozdeystviem lokal'noy fizicheskoy nagruzki [Human motor system plasticity under local physical load]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2017; 1: 114–122 (in Russian).

10. Mel'nikov A.A., Vikulov A.D., Malakhov M.V. Funktsiya ravnovesiya u sportsmenov-bortsov [Balance function in wrestlers]. Yaroslavl': YaGPU; 2016. 150 (in Russian).

11. Musienko P.E., Gorskiy O.V., Kilimnik V.A., Kozlovskaya I.B., Kurtin G., Edzherton V.R., Gerasimenko Yu.P. Regulyatsiya pozy i lokomotsii u detserebrirovannykh i spinalizirovannykh zhivotnykh [Neuronal control of posture and locomotion in decerebrated and spinalized animals]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2013; 99 (3): 392–405 (in Russian).

12. Nikityuk I.E., Moshonkina T.R., Gerasimenko Yu.P., Vissarionov S.V., Baindurashvili A.G. Regulyatsiya balansa u detey s tyazhelymi formami detskogo tserebral'nogo paralicha posle lokomotornykh trenirovok v kombinatsii s elektrostimulyatsiey myshts i spinnogo mozga [Balance regulation in children with severe cerebral palsy after locomotor training in combination with electrical stimulation of leg muscles and spinal cord]. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoy fizicheskoy kul'tury. 2016; 93 (5): 23–27 (in Russian).

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

14. 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 force indices of the lower limb muscles during transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2015; 4: 99–103 (In Russian).

15. Latt L.D., Sparto P.J., Furman J.M., Redfern M.S. The steady-state postural response to continuous sinusoidal galvanic vestibular stimulation. Gait Posture. 2003; 18 (2): 64–72.

16. Dakin C.J., Luu B.L., Van den Doel K., Inglis J.T., Blouin J-S. Frequency-specific modulation of vestibular-evoked sway responses in humans. J. Neurophysiology. 2010; 103 (2): 1048–1056.

17. 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 [Transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord: A noninvasive tool for activation of stepping pattern generators in humans]. Fiziologiya cheloveka. 2012; 38 (2): 46–56 (in Russian).

: Last Updated: 04 February 2022