Влияние опорной афферентации на жесткостные свойства скелетных мышц

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

14.03.08 - Авиационная, космическая и морская медицина

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Влияние опорной афферентации на жесткостные свойства скелетных мышц

Миллер Татьяна Федоровна

Москва - 2010

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук

Научный руководитель: член-корреспондент РАН

доктор медицинских наук, профессор

Козловская Инеса Бенедиктовна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

Иоффе Марат Евсеевич

доктор биологических наук Шипов Алексей Алексеевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук

Защита состоится «__23__»____декабря______2010 г. в _10.00_ часов на заседании диссертационного совета Д 002.111.01 в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76А

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - ИМБП РАН

Автореферат разослан «_19__»_____декабря______2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук М.А. Левинских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проведенные в предшествующие годы исследования двигательной сферы в невесомости и условиях, моделирующих ее эффекты, показали, что обусловленный невесомостью двигательный синдром характеризуется наличием изменений во всех звеньях двигательной системы [Козловская И.Б. и др., 1984; Григорьев А.И. и др., 2004; Kozlovskaya I. et. al., 1988; Reschke M.F. et. al., 1988; Edgerton V.R., Roy R.R., 1996; Kornilova L.N., 2003]. Важную часть этих изменений занимает снижение мышечного тонуса, которому ряд исследователей отводит существенную роль в развитии гипогравитационных нарушений [Брянов И.И., 1976; Козловская И.Б. и др., 1976, 1984; Гевлич Г.И., 1984; Шенкман Б.С. и др., 1996, 2004; Kozlovskaya I.B. et. al., 1983, 1988, 1990, 2007; Vinogradova O.L. et. al., 2002].

С начала 70-х годов российские исследователи изучали изменения мышечного тонуса после коротких (2-18 суток) и длительных (63-175 суток) космических полетов, используя различные методы измерения поперечной жесткости мышц (ПЖ) [Уфлянд Я.С., 1963; Гевлич Г.И., 1983; Szirmai E., 1952]. При этом было показано, что снижение тонуса, будучи наиболее выраженным в мышцах-разгибателях бедра и голени, развивается в первые же часы воздействия невесомости [Какурин Л.И. и др., 1971; Брянов И.И., 1976; Гевлич Г.И., 1984; Козловская И.Б. и др., 1984; Григорьева Л.С., Козловская И.Б., 1987; Kozlovskaya I. et. al., 1988]. Выраженность изменений и длительность восстановления тонуса после полетов существенно варьировала у различных индивидов, вместе с тем выявлялась некоторая связь с продолжительностью воздействия.

Результаты физиологических и морфофизиологических исследований в модельных условиях и в невесомости легли в основу представления о тесной связи большинства обусловливаемых гипогравитацией двигательных нарушений с устранением опорных нагрузок, играющих важную роль в системе контроля тонической мышечной активности [Григорьев А.И. и др., 2004; Kozlovskaya I. et. al., 1988; 2007]. Исследуя изменения тонуса мышц голени в экспериментальных ситуациях, различающихся степенью опорной разгрузки, Гевлич Г.И. (1984), Козловская И.Б. и др. (1984), Григорьева Л.С., Козловская И.Б. (1987) показали, что скорость развития тонических сдвигов в мышцах-разгибателях прямо зависела от степени безопорности.

Гипотеза о ведущей роли опорной афферентации в регуляции тонической мышечной активности и о ее тригерной роли в развитии других двигательных нарушений получила подтверждение в ряде наземных экспериментов с моделированием эффектов гипогравитации [Григорьев А.И. и др., 2004; Vinogradova O.L. et. al., 2002; Litvinova K.S. et. al., 2003; Melnik K.A. et. al., 2003; Popov D.V. et. al., 2003; Sayenko I.V. et. al., 2003; Khusnutdinova D.R. et. al., 2004; Sayenko D. et. al., 2004; Kozlovskaya I.B. et. al., 2007]. Вместе с тем, прямых доказательств участия опорной афферентации в развитии гипогравитационной атонии не существовало.

Цель работы. Изучение роли опорной афферентации в регуляции жесткостных свойств мышц голени и в развитии гипогравитационной атонии в условиях наземного моделирования физиологических эффектов гипогравитации и в клинических моделях.

Задачи исследований.

1. Изучение временных и амплитудных характеристик поперечной жесткости (ПЖ) и электромиограммы (ЭМГ) покоя мышц голени при наземном моделировании эффектов гипогравитации в эксперименте с «сухой» иммерсией.

2. Исследование влияния механической стимуляции опорных зон стоп в условиях «сухой» иммерсии на временные и амплитудные характеристики ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени.

3. Сравнительный анализ временных и амплитудных характеристик ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени с целью определения роли мышечной активности в регуляции тонических изменений.

4. Исследование эффектов механической стимуляции опорных зон стоп при спастических нарушениях тонуса, обусловливаемых ишемическим инсультом.

Научная новизна.В работе впервые показано, что ежедневная механическая стимуляция опорных зон стоп в режиме локомоций предотвращает развитие обусловливаемых моделируемой гипогравитацией изменений тонуса мышц голени - снижение тонуса разгибателей и повышение тонуса сгибателей. Изменения ПЖ сгибателей и разгибателей голени, регистрируемые в условиях иммерсионного воздействия, существенно ослаблялись в группе, применявшей механическую стимуляцию опорных зон стоп.

В работе впервые прямо подтверждена рефлекторная природа изменений тонуса в условиях гипогравитации: сравнительный анализ изменений ПЖ с изменениями мышечной активности показал их высокую корреляцию (коэффициенты корреляции во всех экспериментальных сериях были больше 0,9).

В работе впервые выявлена эффективность опорной стимуляции для коррекции спастических постинсультных нарушений.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований впервые представили прямые доказательства о ведущей роли опорной афферентации в развитии гипогравитационной атонии, а также о ее рефлекторной природе. Полученные результаты открыли возможность для разработки нового подхода к профилактике двигательных нарушений в космических полетах и в условиях гипокинезии и легли в основу создания нового средства профилактики - компенсатора опорной разгрузки (КОР). КОР в настоящее время готовится к поставке на борт, а также проходит клинические испытания в качестве средства реабилитации в неврологических клиниках г. Москвы.

Данные проведенных исследований используются в ходе разработки эффективных реабилитационных режимов стимуляции опорных зон стоп у больных со спастическими постинсультными нарушениями.

Положения, выносимые на защиту.

1. Опорная разгрузка является ведущим фактором в развитии гипогравитационной атонии. В условиях наземного моделирования эффектов гипогравитации механическая стимуляция опорных зон стоп полностью устраняет или существенно ослабляет выраженность тонических нарушений.

2. Гипогравитационная атония первично является рефлекторной и обусловливается резким снижением мышечной активности в покое.

3. Применение механической стимуляции опорных зон стоп устраняет спастические нарушения у больных ишемическим инсультом на ранней стадии реабилитации.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены и обсуждены на Конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной дню космонавтики (Россия, Москва, 2003); 8 Международной Конференции «Системный анализ и управление», (Крым, Евпатория, 2003); 9 Международной Конференции «Системный анализ и управление», (Крым, Евпатория, 2004), 25 Международном гравитационном симпозиуме (25-th Annual International Gravitational Physiology Meeting) (Россия, Москва, 2004); Научной конференции «Фундаментальные науки-медицине» (Россия, Москва, 2004); Объединенной конференции Европейского космического агентства и Международного общества гравитационной физиологии (European Space Agency and International Society of Gravitational Physiology Joint Life Science Conference "Life in Space for Life on Earth") (Германия, Кёльн, 2005); 10 Международной Конференции «Системный анализ, управление и навигация», (Крым, Евпатория, 2005), IV Международной конференции по моторному контролю (Motor Control Conference IV MCC 2005) (Болгария, София, 2005); IX Всероссийском съезде неврологов (Россия, Ярославль, 2006); Научной конференции «Современные аспекты нейрореабилитации» (Россия, Москва, 2007).

Диссертация апробирована на заседании секции Ученого совета «Космическая биология и физиология» ГНЦ РФ ИМБП РАН, протокол № 6 от 29 июня 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе одна статья в журнале перечня ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания методов исследования, пяти глав результатов собственных исследований, обсуждения результатов исследований, выводов, списка источников литературы, включающего 216 источников (84 в отечественных изданиях, 132 - в иностранных), 4-х приложений, содержащих: описание квазистатической модели определения ПЖ; индивидуальные и средние значения ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени в 3- и 7-суточной иммерсии; клинические неврологические шкалы; индивидуальные и средние значения ПЖ и ЭМГ покоя мышц голени у больных со спастическими постинсультными нарушениями тонуса. Диссертация иллюстрирована 37 рисунками и 22 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Материалы и методы исследований

Общий объём проведённых исследований представлен в табл. 1.

Таблица 1. Объём проведенных исследований

Проведенные исследования	Сроки проведения исследований
7-суточная иммерсия
Измерение ПЖ и ЭМГ покоя m.soleus и m.tibialis anterior	До, на 1, 3, 7 сутки иммерсии
Общее кол-во испытуемых 18 (возраст 22 - 30 лет)	Общее кол-во проведенных исследований 144
3-суточная иммерсия
Измерение ПЖ и ЭМГ покоя m.soleus и m.tibialis anterior	До, на 1, 3 сутки иммерсии
Общее кол-во испытуемых 18 (возраст 22 - 30 лет)	Общее кол-во проведенных исследований 108
Клинические исследования - на 14 сутки после ишемического инсульта
Измерение ПЖ и ЭМГ покоя m.soleus и m.tibialis anterior	До стимуляции и на фоне применения механической стимуляции опорных зон стоп
Общее кол-во испытуемых 17 (возраст 56 - 74 лет)	Общее кол-во проведенных исследований 68

Модели и экспериментальные условия. В качестве наземной модели для воспроизведения физиологических эффектов гипогравитации использовали «сухую» иммерсию. Испытуемые в течение 7 суток (7-суточная иммерсия) и 3 суток (3-суточная иммерсия) находились в ванной с водой, будучи отделенными от нее высокоэластичной, свободно плавающей и обволакивающей тело испытуемого гидроизолирующей тканью. Испытуемые помещались в ванну в горизонтальном положении и погружались в воду таким образом, чтобы складки ткани смыкались над поверхностью тела так, что голова и руки оставались непогруженными. Иммерсия более корректно по сравнению с другими моделями воспроизводит свойственную невесомости опорную разгрузку, так как тело обследуемого практически полностью погружено в иммерсионную среду и подвергается достаточно равномерному воздействию выталкивающей силы воды.

В клинических исследованиях принимали участие 17 больных с острым нарушением мозгового кровообращения по ишемическому типу, которые в течение 14 дней после инсульта находились в условиях постельного режима. Из них: 11 с поражением в районе правой внутренней сонной артерии, 3 с поражением в районе левой внутренней сонной артерии, 3 с поражением в районе левой сонной мозговой артерии. Исследования проводили с участием лечащего врача в ранний период реабилитации при стабильном общем состоянии больного.

Все обследуемые в соответствии с Хельсинкской Декларацией и нормами международного права были проинформированы о характере экспериментальных воздействий и возможных неблагоприятных последствиях и дали письменное согласие на участие в экспериментах. В клинических исследованиях помимо самого больного письменное согласие на его участие в эксперименте также давали его ближайшие родственники. Программы экспериментов были одобрены Комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ - Института медико-биологических проблем РАН - физиологической секцией Российского Национального Комитета по биоэтике РАН.

Используемая аппаратура. Мышечный тонус исследовали методом вибрационной вискоэластографии [Timanin E.M. et. al., 1989, 1999], разработанным сотрудниками Института прикладной физики РАН. Данный метод основан на определении ПЖ мышечной ткани при вдавливании в нее круглого плоского колеблющегося штампа (частота колебаний - 40 Гц) в направлении, перпендикулярном ходу большинства мышечных волокон, на основании регистрации ускорения штампа и силы сопротивления тканей деформированию.

В проводимых исследованиях использовали два датчика механических параметров тканей (рис. 1). Принцип действия обоих датчиков был идентичен, они отличались незначительными изменениями в конструкции, кроме того датчик 2 позволял точнее оценить параметры тканей, обеспечивая уменьшение вклада инерционных (излучательных) артефактов [Timanin E.M. et. al., 1989, 1999]. Датчик 1 применялся в исследованиях с 7-суточной иммерсией, датчик 2 - в исследованиях с 3-суточной иммерсией и клинических исследованиях. Сила давления на мышечную ткань датчика 1 составляла 32±2,5 г, а датчика 2 - 150±3 г.

Рис. 1. Схемы датчика 1 (а) и датчика 2 (б) механических параметров тканей: 1 датчик силы; 2 - датчик ускорения; 3 - вибратор; 4 - внешний корпус; 5 - штамп; 6 - мембрана

Для регистрации ЭМГ покоя в 7-суточной иммерсии использовали усилитель биопотенциалов "Медикор" чувствительностью от 0,1 мВ до 10 мВ с полосой пропускания 0,2 Гц - 10 кГц. Для регистрации ЭМГ в 3-суточной иммерсии и клинических исследованиях использовали усилитель биопотенциалов "Grass" (GRASS IP-511) чувствительностью от 10 мкВ до 20 мВ с полосой пропускания 10 Гц - 10 кГц.

Для стимуляции опорных зон стоп использовали компенсатор опорной разгрузи (КОР), разработанный специалистами ОАО НПП «Звезда» совместно с сотрудниками отдела Сенсомоторного контроля и профилактики ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН. С помощью КОР имитируется акт ходьбы с использованием принципа пневмомеханического давления на соответствующие опорные зоны стопы специальными пневмокамерами. В комплект КОР входят пневмостельки, размещенные в области пяточных и плюсневых зон стоп, с пневмокамерами, обеспечивающими давление до 0,50,15 кг/см2 в режиме локомоций.

Процедура исследований. Измерение ПЖ проводили в покое в положении испытуемого лежа на спине - для определения жесткости m.tibialis anterior, затем на животе - для m.soleus, при максимально возможном расслаблении мышц нижних конечностей. Углы в суставах составляли: в коленном - 180 град, в голеностопном - 90 град.

Регистрацию ЭМГ проводили с использованием одноразовых хлорсеребряных электродов диаметром 10 мм с межэлектродным расстоянием 20 мм. Электроды располагались вдоль брюшка соответствующей мышцы, ближе к ее середине.

Стимуляция опорных зон стоп с использованием КОР производилась во время пребывания испытуемого в иммерсионной ванне. В иммерсионных исследованиях стимуляцию опорных зон стоп проводили в течение 6 часов по 20 минут в начале каждого часа, каждый день: 10 минут в режиме медленной ходьбы (75 шаг/мин), 10 минут в режиме быстрой ходьбы (120 шаг/мин). В клинических исследованиях стимуляцию опорных зон стоп проводили одноразово в течение 10 минут в режиме медленной ходьбы (75 шаг/мин).

Измеряли ПЖ мышц сгибателей (m.tibialis anterior) и разгибателей (m.soleus) голеностопного сустава. Исследования выполнялись: в 3-суточной иммерсии - до иммерсии, на 1 и 3 сутки иммерсии; в 7-суточной иммерсии - до иммерсии, на 1, 3 и 7 сутки иммерсии (см. таблица 1). В клинических исследованиях ПЖ измеряли в покое до применения стимуляции опорных зон стоп и во время применения стимуляции.

В ходе обработки данных анализировали следующие параметры: 1) модуль упругости - отношение реальной части комплексной жесткости к диаметру штампа; 2) площадь ЭМГ - амплитуда ЭМГ-ответа, помноженная на длительность ответа.

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы BioStat 2008. Данные подвергались методу описательной статистики, для каждой группы испытуемых вычислялись средние значения показателей и стандартные ошибки средних значений. Для выявления статистически значимых различий между группами использовали непараметрический критерий Манна-Уитни [Гланц С., 1998; Громыка Г.Н., 2005].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние иммерсии различной длительности на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени

Результаты проведенных исследований показали, что пребывание в условиях гравитационной разгрузки сопровождается закономерным снижением ПЖ мышц-экстензоров и повышением ПЖ мышц-флексоров.

3-суточная иммерсия

Данная экспериментальная серия проведена с участием 9 испытателей. ПЖ и площадь ЭМГ мышц голени регистрировали до иммерсии, на 1 и 3 сутки иммерсии.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. soleus до и к концу 1-х и 3-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05.

Изменения ПЖ развивались быстро: через 24 часа после погружения снижение ПЖ m. soleus в группе составило 14,4 % (рис. 2, А). Снижение наблюдалось у всех испытуемых группы за исключением одного и варьировало от 4,3 % до 81,4 %. В дальнейшем ПЖ m. soleus выявляла тенденцию к возрастанию, однако индивидуальные значения ПЖ к концу 3 суток иммерсии у всех испытуемых группы, кроме двух, были ниже фоновых.

Динамика изменений площади ЭМГ m. soleus была аналогичной ПЖ - к концу первых суток иммерсии она достоверно снизилась на 11,2 %, выявляя тенденцию к восстановлению к 3 суткам иммерсии (рис. 2, Б).

В отличие от m. soleus ПЖ m. tibialis anterior к концу первых суток иммерсии у большинства испытуемых достоверно увеличилась, в среднем по группе увеличение составило 8,7 % (рис. 3, А). Это увеличение у одного из испытуемых достигало 50 %, у двух других - 30 % и более. На 3 сутки иммерсии ПЖ m. tibialis anterior снижалась, у большинства испытуемых значения ПЖ по-прежнему превышали фоновые.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 3. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. tibialis anterior до и к концу 1-х и 3-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05.

Динамика изменений площади ЭМГ m. tibialis anterior была аналогичной ПЖ - к концу первых суток иммерсии она также достоверно увеличилась на 9,3 %, снижаясь на 3 сутки иммерсионного воздействия (рис. 3, Б).

Изменения средних значений ПЖ и площади ЭМГ в обеих мышцах были однонаправлены (рис. 4). Коэффициенты корреляции этих показателей составляли для m. soleus - 0,998, для m. tibialis anterior - 0,971. При этом направленность изменений в m. soleus и в m. tibialis anterior была прямо противоположной: в m. soleus ПЖ и площадь ЭМГ, будучи максимальными в фоне, резко снижались к концу 1 суток и выявляли тенденцию к восстановлению, приближаясь к фоновым значениям к концу 3 суток (рис. 4, А). В m. tibialis anterior, напротив, фоновые значения ПЖ и площади ЭМГ были минимальными, резко возрастали к концу первых суток и снижались, приближаясь к фоновым значениям к концу 3 суток (рис. 4, Б).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 4. Корреляция между средними значениями ПЖ и площадью ЭМГ m. soleus (А) и m. tibialis anterior (Б) в 3-суточной иммерсии. Обозначения: пунктирная линия - линия тренда.

7-суточная иммерсия

Данная экспериментальная серия проведена с участием 10 испытателей. ПЖ и площадь ЭМГ мышц голени регистрировали до иммерсии, на 1, 3 и 7 сутки иммерсии.

В этой серии ПЖ m. soleus на протяжении всего иммерсионного воздействия достоверно снижалась, достигая максимального снижения на 31,5 % к концу 7 суток (рис. 5, А). При этом, на 1 и 3 сутки иммерсии индивидуальные значения ПЖ m. soleus были ниже фоновых у всех испытуемых группы, кроме одного, на 7 сутки иммерсии значения ПЖ m. soleus были ниже фоновых у всех испытуемых.

Аналогично ПЖ изменялась и площадь ЭМГ m. soleus - достоверно снижаясь на протяжении всей иммерсии, достигая максимального снижения на 31,4 % к концу 7 суток иммерсии (рис. 5, Б).

Рис. 5. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. soleus до и к концу 1-х, 3-х и 7-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05.

ПЖ m. tibialis anterior к концу первых суток иммерсии напротив достоверно увеличилась, в среднем на 10,6 %, при этом у трех испытуемых группы это увеличение было значительным. В дальнейшем ПЖ m. tibialis anterior прогрессивно снижалась, достигая к концу 7 суток значений ниже фоновых (рис. 6, А). У большинства испытуемых группы при этом индивидуальные значения ПЖ m. tibialis anterior достигли исходных либо незначительно от них отличались.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 6. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. tibialis anterior до и к концу 1-х, 3-х и 7-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05; х - достоверность изменений по сравнению с предыдущим исследованием при значимости р?0,05.

Аналогично ПЖ изменялась и площадь ЭМГ m. tibialis anterior - к концу первых суток иммерсии она достоверно увеличилась на 11,8 %, в дальнейшем снижаясь, достигая к концу 7 суток иммерсии значений достоверно ниже исходных (рис. 6, Б).

Изменения средних значений ПЖ и площади ЭМГ как m. soleus, так и в m. tibialis anterior были однонаправлены и параллельны друг другу (рис. 7). Коэффициенты корреляции были высокими, составляя 0,847 для m. soleus и 0,943 для m. tibialis anterior. Направленность изменений при этом в сгибателях и разгибателях голени была неоднородной: в m. soleus значения ПЖ и площади ЭМГ, будучи максимальными в фоне прогрессивно снижались в ходе всего иммерсионного воздействия (рис. 7, А). В m. tibialis anterior значения ПЖ и площади ЭМГ в первые сутки иммерсии резко возрастали, а затем снижались, достигая минимальных значений на 7 сутки (рис. 7, Б)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 7. Корреляция между средними значениями ПЖ и площадью ЭМГ m. soleus (А) и m. tibialis anterior (Б) в 7-суточной иммерсии. Обозначения: пунктирная линия - линия тренда.

Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени в иммерсии различной длительности 3-суточная иммерсия

Данная экспериментальная серия проведена с участием 9 испытателей. ПЖ и площадь ЭМГ мышц голени регистрировали до иммерсии, на 1 и 3 сутки иммерсии. Механическую стимуляцию опорных зон стоп осуществляли с использованием КОР.

Применение механической стимуляции опорных зон стоп резко изменило динамику нарушений ПЖ мышц голени. К началу первых суток иммерсии ПЖ m. soleus достоверно увеличилась (на 26,2 %) (рис. 8, А). Увеличение ПЖ отмечалось у всех испытуемых, причем у некоторых оно достигало 30 % и более. В дальнейшем ПЖ m. soleus выявляла некоторую тенденцию к снижению, однако, у большинства испытуемых группы она по-прежнему превосходила фоновые значения.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 8. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. soleus в группе с механостимуляцией до и к концу 1-х и 3-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05.

Динамика изменений площади ЭМГ m. soleus была аналогичной ПЖ - через 24 часа иммерсии она достоверно увеличилась (на 11,1%), выявляя тенденцию к снижению к 3 суткам иммерсии (рис. 8, Б).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 9. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. tibialis anterior в группе с механостимуляцией до и к концу 1-х и 3-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05.

В отличие от m. soleus ПЖ m. tibialis anterior снижалась в течение всего времени пребывания в иммерсии, достигая максимального снижения (на 26,2 %) к концу 3-суток (рис. 9, А). Снижение ПЖ отмечалось у всех испытуемых группы, кроме одного, и оно было значительным.

Динамика изменений площади ЭМГ m. tibialis anterior была аналогичной ПЖ, снижаясь на протяжении всей иммерсии, достигая максимального снижения на 12,3 % к концу 7 суток иммерсии (Рис. 9, Б).

Как и в «чистой» иммерсии, изменения значений ПЖ и площади ЭМГ в обеих мышцах были однонаправлены (рис. 10). Коэффициенты корреляции показателей были высокими, составляя 0,990 для m. soleus и 0,971 для m. tibialis anterior. Как и в группе с «чистой» иммерсией, была противоположной и направленность изменений, регистрируемых в m. soleus и m. tibialis anterior. Однако в серии с применением механостимуляции эта направленность была противоположной выявленной в группе с «чистой» иммерсией: значения ПЖ и площади ЭМГ m. soleus в данной серии были минимальными в фоне, к концу 1 суток оба показателя резко возросли, оставаясь практически неизменными на 3 сутки иммерсии (рис. 10, А). В m. tibialis anterior, напротив, значения ПЖ и площади ЭМГ покоя в фоне были максимальными и закономерно снижались в ходе иммерсии (рис. 10, Б).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 10. Корреляция между средними значениями ПЖ и площадью ЭМГ m. soleus (А) и m. tibialis anterior (Б) в группе с механостимуляцией в 3-суточной иммерсии. Обозначения: пунктирная линия - линия тренда.

7-суточная иммерсия

Данная серия проведена с участием 8 испытателей. ПЖ и площадь ЭМГ мышц голени регистрировали до иммерсии, на 1, 3 и 7 сутки иммерсии. Механическую стимуляцию опорных зон стоп осуществляли с использованием КОР.

К концу первых суток иммерсии ПЖ m. soleus достоверно увеличилась на 11,1 % (рис. 11, А). Увеличение отмечалось у большинства испытуемых группы, достигая у одного из них 40 % от исходной величины. В дальнейшем ПЖ m. soleus снижалась, и к концу 3 суток иммерсии достигла значений ниже исходных, в дальнейшем оставаясь неизменной (рис. 11, А).



Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 11. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. soleus в группе с механостимуляцией до и к концу 1-х, 3-х и 7-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05; х - достоверность изменений по сравнению с предыдущим исследованием при значимости р?0,05.

Аналогично ПЖ изменялась и площадь ЭМГ m. soleus - к концу первых суток иммерсии она также достоверно увеличилась (на 16,5 %), а затем снижалась, достигая уже к 3 суткам иммерсии значений ниже фоновых (рис. 11, Б).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 12. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ (Б) m. tibialis anterior в группе с механостимуляцией до и к концу 1-х, 3-х и 7-х суток иммерсии. Обозначения: по оси абсцисс - фон и сутки пребывания в иммерсии; вертикали - ошибки среднего; * - достоверность изменений по сравнению с фоном при значимости р?0,05; х - достоверность изменений по сравнению с предыдущим исследованием при значимости р?0,05.

В отличие от m. soleus ПЖ m. tibialis anterior достоверно снижалась в ходе всей иммерсии, достигая максимального снижения (на 24,7 %) к концу 7 суток иммерсии (рис. 12, А). Снижение ПЖ в ходе иммерсии имело место у большинства испытуемых группы.

Аналогично ПЖ изменялась и площадь ЭМГ m. tibialis anterior, достоверно снижаясь в ходе всей иммерсии, достигая максимального снижения (на 18,4 %) к концу 7 суток (рис. 12, Б).

Изменения средних значений ПЖ и площади ЭМГ обеих мышц, обусловливаемые экспериментальным воздействием, в данной серии, как и во всех других экспериментальных группах, были однонаправленными и изменялись параллельно друг другу (рис. 13). Коэффициенты корреляции показателей ПЖ и площади ЭМГ были высокими, составляя 0,982 в m. soleus и 0,948 в m. tibialis anterior. При этом направленность изменений, регистрируемых в ходе иммерсии в m. soleus и m. tibialis anterior, была неоднозначной. Однако в серии с механостимуляцией неоднозначность была иной, чем в серии с «чистой» иммерсией: значения ПЖ и площади ЭМГ m. soleus к концу 1 суток резко возросли, а затем снизились и оставались сниженными до конца 7 суток (рис. 13, А). В m. tibialis anterior значения ПЖ и площади ЭМГ, максимальные в фоне, закономерно и плавно снижались в ходе иммерсии (рис. 13, Б).



Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 13. Корреляция между средними значениями ПЖ и площадью ЭМГ m. soleus (А) и m. tibialis anterior (Б) в группе с механостимуляцией в 7-суточной иммерсии. Обозначения: пунктирная линия - линия тренда.

Влияние механической стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени у больных после ишемического инсульта

У 17 больных с острым спастическим нарушением тонуса вследствие ишемического инсульта применялась механическая стимуляция опорных зон стоп с помощью КОР в режиме естественных локомоций. Результаты исследований ПЖ до применения стимуляции выявили у больных со спастическим постинсультным поражением выраженные асимметричные изменения тонуса мышц нижних конечностей, а именно, преобладание ПЖ мышц-сгибателей над разгибателями. Асимметрия была особенно выражена на паретичной ноге (рис. 14, А).



Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 14. Поперечная жесткость (А) и площадь ЭМГ мышц голени (Б) до и при применении механической стимуляции опорных зон стоп у больных с правосторонним поражением. Обозначения: черные столбцы - m. soleus, здоровая нога; белые - m. soleus, паретичная нога; заштрихованные - m. tibialis anterior, здоровая нога; точечные - m. tibialis anterior, паретичная нога; * - достоверность изменений в сравнении с покоем при значимости р?0,05.

Во время применения механической стимуляции опорных зон стоп у больных ПЖ m. soleus возрастала, а ПЖ m. tibialis anterior, напротив, снижалась, причем более существенные изменения в обеих мышцах регистрировались на паретичной конечности. В результате этого асимметрия мышц-флексоров и экстензоров сглаживалась (рис. 14, А).

Динамика изменений площади ЭМГ m. soleus и m. tibialis anterior была аналогичной ПЖ (рис. 14, Б).

Полученные нами результаты согласуются с результатами исследований, проведенных в предшествующие годы, показавших, что изменение тонуса мышц является закономерным следствием гипогравитации [Какурин Л.И. и др., 1971; Брянов И.И. и др., 1976; Григорьева Л.С. и др., 1983, 1987; Козловская И.Б. и др., 1984; Гевлич Г.И., 1984; Koslovskaya I.B. et. al., 1981-1983, 1988]. Тонус, измеряемый по показателям ПЖ, снижался в основном в гравитационно зависимых мышцах - экстензорах бедра и голени. Как следствие экстензорной атонии развивалась флексорная позная установка.

Представлялось важным определить, отражают ли нарушения тонуса изменения в структуре мышц или являются следствием динамических рефлекторных влияний. Известно, что ПЖ мышечных волокон определяется, с одной стороны, степенью их сокращения/расслабления, т.н. динамической рефлекторной составляющей мышечного тонуса, с другой стороны - собственными структурными свойствами компонентов мышечного волокна, т.н. собственной (биомеханической) жесткостью.

Для ответа на вопрос, чем определяется снижение тонуса, в проведенном нами исследовании выполнялась параллельная регистрация ПЖ и ЭМГ покоя мышц. Полученные данные выявили высокую зависимость изменений тонуса от уровня ЭМГ покоя, что полностью соответствовало представлениям о рефлекторной природе тонических нарушений. В проведенной работе наблюдаемые тонические изменения высоко коррелировали с мышечной активностью. Данные корреляционного анализа показали, что во всех сериях - 3- и 7-суточной иммерсии, «чистой» и с применением механической стимуляции опорных зон стоп как во флексорах, так и в экстензорах изменения ПЖ протекали на фоне выраженных изменений уровня ЭМГ покоя той же направленности: интенсивность ЭМГ, измеряемая площадью ЭМГ в единицу времени, увеличивалась при увеличении ПЖ и уменьшалась при ее уменьшении.

Однако не исключается и участие структурных преобразований мышечных волокон в развитии атонии. В исследованиях авторов, изучавших структурные особенности мышц после вывешивания задних конечностей у крыс, было показано, что гипогравитационная разгрузка приводит к изменениям собственной ПЖ мышечных волокон [Mounier Y. et. al., 2005; Ogneva I.V. et. al., 2010]. Группой исследователей под руководством Подлубной З.А. было показано, что после 2 недель вывешивания у крыс, содержание цитоскелетного белка титина (в составе молекулы которого был найден фрагмент, обладающий свойствами пружины, который может растягиваться и сжиматься) в разгруженной мышце снижалось [Вихлянцев И.М. и др., 2006].

В исследовании ПЖ, которые проводились ранее, было показано, что снижение жесткости в условиях гипогравитации затрагивает лишь экстензоры [Какурин Л.И. и др., 1971; Брянов И.И. и др., 1976; Григорьева Л.С. и др., 1983, 1987; Козловская И.Б. и др., 1984; Гевлич Г.И., 1984; Koslovskaya I.B. et. al., 1981-1983, 1988]. В частности, Гевлич Г.И. (1984) после иммерсии и АНОГ были отмечены изменения ПЖ мышц-разгибателей при отсутствии их в сгибателях. В противоположность полученным ранее данным, нами впервые было показано, что снижение опорных нагрузок сопровождается увеличением как ПЖ, так и мышечной активности флексоров. ПЖ m.tibialis anterior к концу первых суток 3-суточной иммерсии достоверно увеличилась на 8,8 %, а к концу первых суток 7-суточной иммерсии - на 10,6 %.

В целом, рассмотрение нашего материала в совокупности с полученными ранее данными позволяют заключить, что в условиях безопорности наблюдается развитие жесткостных изменений мышц голени, которые имеют, в основном, рефлекторную природу и связаны с изменениями активности системы тонических мотонейронов. Киренская А.В. с соавт. [Киренская А.В. и др., 1986; Козловская И.Б. и др., 2003], обнаружили изменение порядка рекрутирования мотонейронов в ходе выполнения задачи удержания небольшого усилия в иммерсии и АНОГ, т.е. снижение активности представляющих тоническую мышечную систему низкопороговых двигательных единиц (ДЕ) и увеличение вовлекаемости высокопороговых ДЕ, полностью согласуются с этим заключением.

Сопоставление скорости развития и интенсивности тонических нарушений в различных наземных моделях и в невесомости позволили Козловской И.Б. с соавт. высказать предположение о том, что ведущим фактором в развитии гипогравитационной атонии является опорная разгрузка: наиболее стремительной и интенсивной атония была в космических полетах и иммерсии, где степень устранения опорной афферентации является наибольшей, существенно более медленной и менее выраженной атония была в антиортостатической гипокинезии, где опорная нагрузка не устраняется полностью, а перераспределяется по поверхности тела [Гевлич Г.И. и др., 1983-1984; Козловская И.Б. и др., 1984; Григорьева Л.С. и др., 1987; Kozlovskaya I.B. et. al., 1983, 1988].

Однако это предположение не подвергалось ранее прямой экспериментальной проверке. Первые прямые подтверждения триггерной роли опорной афферентации в развитии тонических нарушений были получены в нашей работе, где в ходе иммерсии различной длительности был применен метод механической стимуляции опорных зон стоп. При этом были получены данные о предотвращении развития в условиях иммерсии негативных мышечных эффектов [Popov D.V. et. al., 2003; Sayenko I.V. et. al., 2003; Khusnutdinova D.R. et. al., 2004; Sayenko D. et. al., 2004; Kozlovskaya I.B. et. al., 2007].

Применение механической стимуляции опорных зон стоп в условиях иммерсии в проведенных исследованиях не только устраняло, но и инвертировало картину тонических изменений. Было показано, что в группе, применявшей механическую стимуляцию опорных зон стоп, к первым суткам 3-суточной иммерсии ПЖ m.soleus достоверно увеличилась на 26,2 %, а к первым суткам 7-суточной иммерсии - на 11,1 %. При этом ПЖ m.tibialis anterior снижалась в ходе иммерсии, достигая максимального снижения на 26,2 % к концу 3-суточной иммерсии и 24,7 % - к концу 7-суточной иммерсии.

В заключение необходимо остановиться на первых данных, полученных в клинических условиях при исследовании ПЖ у больных, страдающих флексорной спастичностью, в раннюю фазу реабилитации после ишемического инсульта. Известно, что закономерным следствием ишемического инсульта является спастичность, составляющая одну из компонент синдрома верхнего мотонейрона и характеризующаяся выраженным повышением мышечного тонуса на фоне повышения возбудимости сухожильных рефлексов [Белова А.Н., 2000]. Следовательно, устранение спастичности составляет одно из центральных звеньев в постинсультной реабилитации, особенно на ранних стадиях.

Результаты проведенных исследований показали, что однократное применение механической стимуляции опорных зон стоп устраняет позно-тонические нарушения у больных ишемическим инсультом и может быть средством коррекции спастических нарушений на ранней стадии постинсультной реабилитации.

ВЫВОДЫ

Опорная разгрузка обусловливает снижение поперечной жесткости экстензоров и повышение поперечной жесткости флексоров голени, а также изменение электромиографической активности мышц голени той же направленности: площадь электромиограммы покоя экстензоров голени снижается, а флексоров - повышается. Данные показатели высоко коррелируют между собой.

В условиях наземного моделирования эффектов гипогравитации («сухая» иммерсия) механическая стимуляция опорных зон стоп в режиме локомоций предотвращает развитие изменений поперечной жесткости и электромиографической активности мышц голени. Показатели поперечной жесткости и электромиограммы покоя при этом так же высоко коррелируют между собой, как и в условиях «чистой» иммерсии.

Механическая стимуляция опорных зон стоп у больных со спастическими изменениями поперечной жесткости вследствие ишемического инсульта устраняет обусловливаемую заболеванием асимметрию поперечной жесткости экстензоров и флексоров голени.

Полученные данные подтверждают представление о триггерной роли опорной афферентации в развитии гипогравитационной атонии и о ее рефлекторной природе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

Исследование электромиографической активности мышц бедра и голени в условиях моделируемой микрогравитации // Тезисы конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов, посвященной дню космонавтики, ГНЦ РФ ИМБП РАН, Москва, 2003. - С. 15-16. (соавт. Мельник К.А., Нетреба А.И., Хуснутдинова Д.Р., Рязанский С.Н.).

Влияние стимуляции опорных зон стопы на скоростно-силовые свойства мышц в условиях моделируемой микрогравитации // Тезисы 8 международной конференции «Системный анализ и управление», Крым, г. Евпатория, 2003. - С. 143-144. (соавт. Мельник К.А., Нетреба А.И., Хуснутдинова Д.Р., Рязанский С.Н.).

Влияние безопорности и опорной стимуляции на сократительные свойства мышц голени // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - Т. 90. - № 8. - Ч.1. - 2004. - С. 422. (соавт. Хуснутдинова Д.Р., Нетреба А.И.).

Влияние стимуляции опорных зон стопы на поперечную жесткость мышц голени в условиях 7-ми суточной сухой иммерсии // Тезисы 9 международной конференции «Системный анализ и управление», Крым, г. Евпатория, 2004. - С. 151. (соавт. Саенко И.В., Попов Д.В.).

Внедрение в практику лечения и реабилитации больных с двигательными нарушениями метода опорной стимуляции // Тезисы научной конференции «Фундаментальные науки - медицине», Москва, 2004. - С. 147-148. (соавт. Козловская И.Б., Саенко И.В., Гехт А.Б., Тихомиров Е.П., Сорокина Е.И., Галанов Д.В.).

Effect of Mechanical Stimulation of The Support Zones Of Soles on The Muscle Stiffness in 7-day Dry Immersion // Journal of Gravitational Physiology. - 2004. -Vol. 11(2). - Р. 135-136. (coauthors Saenko I.V., Popov D.V., Vinogradova O.L., Kozlovskaya I.B.).

The method of support stimulation as a way to maintain activity of the tonic muscular system during functional support deprivation // Journal of Gravitational Physiology. - 2005. - Vol. 12(1). - Р. 149-150. (coauthors Ivanov O., Galanov D., Guekht A., Sayenko I.).

Dynamics of changes of shin and hip muscles contractile properties under of dry immersion conditions // Journal of Gravitational Physiology. - 2005. - Vol. 12(1). - Р. 143-144. (coauthors Khusnutdinova D.R., Netreba A.I., Kozlovskaya I.B.).

Метод исследования поперечной жесткости мышечной ткани // Тезисы 10 международной конференции «Системный анализ, управление и навигация», Крым, г. Евпатория, 2005. - С. 170-171. (соавт. Тиманин Е.М.).

The method of mechanic stimulation of the support zones of soles as a way to maintain activity of the tonic muscular system during functional support deprivation // Motor Control Conference Book “From basic motor control to functional recovery IV”. - 2005. - P. 200-207. (coauthors Ivanov O., Galanov D., Guekht A., Sayenko I.).

Влияние метода опорной стимуляции на жесткостные свойства мышц голени у больных ишемическим инсультом // Тезисы IX всероссийского съезда неврологов, Ярославль, 2006. - С. 421. (соавт. Козловская И.Б., Иванов О.Г., Саенко И.В., Галанов Д.В., Галанова А.А., Гехт А.Б.).

New approaches to countermeasures of the negative effects of microgravity in long-term space flights // Journal “Acta Austronautika”. - 2006. - Vol. 59. - P. 13-19. (coauthors Kozlovskaya I.B., Sayenko I.V., Melnik K.A., Vinogradova O.L., Khusnutdinova D.R., Popov D.V., Yarmanova E.N., Tomilovskaya E.S.).

Новые технологии реабилитации неврологических больных // Тезисы научной конференции «Современные аспекты нейрореабилитации», Москва, 2007. - С. 7-8. (соавт. Гехт А.Б., Гусев Е.И., Григорьев А.И., Козловская И.Б., Саенко И.В., Галанов Д.В., Галанова А.А., Авдеева М.А.).

Role of support afferentation in control of the tonic muscle activity // Journal “Acta Astronautica”. - 2007. - Vol. 60. - P. 285-294. (coauthors Kozlovskaya I.B., Sayenko I.V., Sayenko D.G., Khusnutdinova D.R., Melnik K.A.).

Влияние безопорности и стимуляции опорных зон стоп на характеристики поперечной жесткости и электромиограммы покоя мышц голени // Авиакосм. и эколог. мед. - 2010. - Т. 44. - № 6. - С. 16-19. (соавт. Саенко И.В., Попов Д.В., Виноградова О.Л., Козловская И.Б.).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

инсульт спастический тонус стопа

ПЖ - поперечная жесткость

ЭМГ - электромиограмма

КОР - компенсатор опорной разгрузки

АНОГ - антиортостатическая гипокинезия

ДЕ - двигательные единицы

m.Sol - m. soleus (камбаловидная мышца голени)

m.TA - m.tibialis anterior (передняя большеберцовая мышца голени)

Размещено на Allbest.ru

...