Широкая распространенность патологий ЦНС, вызванная травмами и заболеваниями спинного мозга, требует разработки новых подходов в реабилитации двигательных функций. Метод электрической стимуляции спинного мозга является одним из наиболее многообещающих в экспериментальной и медицинской практике, позволяющий изучать функции различных систем организма. Одним из достижений последних лет стало выявление в спинном мозге определенных областей, электрическая стимуляция которых приводит к вызову и управлению ритмическими движениями в нижних конечностях. На сегодняшний день существует два основных метода стимуляции спинного мозга для управления локомоцией – инвазивная стимуляция с помощью электродов, расположенных на дорсальной поверхности мозга (эпидуральная стимуляция) и неинвазивная стимуляция, при которой установка электродов производится на поверхности кожи (чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ)). Представляет интерес оценка эффективности методики электростимуляции для вызова шагоподобных движений при различной степени поражения спинного мозга.

Целью данного исследования являлась оценка эффектов чрескожной электрической стимуляции спинного мозга на изменение параметров двигательной активности у пациентов с травмой спинного мозга (ТСМ).

В исследовании принимали участие 15 субъектов (3 женщины и 12 мужчин) с ТСМ на уровне C4-С5 и Тh3-L2 позвонков, с травмой оцененной по шкале AIS (American Spinal Cord Injury Association Impairment Scale), как A, B и C. Оценка локомоторной активности у субъектов с ТСМ осуществлялась в системе разгрузки веса тела (Redcord, Норвегия) в положении лежа на боку. ЧЭССМ проводилась с помощью двух гелевых накожных электродов (24 мм), на уровне Th11-Th12 и Th12-L1 позвонков. Частота стимуляции составляла 35 Гц, интенсивность стимула варьировала в диапазоне от 20 до 115 мА. Для регистрации кинематических характеристик движений ног использовали систему захвата движения Vicon (Nexus, Великобритания). Объём движений в суставах вычисляли по положению светоотражающих датчиков, расположенных на анатомических ориентирах туловища и нижних конечностей по осям движения в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах. Оценка локомоторной активности осуществлялась при попытке субъектов выполнить шагательные движения как без стимуляции, так и во время ЧЭССМ.

Оценка локомоторной активности, вызванная ЧЭССМ показала, что объем движения в суставах имеет зависимость от степени и уровня поражения спинного мозга. Так, при неполном характере ТСМ значительно легче инициировалась локомоторная активность в нижних конечностях. В группе субъектов с ТСМ на уровне С4-5 позвонков наблюдалось достоверное увеличение угловых перемещений в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах (p≤0.05). В группе субъектов с ТСМ на уровне Th3-Th9 позвонков достоверное увеличение значений угловых перемещений наблюдалось в коленном и голеностопном суставах (p≤0.05). Аналогичная стимуляция в группе субъектов с ТСМ на уровне Th10-L2 позвонков приводила к достоверному увеличению значений угловых перемещений только голеностопном суставе (p≤0.05).

Таким образом, наблюдаемые эффекты ЧЭССМ могут позволить повысить эффективность реабилитационных мероприятий и открыть хорошие перспективы использования неинвазивной чрескожной стимуляции в рутинной клинической практике для различных групп пациентов со спинальной патологией.

Работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030).

The high prevalence of CNS pathologies caused by injuries and diseases of the spinal cord requires the development of new approaches of motor function rehabilitation. The method of the spinal cord electrical stimulation is one of the most promising in experimental and clinical practice, which makes available study the functions of various body systems. One of the recent years breakthrough is the identification of certain spinal cord areas, which electrical stimulation activates involuntary and voluntary movement in the lower extremities. There are two main methods of spinal cord stimulation to control locomotion – invasive stimulation using electrodes located on the dorsal surface of the brain (epidural stimulation) and non-invasive, when the electrodes are placed on the surface of the skin (transcutaneous electrical spinal cord stimulation (tSCS). Evaluation of the effectiveness of the electrical stimulation technique for inducing step-like movements with varying degrees of spinal cord injury arises interest.

The aim of this study was to evaluate the effects of transcutaneous electrical spinal cord stimulation on changes in motor activity parameters in patients with spinal cord injury (SCI).

The study involved 15 subjects (3 women and 12 men) with SCI at the level of C4-C5 and Th3-L2 vertebrae, with injury assessed on the AIS scale (American Spinal Cord Injury Association Impairment Scale), as A, B and C. Assessment of locomotor activity in subjects with SCI was carried out in the body weight unloading system (Redcord, Norway) in the supine position. tSCS was performed using two gel electrodes (24 mm) at the level of Th11-Th12 and Th12-L1 vertebrae. The stimulation frequency was 35 Hz, the stimulus intensity varied in the range from 20 to 115 mA. To register range of leg movements, a Vicon motion capture system (Nexus, UK) was used. Range of movements in the joints was calculated from the position of light-reflecting sensors located on the anatomical landmarks of the trunk and lower extremities along the axes of movement in the hip, knee, and ankle joints. The assessment of locomotor activity was carried out when the subjects attempted to perform stepping-like movements both without stimulation and during tSCS.

The assessment of locomotor activity caused by tSCS showed that the range of motion in the joints depends on the degree and level of spinal cord injury. Thus, in the case of incomplete SCI, locomotor activity in the lower extremities was initiated much more easily. In the group of subjects with SCI at the level of C4-5 vertebrae, there was a significant increase in angular movements in the hip, knee and ankle joints (p≤0.05). In the group of subjects with SCI at the level of Th3-Th9 vertebrae, a significant increase of range of movements was observed in the knee and ankle joints (p≤0.05). Similar stimulation in the group of subjects with SCI at the level of Th10-L2 vertebrae led to a significant increase in the values of range of movements only in the ankle joint (p≤0.05).

Thus, the observed effects of tSCS allows to increase the effectiveness of rehabilitation and opens up good prospects for the use of non-invasive transcutaneous stimulation in routine clinical practice for various groups of patients with spinal pathology.

This work was supported by the Strategic Academic Leadership Program of the Kazan Federal University (PRIORITET-2030).