Сравнительный анализ реакций системы дыхания на произвольные и вызванные стимуляцией спинного мозга шагательные движения

• ¹Тверской государственный университет, г. Тверь, Россия;

• ²ФГБУН «Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН», г. Санкт-Петербург, Россия;

• ³Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, г. Великие Луки, Россия

Актуальность. Метод чрескожной стимуляции спинного мозга, вызывающий двигательный ответ, активно используется для исследования функций спинного мозга человека и для реабилитации двигательных функций пациентов. Однако поскольку в спинном мозге локализовано спинальное звено центрального аппарата регуляции дыхания, стимуляция локомоторных сетей спинного мозга может напрямую вызывать вентиляторную реакцию.

Цель исследования. Целью нашей работы было проведение сравнительного анализа реакции системы дыхания на шагательные движения, вызванные чрескожной электростимуляцией спинного мозга и произвольные шагательные движения.

Материалы и методы. Исследование проводилось с участие 10 молодых мужчин. Параметры вентиляции легких и газообмена регистрировались посредством метаболографа Cosmed Quark CPET. Для чрескожной электростимуляции спинного мозга использовался стимулятор оригинальной конструкции (БиокинЭС-5, ООО Косима)

Испытуемые находились в положении лежа на боку. С целью облегчения выполнения движений, каждую ногу испытуемых вывешивали на независимых качелях-подвесках. Исследование включало две серии.

В первой серии параметры вентиляции легких и газообмена регистрировались: 1 минуту в исходном состоянии покоя; 2 минуты при чрескожной электростимуляции спинного мозга посредством электродов, расположенных над грудными позвонками Т11–Т12 током 30–150 мА частотой 30 Гц с целью вызова спонтанных шагательных движений; 1 минуту в процессе восстановления.

Во второй серии параметры вентиляции легких и газообмена регистрировались: 1 минуту в исходном состоянии покоя; 2 минуты при произвольном выполнении шагательных движений с амплитудой, соответствующей амплитуде спонтанных движений в 1 серии исследования; 1 минуту в процессе восстановления.

Результаты. Спонтанные шагательные движения, вызванные чрескожной электростимуляцией L1 и L2 (на уровне Т11 и Т12 позвонков) сегментов спинного мозга сопровождаются достоверным приростом (P<0,05) вентиляции легких исключительно за счет увеличения (P<0,01) частоты дыхания. Дыхательный объем, при этом, достоверно (P<0,01) снижается. При произвольном воспроизведении шагательных движений вентиляция легких растет (P<0,01) за счет увеличения и частоты дыхания (P<0,01), и дыхательного объема (P<0,05).

Прирост частоты дыхания при движениях, вызванных электростимуляцией спинного мозга, осуществляется, в большей мере, за счет укорочения (P<0,01) времени выдоха, чем вдоха. При произвольном воспроизведении движений, частота дыхания увеличивается в большей мере, за счет укорочения времени вдоха (P<0,01), чем выдоха.

Вызванные стимуляцией шагательные движения сопровождаются меньшим (P<0,05) приростом потребления кислорода, чем произвольно воспроизводимые движения (P<0,01). Однако парциальное давление кислорода в альвеолярном газе при вызванных движениях незначительно увеличивается, а при произвольных падает (P<0,01).

Можно предположить, что в выполнении шагательных движений на фоне электростимуляции участвует меньшее количество мышечных групп (чем при произвольных движениях), в связи с чем прирост потребления кислорода оказывается менее выраженным. Менее выражена и вентиляторная реакция на вызванные шагательные движения, но и она оказывается гипервентиляционной, о чем свидетельствует увеличение парциального давления кислорода в альвеолярном газе. Тот факт, что увеличение вентиляции легких при электростимуляции локомоторных нейронных сетей L1 и L2 сегментов спинного мозга происходит за счет увеличения частоты ды- хания вследствие ускорения выдоха можно объяснить активацией экспираторных мышц, мотонейроны которых располагаются в стимулируемых сегментах спинного мозга.

Заключение . Таким образом, на основании анализа экспериментальных данных можно предположить, что реакция дыхательной системы на шагательные движения, вызванные неинвазивной электростимуляцией спинного мозга, имеет сложную структуру и обусловлена как нейрогенной стимуляцией с проприоцепторов работающих мышц и хеморецепторов сосудистого русла, так и непосредственно чрескожной электростимуляцией мотонейронов экспираторной мускулатуры.