Актуальность.

Одним из способов модуляции нейронных цепей спинного мозга был представлен неинвазивный метод чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (ЧЭССМ). Метод ЧЭССМ применим как для исследования принципов регуляции локомоторных функций у людей с отсутствием двигательных нарушений, так и для подбора способов реабилитации для больных с нарушенной двигательной функцией [1]. Было показано, что с помощью метода ЧЭССМ становится возможна регуляция локомоторных функций у условно здоровых лиц [2].

Цель работы. Оценить эффективность воздействия чрескожной стимуляции спинного мозга на поясничном (Тh11-Тh12) и шейном (С5-С6) уровне с частотой 1 и 5 Гц на показатели постуральной устойчивости у условно здоровых лиц.

Материалы и методы. В процессе работы было обследовано 67 человек (7 мужчин и 60 женщин), возраста от 20 до 40 лет. Все исследования были проведены с информированного добровольного согласия участников в соответствии с Хельсинской декларацией. Протокол исследования одобрен Локальным Этическим Комитетом ФГАОУ ВО КФУ (протокол № 34 от 27.01.2022).

Оценка постуральной устойчивости исследуемого до и после ЧЭССМ производилась с применением стабилографической платформы «Стабилан-01» производства ЗАО ОКБ «РИТМ», Таганрог, Российская Федерация.

Организация эксперимента.

На первом этапе была проведена контрольная проба (К), стабилометрическое тестирование в спокойной стойке, с открытыми глазами без стимуляции длительностью одиннадцать минут.

После 10-минутного перерыва производилось стабилометрическое тестирование в свободной стойке, со стимуляцией – 11-минутное обследование, по схеме:

1-я минута: запись без стимуляции с целью адаптации испытуемого к стойке на стабилографической платформе;

Со 2-й по 6-ю минуту (общая сложность 5 минут): со стимуляцией;

С 7-й по 11-ю минуту (общая сложность 5 минут): без стимуляции, запись после стимуляции.

Каждый испытуемый прошел серию 11-минутных обследований, состоящих из 3 проб: контрольная, ЧЭССМ шейного отдела спинного мозга на уровне С5-6 шейных позвонков и поясничная стимуляция на уровне Тh11-12 грудных позвонков.

Стимуляция спинного мозга. ЧЭССМ на уровне Т11-12 проводилась при помощи стимулятора «Нейрософт МВП-8» (Нейрософт, Иваново, РФ). Катод, стимулирующий самоклеящийся электрод был расположен между остистыми отростками Th11–Th12 позвонков.

Для осуществления ЧЭССМ на уровне шейного отдела спинного мозга использовали пятиканальный стимулятор BIOSTIM-5 (Cosyma Ltd., Москва, Россия). Стимулирующий накожный круглый электрод (катод) с адгезивным слоем диаметром 32 мм располагали на коже между остистыми отростками С5 и С6 позвонков, прямоугольные электроды (анод) с адгезивным слоем размером 45×80 мм располагались симметрично на ключицах.

Стимуляция осуществлялась прямоугольными биполярными импульсами длительностью 1,0 мс, интенсивность стимула варьировала в диапазоне от 50 до 70 мА. Подбор силы стимула осуществлялся индивидуально для каждого испытуемого в зависимости от наличия болевых ощущений. Длительность стимуляции составляла 5 минут. Во время проведения исследования производился контроль показателей состояния сердечно-сосудистой системы (ЧСС, АД).

Статистическая обработка и анализ полученных данных были проведены в программе SigmaPlot 12.0.

Результаты и обсуждение.

При выполнении контрольной пробы было выявлено, что в спокойной стойке со зрительным контролем при стоянии на твердой поверхности испытуемые продемонстрировали способность поддерживать баланс. Так, через одиннадцать минут, по сравнению с первой минутой смещение ЦД по фронтальной оси осталось на исходном уровне, по сагиттальной оси понизилось, длина траектории ЦД по фронтальной и сагиттальной оси, а также угловая средняя скорость не изменились.

При ЧЭССМ на уровне шейного и поясничного отделов спинного мозга было выявлено, что стимуляция с частотой 5 Гц положительно повлияла на изменение стабилографических показателей: увеличилась средняя угловая скорость, уменьшилась площадь эллипса, уменьшилась длина траектории ЦД по сагиттальной оси, при этом стимуляция на уровне Тh11-12 была более эффективна. В качестве одного из возможных объяснений улучшения постуральной устойчивости при ЧЭССМ приводится увеличение синаптической проводимости, а также увеличение возбудимости афферентных входов [3]. ЧЭССМ с частотой стимуляции 1 Гц как шейного, так и поясничного отдела спинного мозга ухудшала функцию поддержания вертикальной позы человека.

Результаты наших исследований позволяют предположить, что с помощью метода ЧЭССМ можно положительно влиять на функционирование спинальных нейронных сетей у людей с нарушениями двигательных функций, тем самым увеличивая качество двигательных способностей.

Источник финансирования. Работа выполнена в рамках программы «Стратегическое академическое лидерство Казанского федерального университета» (ПРИОРИТЕТ-2030).

Литература

1) Gerasimenko, Y., Gorodnichev R., Puhov A. et al. Initiation and modulation of locomotor circuitry output with multisite transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in non-injured humans//J. Neurophysiology. – 2015. –V. 113. – P. 834–842.

2) Musienko, P. E., Bogacheva I. N., Savokhin A. A. et al. Facilitation of locomotor activity in decerebrated and spinal cats with non-invasive transcutaneous spinal cord stimulation // Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnalim. I. M. Sechenova. – 2013. – V. 99, № 8. – P. 917–927.

3) Якупов, Р. Н., Балыкин Ю. М., Котова Е. Ю. et al. Изменение силовых показателей мышц нижних конечностей при чрескожной электрической стимуляции спинного мозга//Ульяновский медико-биологический журнал. – 2015. – № 4. – С. 99–103.

Relevance.

One of the ways to modulate the neural circuits of the spinal cord was presented by a non-invasive method of transcutaneous electrical spinal cord stimulation (TSCS). The TSESM method is applicable both for studying the principles of regulation of locomotor functions in people with no motor disorders, and for selecting rehabilitation methods for patients with impaired motor function [1]. It was shown that with the help of the TSESM method, the regulation of locomotor functions in apparently healthy individuals becomes possible [2].

Objective.To evaluate the effectiveness of the impact of transcutaneous spinal cord stimulation at the lumbar (Th11-Th12) and cervical (C5-C6) levels with a frequency of 1 and 5 Hz on the indicators of postural stability in apparently healthy individuals.

Materials and methods.In the process of work, 67 people (7 men and 60 women) were examined, aged from 20 to 40 years. All studies were conducted with the informed voluntary consent of the participants in accordance with the Declaration of Helsinki. The study protocol was approved by the Local Ethics Committee of the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education KFU (protocol No. 34 dated January 27, 2022).

The assessment of postural stability of the subject before and after TSCS was carried out using the Stabilan-01 stabilographic platform.

At the first stage, a control test (K) was carried out, stabilometric testing in a calm stance, with open eyes without stimulation, lasting eleven minutes.

After a 10-minute break, stabilometric testing was performed in a free stance, with stimulation - an 11-minute examination, according to the scheme:

1st minute: recording without stimulation in order to adapt the subject to the stand on the stabilographic platform;

From the 2nd to the 6th minute (total difficulty 5 minutes): with stimulation;

From 7th to 11th minutes (total difficulty 5 minutes): no stimulation, recording after stimulation.

Each subject underwent a series of 11-minute examinations, consisting of 3 samples: control, TSCS of the cervical spinal cord at the level of C5-6 cervical vertebrae and lumbar stimulation at the level of Th11-12 thoracic vertebrae.

Spinal cord stimulation. TSCS at the T11-12 level was performed using the Neurosoft MVP-8 stimulator (RF). The cathode stimulating the self-adhesive electrode was placed between the spinous processes of Th11–Th12 vertebrae.

A five-channel BIOSTIM-5 stimulator (Cosyma Ltd., Russia) was used to perform TSCS at the level of the cervical spinal cord. A stimulating skin round electrode (cathode) with an adhesive layer 32 mm in diameter was placed on the skin between the spinous processes of C5 and C6 vertebrae, rectangular electrodes (anode) with an adhesive layer 45 × 80 mm in size were placed symmetrically on the clavicles.

Stimulation was carried out by rectangular bipolar pulses with a duration of 1.0 ms, the stimulus intensity varied in the range from 50 to 70 mA. The duration of stimulation was 5 minutes. During the study, the indicators of the state of the cardiovascular system (heart rate, blood pressure) were monitored.

Statistical processing and analysis of the obtained data were carried out using the SigmaPlot 12.0 program.

Results and discussion.

When performing a control test, it was found that in a calm stance with visual control when standing on a hard surface, the subjects demonstrated the ability to maintain balance. So, after eleven minutes, compared with the first minute, the displacement of the CP along the frontal axis remained at the initial level, along the sagittal axis it decreased, the length of the trajectory of the CP along the frontal and sagittal axes, as well as the angular average velocity did not change.

TSCS at the level of the cervical and lumbar spinal cord revealed that stimulation at a frequency of 5 Hz had a positive effect on the change in stabilographic parameters: the average angular velocity increased, the area of the ellipse decreased, the length of the CP trajectory along the sagittal axis decreased, while stimulation at the level of Th11- 12 was more efficient. As one of the possible explanations for the improvement in postural stability during TSCS, an increase in synaptic conduction, as well as an increase in the excitability of afferent inputs, is given [3]. TSCS with a stimulation frequency of 1 Hz of both the cervical and lumbar spinal cord worsened the function of maintaining a vertical posture in a person.

The results of our research suggest that using the TESCM method it is possible to positively influence the functioning of spinal neural networks in people with impaired motor functions, thereby increasing the quality of motor abilities.

Source of financing.The work was carried out within the framework of the program "Strategic Academic Leadership of the Kazan Federal University" (PRIORITET-2030).

Literature

1) Gerasimenko, Y., Gorodnichev R., Puhov A. et al. Initiation and modulation of locomotor circuitry output with multisite transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in non-injured humans//J. neurophysiology. - 2015. -V. 113. – P. 834–842.

2) Musienko, PE, Bogacheva IN, Savokhin AA et al. Facilitation of locomotor activity in decerebrated and spinal cats with non-invasive transcutaneous spinal cord stimulation // Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnalim. I.M. Sechenova. – 2013. – V. 99, No. 8. – P. 917–927.

3) Yakupov, R. N., Balykin Yu. M., Kotova E. Yu. et al. Changes in the strength indicators of the muscles of the lower extremities during transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord//Ulyanovsk Medical and Biological Journal. - 2015. - No. 4. - P. 99–103.