Регуляция дыхания при электрической стимуляции поясничного отдела спинного мозга у человека

Авторы

  • Татьяна Ромульевна Мошонкина Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Наталия Александровна Щербакова Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН
  • Сергей Александрович Моисеев Великолукская государственная академия физической культуры и спорта
  • Арина Владимировна Миняева Тверской государственный университет
  • Юрий Петрович Герасименко Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-1270-2020-1-2-108-114

Ключевые слова:

человек, чрескожная электростимуляция спинного мозга, дыхание, вызванные шагательные движения, вентиляция легких, газообмен

Аннотация

Работа продолжает исследование механизмов регуляции вентиляторной реакции на чрескожную электрическую стимуляцию спинного мозга (ЧЭССМ), вызывающую локомоторный ответ. Сравнивали реакции дыхательной системы здоровых добровольцев на ЧЭССМ на уровне T12-L1 позвонков, производимую на фоне произвольных и пассивных движений ногами с равными амплитудно-скоростными параметрами, а также при внешнем сдерживании вызываемого ЧЭССМ локомоторного ответа, что позволяло модулировать вклад нейрогенного механизма регуляции дыхания в вентиляторную реакцию. Для исследований использовали реабилитационный механотренажер. ЧЭССМ с интенсивностью, вызывающей мышечный ответ, в условии внешнего торможения движений ног вызывала уменьшение глубины дыхания на 0,10 ± 0,03 л за счет незначительного, но синхронного уменьшения продолжительности и скорости как вдоха, так и выдоха. Стимуляция на фоне совершения испытуемыми активных движений ногами сопровождалась достоверным увеличением минутного объема вентиляции легких на 3,23 ± 1,06 л/мин за счет прироста глубины дыхания на 0,10 ± 0,03 л. Респираторная реакция на ЧЭССМ на фоне пассивных движений была слабо выражена, однако прослеживалась тенденция к увеличению частоты и снижению глубины дыхания, было отмечено достоверное повышение потребления кислорода на 33,10 ± 13,16 мл/мин. На фоне выполнения пассивных движений эффекты ЧЭССМ и механизмов регуляции дыхания при мышечной деятельности оказываются практически сбалансированными. Выявленные различия в респираторных реакциях на ЧЭССМ, скорее всего, связаны с наложением разнонаправленных эффектов стимуляции поясничного утолщения спинного мозга, с одной стороны, и комплекса нейрогенных и гуморально-рефлекторных механизмов регуляции дыхания при физической работе, с другой стороны.

Библиографические ссылки

ЛИТЕРАТУРА

Бреслав, И. С., Волков, Н. И., Тамбовцева, Р. В. (2013) Дыхание и мышечная активность человека в спорте: руководство для изучающих физиологию человека. М.: Советский спорт, 333 с.

Гришин, А. А., Мошонкина, Т. Р., Солопова, И. А. и др. (2016) Пятиканальный неинвазивный электростимулятор спинного мозга для реабилитации пациентов с тяжелыми двигательными нарушениями. Медицинская техника, № 5 (299), с. 8–11.

Гришин, А. А., Мошонкина, Т. Р., Боброва, Е. В., Герасименко, Ю. П. (2019) Комплекс для реабилитационного лечения пациентов с двигательной патологией с использованием механотерапии, чрескожной электростимуляции спинного мозга и биологической обратной связи. Медицинская техника, № 4 (316), с. 1–4.

Исаев, Г. Г., Герасименко, Ю. П. (2005) Механизм «быстрого нейрогенного компонента» вентиляторной реакции при инициации двигательной активности. Физиология человека, т. 31, № 5, с. 73–79.

Миняева, А. В., Герасименко, Ю. П., Моисеев, С. А. и др. (2016) Сравнительный анализ реакций системы дыхания на произвольные и вызванные стимуляцией спинного мозга шагательные движения. Ульяновский медико-биологический журнал, № S4, с. 47–49.

Миняева, А. В., Моисеев, С. А., Пухов, А. М. и др. (2017) Реакция внешнего дыхания на движения, вызванные чрескожной стимуляцией спинного мозга. Физиология человека, т. 43, № 5, с. 43–51. DOI: 10.7868/S0131164617050113

Миняева, А. В., Моисеев, С. А., Пухов, А. М. и др. (2019) Зависимость респираторной реакции от интенсивности локомоторного ответа на чрескожную электрическую стимуляцию спинного мозга. Физиология человека, т. 45, № 3, с. 38–47. DOI: 10.1134/S0131164619030111

Hachmann, J. T., Grahn, P. J., Calvert, J. S. et al. (2017) Electrical neuromodulation of the respiratory system after spinal cord injury. Mayo Clinic Proceedings, vol. 92, no. 9, pp. 1401–1414 PMID: 28781176. DOI: 10.1016/j.mayocp.2017.04.011

REFERENCES

Breslav, I. S., Volkov, N. I., Tambovtseva, R. V. (2013) Dykhanie i myshechnaya aktivnost’ cheloveka v sporte: rukovodstvo dlya izuchayushchikh fiziologiyu cheloveka [Breathing and muscle activity of a person in sports: Handbook for human physiology learners]. Moscow: Sovetskij sport Publ., 333 p. (In Russian)

Grishin, A. A., Moshonkina, T. R., Bobrova, E. V., Gerasimenko, Yu. P. (2019) Kompleks dlya reabilitatsionnogo lecheniya patsientov s dvigatel’noj patologiej s ispol’zovaniem mekhanoterapii, chreskozhnoj elektrostimulyatsii spinnogo mozga i biologicheskoj obratnoj svyazi [A device for the rehabilitation therapy of patients with motor pathology using mechanotherapy, transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord, and biological feedback]. Meditsinskaya tekhnika, vol. 4 (316), pp. 1–4. (In Russian)

Grishin, A. A., Moshonkina, T. R., Solopova, I. A. et al. (2016) Pyatikanal’nyj neinvazivnyj elektrostimulyator spinnogo mozga dlya reabilitatsii patsientov s tyazhelymi dvigatel’nymi narusheniyami [A five-channel non-invasive electrical stimulator of the spinal cord for rehabilitation of patients with severe motor impairment]. Meditsinskaya tekhnika, vol. 5 (299), pp. 8–11. (In Russian)

Hachmann, J. T., Grahn, P. J., Calvert, J. S. et al. (2017) Electrical neuromodulation of the respiratory system after spinal cord injury. Mayo Clinic Proceedings, vol. 92, no. 9, pp. 1401–1414. PMID: 28781176. DOI: 10.1016/j.mayocp.2017.04.011 (In English)

Isaev, G. G., Gerasimenko, Yu. P. (2005) Mekhanizm “bystrogo nejrogennogo komponenta” ventilyatornoj reaktsii pri initsiatsii dvigatel’noj aktivnosti [Mechanism of the fast neurogenic component of the ventilatory response to the initiation of locomotor activity]. Fiziologiya cheloveka, vol. 31, no. 5, pp. 73–79. (In Russian)

Minyaeva, A. V., Gerasimenko, Yu. P., Moiseev, S. A. et al. (2016) Sravnitel’nyj analiz reaktsij sistemy dykhaniya na proizvol’nye i vyzvannye stimulyatsiej spinnogo mozga shagatel’nye dvizheniya [Comparative analysis of the reactions of the respiratory system to voluntary and walking movements caused by spinal cord stimulation]. Ul’yanovskij medico-biologicheskij zhurnal — Ulyanovsk Medico-biological Journal, no. S4, pp. 47–49. (In Russian)

Minyaeva, A. V., Moiseev, S. A., Pukhov, A. M. et al. (2017) Reaktsiya vneshnego dykhaniya na dvizheniya, vyzvannye chreskozhnoj stimulyatsiej spinnogo mozga [Response of external inspiration to the movements induced by transcutaneous spinal cord stimulation]. Fiziologiya cheloveka, vol. 43, no. 5, pp. 43–51. DOI: 10.7868/S0131164617050113 (In Russian)

Minyaeva, A. V., Moiseev, S. A., Pukhov, A. M. et al. (2019) Zavisimost’ respiratornoj reaktsii ot intensivnosti lokomotornogo otveta na chreskozhnuyu elektricheskuyu stimulyatsiyu spinnogo mozga [Dependence of respiratory reaction on the intensity of locomotor response to transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord]. Fiziologiya cheloveka, vol. 45, no. 3, pp. 38–47. DOI: 10.1134/S0131164619030111 (In Russian)

Опубликован

2020-06-05

Выпуск

Раздел

Экспериментальные статьи