Ассоциированная периферическая нейропатия

9336 9337 9000

9033 7 0

Таблица 5

Ассоциированная периферическая невропатия

(%)

n

(%)

Таблица 6

Клинико-патогенетическая классификация приобретенных синдромов генерализованной ПНГ

двигательная часть

Table 6

Clinicopathogenetic classification of acquired syndromes of generalized PNH

References

Arimura K, Watanabe O, Kitajima I, Suehara M, Minato S, Sonoda Y, et al.Антитела к калиевым каналам PC12 в сыворотке при синдроме Исаакса: вестерн-блоттинг и иммуногистохимические исследования.

Мышечный нерв

1997

;

20

:

299

–305.

Шнек RG. Минимонограф 44 AAEM: заболевания, связанные с избыточной активностью двигательных единиц. [Рассмотрение].

Мышечный нерв

1994

;

17

:

1250

–1263.

Auger RG, Daube JR, Gomez MR, Lambert EH. Наследственная форма устойчивой мышечной активности периферического нервного происхождения, вызывающая генерализованную миокимию и ригидность мышц.

Ann Neurol

1984

;

15

:

13

–21.

Барбер П.А., Андерсон Н.Е., Синдром Винсента А. Морвана, связанный с потенциалзависимыми антителами канала K ⁺ .

Неврология

2000

;

54

:

771

–2.

Денни-Браун Д., Фоли Д.М. Миокимия и доброкачественная фасцикуляция мышечных судорог.

Trans Assoc Am Physitors

1948

;

61

:

88

–96.

Deymeer F, Oge AE, Serdaroglu P, Yazici J, Ozdemir C, Baslo A. Использование ботулотоксина для локализации нейромиотонии в конечных ветвях периферического нерва.

Мышечный нерв

1998

;

21

:

643

–6.

Gutmann L,

Gut

mann L. Аксональные каналопатии: развивающаяся концепция патогенеза заболеваний периферических нервов.

Неврология

1996

;

47

:

18

–21.

Гутманн Л., Либелл Д., Гутманн Л.Когда бывает миокимия нейромиотония? [Рассмотрение].

Мышечный нерв

2001

;

24

:

151

–3.

Halbach M, Homberg V, Freund H ‐ J. Нервно-мышечная, вегетативная и центральная холинергическая гиперактивность, связанная с тимомой и антителом, связывающим рецептор ацетилхолина.

J Neurol

1987

;

234

:

433

–6.

Харман Дж. Б., Ричардсон АТ. Генерализованная миокимия при тиреотоксикозе: случай.

Ланцет

1954

;

2

:

473

–4.

Харт И.К. Аутоиммунная нейромиотония. В: Роуз М., Григгс Р.С., редакторы. Каннелопатии нервной системы. Оксфорд: Баттерворт Хайнеманн;

2001

. п.

214

–26.

Харт И.К., Уотерс К., Винсент А., Ньюленд С., Бисон Д., Понгс О. и др. Аутоантитела, обнаруженные к экспрессируемым каналам K ⁺ , участвуют в нейромиотонии.

Ann Neurol

1997

;

41

:

238

–46.

Харт I, Винсент А., Уиллисон Х. Нейромиотония и нейропатии, связанные с антиганглиозидами.В: Engel AG, редактор. Миастения и миастенические расстройства. Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета;

1999

. п.

229

–50.

Хадсон А.Дж., Браун В.Ф., Гилберт Дж. Мышечный болевой фасцикуляционный синдром.

Неврология

1978

;

28

:

1105

–9.

Айзекс Х. Синдром непрерывной активности мышечных волокон.

J Neurol Neurosurg Psychiatry

1961

;

24

:

319

–25.

Айзекс Х.Непрерывная активность мышечных волокон у индийского мужчины с дополнительными доказательствами аномалии терминальных моторных волокон.

J Neurol Neurosurg Psychiatry

1967

;

30

:

126

–33.

Джеймисон П.В., Катирджи МБ. Идиопатическая генерализованная миокимия.

Мышечный нерв

1994

;

17

:

42

–51.

Кирнан М.К., Харт И.К., Босток Х. Свойства возбудимости моторных аксонов у пациентов со спонтанной активностью моторных единиц.

J Neurol Neurosurg Psychiatry

2001

;

70

:

56

–64.

Лэнс Дж. У., Берк Д., Поллард Дж. Гипервозбудимость моторных и сенсорных нейронов при нейромиотонии.

Ann Neurol

1979

;

5

:

523

–32.

Лигуори Р., Винсент А., Кловер Л., Эйвони П., Плацци Г., Кортелли П. и др. Синдром Морвана: поражение периферической и центральной нервной системы, а также сердечной деятельности антителами к потенциалзависимым калиевым каналам.

Мозг

2001

;

124

:

2417

–26.

Мэддисон П., Ньюсом-Дэвис Дж., Миллс КР. Прочностные свойства периферического нерва при приобретенной нейромиотонии.

Мышечный нерв

1999

;

22

:

823

–30.

Mertens HG, Zschocke S. Neuromyotonie.

Klin Wochenschr

1965

;

43

:

917

–25.

Нагадо Т., Аримура К., Сонода Ю., Куроно А., Хорикири Ю., Камеяма А. и др.Подавление калиевого тока у пациентов с повышенной возбудимостью периферических нервов.

Мозг

1999

;

122

:

2057

–66.

Ньюсом ‐ Дэвис Дж., Миллс, КР. Иммунологические ассоциации приобретенной нейромиотонии (синдром Исаакса). Отчет о пяти случаях и обзор литературы.

Brain

1993

;

116

:

453

–69.

О’Нил Дж. Х., Мюррей Н. М., Ньюсом-Дэвис Дж. Миастенический синдром Ламберта-Итона: обзор 50 случаев.

Мозг

1988

;

111

:

577

–96.

Reeback J, Benton S, Swash M, Schwartz MS. Пеницилламин-индуцированная нейромиотония.

Br Med J

1979

;

1

:

1464

–5.

Serratrice G, Azulay JP. Que reste ‐ t ‐ il de la choreé fibrillaire de Morvan?

Rev Neurol (Париж)

1994

;

150

:

257

–65.

Шиллито П., Моленаар П.К., Винсент А., Лейс К., Чжэн В., ван ден Берг К.Дж. и др.Приобретенная нейромиотония: доказательства наличия аутоантител, направленных против каналов K ⁺ периферических нервов.

Ann Neurol

1995

;

38

:

714

–22.

Синха С., Ньюсом-Дэвис Дж., Миллс К., Бирн Н., Ланг Б., Винсент А. Аутоиммунная этиология приобретенной нейромиотонии (синдром Исаакса).

Ланцет

1991

;

338

:

75

–7.

Sonoda Y, Arimura K, Kurono A, Suehara M, Kameyama M, Minato S и др.Сыворотка синдрома Исаакса подавляет калиевые каналы в клеточных линиях PC-12.

Мышечный нерв

1996

;

19

:

1439

–46.

Тахмуш А.Дж., Алонсо Р.Дж., Тахмуш Г.П., Хейман-Паттерсон Т.Д. Синдром спазма-фасцикуляции: излечимое гипервозбудимое заболевание периферических нервов.

Неврология

1991

;

41

:

1021

–4.

Винсент А. Понимание нейромиотонии [письмо]. [Рассмотрение].

Мышечный нерв

2000

;

23

:

655

–7.

Заметки автора

1 Группа нейроиммунологии, отделение неврологии университета, Уолтон-центр, Ливерпуль, 2 Отделение клинической неврологии университета, Институт молекулярной медицины, Оксфорд, отделение нейрофизиологии 3, больница Королевского колледжа, Лондон, Великобритания

Возбудимость рефлекса растяжения контралатеральных конечностей у выживших после инсульта выше, чем в контрольной группе | Журнал нейроинжиниринга и реабилитации

В этом исследовании мы использовали линейный слайдер с обратной связью по положению для постукивания по сухожилию, чтобы точно оценить пороги рефлекса растяжения в доминирующей руке контрольных субъектов.Затем мы сравнили наши результаты с порогами рефлексов, полученными в спастической и контралатеральной BB-мышце у выживших после хронического инсульта в предыдущем исследовании. Как сообщалось ранее, на спастической конечности у пациентов с инсультом наблюдался значительно более низкий порог рефлекса по сравнению с контрлатеральной конечностью [18]. Новым результатом этого исследования является то, что порог рефлекса на противоположной конечности был значительно ниже, чем порог, обнаруженный в мышце BB в доминирующей руке у интактных субъектов того же возраста.

Эти статистически значимые различия в пороге рефлекса между контрлатеральной конечностью после инсульта и доминирующей конечностью интактных субъектов подтверждают нашу гипотезу о том, что после инсульта существует двустороннее влияние на возбудимость МН в обеих конечностях из нашей выборки выживших после инсульта, потенциально из-за инсульта. связанное с двусторонним поражением позвоночника (например, тракт RS). Кроме того, корреляционный анализ порогов рефлексов между спастической и контралатеральной сторонами показал четкую положительную корреляцию (рис.5). Это наблюдение предполагает, что влияние RS пропорционально двусторонне, то есть пониженный порог на контралатеральной стороне является функцией возбудимости на спастической стороне.

В предыдущей работе, особенно в исследованиях на животных, выяснилось, что имеется двустороннее почти симметричное распределение тракта RS в спинном мозге. Отсюда следует, что любое влияние тракта RS на рефлексы растяжения должно быть заметно с обеих сторон после полусферического удара. Аксоны, содержащие серотонин, берущие начало в нейронах каудальной части ядра шва [19], как известно, плотно проецируются по обеим сторонам спинного мозга.Эти нейромодулирующие входные сигналы изменяют внутренние свойства MN, вызывая увеличение их возбудимости за счет повышения управляемой напряжением проводимости для натрия (сома MN) и кальция (дендриты MN). Повреждение коры при инсульте, по-видимому, изменяет контроль этих модулирующих путей в стволе мозга [18].

Акустический рефлекс испуга (ASR)

ASR использовался для оценки вовлечения тракта RS у выживших после инсульта, и результаты показывают, что тракт RS способствует спастичности.Эти исследования также сообщают о преобладании преувеличенного рефлекса испуга на спастической стороне у выживших после инсульта по сравнению с контралатеральной стороной в состоянии покоя [10, 12]. Jankelowitz и Colebatch также сообщили о более низкой латентности BB спастической конечности по сравнению с контрлатеральной конечностью в состоянии покоя [10]. Ранее результаты исследований на животных неизменно подтверждали важную роль ретикулярного ядра каудального отдела моста в рефлексе испуга с поражением этой области, подавляющим рефлекс испуга [20].Схема ASR включает ядро ​​улитки, MNs ствола мозга, ретикулярные ядра каудального моста и спинной мозг, активируемый через медиальный тракт RS [21]. Преувеличенные ответы ASR наблюдались в спастической мышце у выживших после хронического инсульта, что позволяет предположить, что существует повышенная возбудимость тракта RS по сравнению с контралатеральной конечностью у выживших после инсульта и контрольных субъектов [10, 12]. Однако в этих исследованиях не проводились систематические сравнения контралатеральных конечностей выживших с полушарным инсультом и контрольных субъектов, поэтому двусторонний эффект гипервозбудимости тракта RS не был задокументирован.

Латерализация спастичности

Наши данные подтверждают утверждение, что активация тракта RS, имеющая двустороннее нисходящее влияние, по крайней мере частично ответственна за повышенную возбудимость рефлекса растяжения после инсульта, поскольку как контралатеральная, так и пораженная стороны демонстрируют повышенную возбудимость МН по сравнению неповрежденным предметам. Тем не менее, спастичность, обычно диагностируемая только на пораженной стороне, с сильно повышенной возбудимостью МН на пораженной стороне по сравнению с контралатеральной стороной (наше предыдущее исследование), может быть связано с более сильно латерализованным путем, таким как путь VS.Ниже мы выделяем возможные механизмы, которые должны еще больше улучшить наше понимание, включая исследования, которые показывают неравномерное распределение тракта RS.

Одним из возможных объяснений резкой латерализации спастичности может быть поражение тракта VS. Miller et al. обнаружили существенные различия в относительных величинах вестибулярного возбуждения, воздействующего на пулы МН на спастической и контралатеральной сторонах [22]. Эти различия были приписаны нарушению тормозных кортикобульбарных проекций на противоположные вестибулярные ядра.Однако роль тракта RS в спастичности нельзя полностью игнорировать, поскольку вестибулярный и ретикулярный комплексы действительно имеют обширные взаимосвязи [23]. Было высказано предположение, что акустические стимулы могут также активировать ASR через пути RS [8], но результаты исследований на животных показывают, что поражение вестибулярных ядер не устраняет испуг [20]. Дальнейшие исследования необходимы для наблюдения изолированного воздействия акустических стимулов на вестибулярные ядра на пулы МЯ при отсутствии влияния тракта RS.

Можно утверждать, что, несмотря на двустороннее удлинение и существенное влияние на возбудимость МН с обеих сторон спинного мозга, различия в пороге рефлекса или резкая латерализация спастичности могут быть связаны с неравномерным распределением нейронов, выступающих в тракте RS. . Это могло привести к повышенной возбудимости МН с обеих сторон спинного мозга по сравнению с интактными субъектами, с большим влиянием на пораженную сторону. Доказательства, подтверждающие это утверждение, получены из исследований анатомического распределения выступов RS [24, 25].Пока невозможно установить точное анатомическое распределение проекции RS у людей, используя исследования трассировки, но данные исследований на животных показывают, что двустороннее распределение нейронов в тракте RS не совсем одинаково для обеих сторон.

Например, Sakai et al. использовали двустороннее ретроградное отслеживание у нечеловеческих приматов, чтобы показать региональные вариации в распределении RS нейронов в понто-медуллярной ретикулярной формации [24]. Кроме того, они использовали одностороннее ретроградное отслеживание для определения ипсилатерального и контралатерального вкладов ретикулярной формации в костно-мозговом мостике.Они обнаружили доминирующую пропорцию (60:40) клеток RS, возникающих из ипсилатерального гигантоцеллюлярного ретикулярного ядра, аналогичное распределение нейронов, возникающих из каудального мостовидно-ретикулярного ядра (в 10 раз меньше, чем в гигантоцеллюлярных ретикулярных ядрах), и более высокий контралатеральный вклад, исходящий от pontine-reticular ядра Oralis. Исходя из этого, было бы разумным предположить, что, несмотря на двустороннее распределение нейронов в пути RS, может иметь место слабое ипсилатеральное доминирование, что может объяснить разницу в пороге рефлекса между контралатеральными и спастическими конечностями в этом исследовании.Однако важно отметить, что критерии для идентификации ретикулярных ядер обычно основываются на общих характеристиках, таких как размер и плотность клеток, поэтому границы этих ядер не обязательно различимы [16]. Поэтому мы считаем неубедительным связывать резкую латерализацию спастичности со слабым ипсилатеральным доминированием в распределении нейронов.

Еще одним фактором, который может способствовать увеличению гипервозбудимости МН на спастической стороне, является активация постоянных внутренних токов из-за возможного увеличения моноаминергической активности спинного мозга.Нейронные схемы и механизмы, с помощью которых это может происходить только на спастической стороне, еще предстоит определить. Хотя роль постоянных внутренних токов в спастичности после поражений на уровне позвоночника хорошо известна, имеется ограниченное количество доказательств, подтверждающих роль постоянных внутренних токов и моноаминов в спастичности после церебрального поражения [26].

Клинически применяемые методы объективного измерения спастичности, такие как оценка MAS, требуют минимального времени для выполнения, но не имеют разрешения для выявления тонких изменений возбудимости МН [27].Хотя установка с линейным двигателем требует много времени, метод, использованный в этой статье и ранее в [18, 28], является более надежным при количественной оценке изменений возбудимости МН. Кроме того, этот метод обеспечивает постоянную точность в миллиметровом масштабе, которую можно использовать при измерении результатов в течение курса лечения.

Спастическое двигательное расстройство: следует ли забыть о сверхвозбужденных рефлексах растяжения и начать говорить о неправильном прогнозировании сенсорных последствий движения?

Границы | Механизмы спастичности — для врача

Спастичность — обычное явление при неврологических расстройствах, которое приводит к потере подвижности и может вызывать боль из-за мышечных спазмов.Это состояние устойчивого повышения тонуса мышцы при ее пассивном удлинении.

Определения спастичности

Говоря простым языком клинической неврологии, спастичность определяется как повышенное сопротивление пассивному движению из-за пониженного порога тонических и фазических рефлексов растяжения (Burke et al., 1972).

Физиологически спастичность определяется как двигательное расстройство, характеризующееся зависящим от скорости увеличением тонических рефлексов растяжения (мышечного тонуса) с преувеличенными подергиваниями сухожилий, возникающих в результате повышенной возбудимости рефлексов растяжения как одного из компонентов синдрома верхнего двигательного нейрона (UMN) (Lance , 1980).Увеличение сопротивления пассивному растяжению, зависящее от скорости, часто внезапно плавится, что приводит к феномену складного ножа. Определение спастичности было дополнительно уточнено путем добавления нескольких признаков спастического пареза, чтобы сформировать более полную картину синдрома UMN, которая описана ниже (Young, 1989; Delwaide and Gerard, 1993).

1. У пациента со спастичностью резкие подергивания сухожилий, иногда сопровождающиеся клонусом и зависящей от скорости мышечной гипертонией с преимущественным поражением определенных групп мышц, являются результатом сочетания повышенной возбудимости афферентного пути к двигательным нейронам и нарушенной обработки других периферических нервов. афферентные пути на уровне спинного мозга.

2. При спастичности другие положительные симптомы или признаки, такие как спазм сгибателей (или разгибателей), феномен складного ножа. Симптом Бабинского, повышенные кожные рефлексы отдергивания (сгибатели, болевые), вегетативная гиперфлексия, дистония и контрактуры могут ограничивать произвольные движения и вызывать дискомфорт.

3. Помимо вышеперечисленных признаков, в спастические состояния также включаются некоторые отрицательные признаки, такие как парез, отсутствие подвижности и утомляемость.

Механизм спастичности

В патофизиологии спастичности и спастического паретического синдрома есть две широкие категории взаимосвязанных механизмов влияния, а именно:

1.Спинальный механизм, касающийся изменений в функционировании спинномозговых нейронов и двигательных подсистем.

2. Надспинальные и надсегментарные механизмы.

Спинальные механизмы

Прежде чем обсуждать спинальные механизмы спастичности. «Система управления двигателем» и «Двигательные функции спинного мозга» кратко описаны ниже.

Система управления двигателем

Эта система состоит из следующих компонентов

1. Кора головного мозга в целом необходима для отправки аналитических и командных моторных сигналов для выполнения через:

а.Фронтальная двигательная зона, образующая кортикоспинальные (пирамидные) пути.

г. Премоторная и дополнительная моторная кора, которые важны для программирования, т. Е. Последовательности и модуляции всех произвольных движений.

г. Префронтальная кора проецируется на премоторные и дополнительные моторные области и помогает планировать и инициировать волевую деятельность.

г. Теменные области коры головного мозга (5,7), которые важны для управления движением.

e. Области ассоциации, действующие посредством осознанной (визуальной, тактильной, слуховой) или бессознательной (проприоцептивной) информации, также направляют двигательную систему.

2. Подкорковые центры — базальные ганглии (полосатое тело, паллидум, существенная черная, субталамическое ядро) и мозжечок важны для поддержания тонуса, осанки и координации движений.

3. Ствол головного мозга является главной ретрансляционной станцией, которая активна через свои ядра, особенно через мосты и медуллярные ретикулярные ядра, вестибулярные и красные ядра на рефлексы растяжения мышц, позы, рефлексы и повторяющиеся движения.

4. Спинной мозг — содержит последние общие пути для двигательного исполнения и активен через свои специализированные нейронные цепи и двигательные подсистемы.В нем участвуют:

а. Моторная единица — состоящая из мотонейрона и всех мышц, которые он иннервирует, является функциональным модулем системы управления моторикой. Альфа-мотонейроны — последний общий путь активности скелетных мышц.

г. Рефлексы спинного мозга — повышают способность системы управления моторикой координированной двигательной активности.

Сюда входят:

и. Кожный рефлекс — подобный рефлексу отхода (ноцицептивной боли сгибателей).

ii.Мышечный рефлекс — рефлекс растяжения.

Двигательные функции спинного мозга

Функции двигателя в основном зависят от следующих факторов:

1. Мышечные рецепторы и рефлексы растяжения мышц:

Функция мышц зависит от возбуждения мотонейронов передних рогов и постоянной сенсорной обратной связи от каждой мышцы к спинному мозгу в отношении его длины и напряжения. Мышечные веретена, состоящие из специализированных интрафузальных мышечных волокон, действуют как рецепторы для передачи информации о длине мышцы или скорости изменения длины.Органы сухожилий Гольджи передают информацию о напряжении сухожилий или скорости изменения напряжения. В рецепторной области мышечного веретена обнаружены два типа сенсорных окончаний — первичные (афферентные волокна группы Ia) и вторичные (афферентные волокна группы II) (Рисунок 1). Органы сухожилия Гольджи передают информацию через афферентные волокна группы Ib. Крупные эфферентные альфа-волокна иннервируют экстрафузальные волокна скелетных мышц, а мелкие эфферентные гамма-волокна иннервируют интрафузальные (веретенообразные) волокна.

Рисунок 1.Схематическое изображение мышечного веретена.

Рефлекс растяжения мышц (миотатический рефлекс) — это функция мышечного веретена. Когда мышца растягивается, возбужденные веретена вызывают рефлекторное сокращение той же мышцы, а также синергетических мышц. «Рефлекс динамического растяжения» вызывается быстрым растяжением мышцы и вызывается мощной стимуляцией главным образом афферентными волокнами из ядерной сумки в веретене по моносинаптическому пути. Динамический ответ заканчивается за доли секунды, когда более слабый статический рефлекс растяжения продолжается в течение длительного периода.Статический рефлекс опосредуется огнями ядерной цепи (в основном афферентными волокнами группы II, а также некоторыми афферентными волокнами группы Iа), действующими через интернейроны в спинном мозге, то есть полисинаптически.

Мышечный тонус создается мышечными веретенами за счет рефлекса растяжения. Мышечный тонус — это постоянная мышечная активность, которая необходима в качестве фона для фактического движения, чтобы поддерживать основное положение тела, особенно против силы тяжести (Карпентер, 1984). Поскольку тонус препятствует движению и имеет тенденцию удерживать мышцы на заданной длине, его необходимо постепенно менять во время движения.Гамма-волокна идеально подходят для этого, и всякий раз, когда команда отправляется на альфа-моторные волокна, гамма-волокна также возбуждаются. Происходит коактивация альфа-гамма, вызывающая сокращение как экстрафузальных, так и интрафузальных волокон в соответствии с положением и командами силы от головного мозга к спинному мозгу.

Клиническое выявление рефлекса растяжения проводится двумя способами:

а. Статический — пассивным растяжением (тоновое тестирование).

г. Динамический — мышечными и сухожильными рывками.

Clonus возникает, когда рефлекс динамического растяжения сильно сенсибилизирован и облегчен. Динамический ответ затухает в течение доли секунды, вызывая новый цикл, и, таким образом, сокращение мышц (например, икроножной мышцы) колеблется в течение длительного периода, вызывая клонус.

2. Интернейроны. Большинство интегративных функций спинного мозга осуществляются интернейронами. Интернейроны, которые участвуют во всех сегментарных рефлексах и путях растяжения, возбуждаются или подавляются несколькими периферическими и нисходящими волокнистыми системами (Lundberg, 1979).

Интернейронные системы, участвующие в дуге рефлекса растяжения и патофизиологии спастичности, обсуждаются ниже.

1. Клетки Реншоу и повторяющееся ингибирование:

Клетки Реншоу расположены в пластинке VII вентрального рога медиальнее мотонейронов. Коллатераль от аксона альфа-мотонейрона возбуждает клетку Реншоу, которая, в свою очередь, подавляет тот же, а также другой мотонейрон, иннервирующий синергетические мышцы. Этот путь ингибирования альфа-мотонейрон-клетка Реншоу-альфа-мотонейрон формирует цепь отрицательной обратной связи для управления возбуждением мотонейронов и называется повторяющимся ингибированием (Pompetano, 1984).Кроме того, клетки Реншоу ингибируют гамма-мотонейроны и l-ингибирующие интернейроны (Jankowska and Roberts, 1972).

2. Взаимное ингибирование la:

Растяжение мышцы активирует афферентные огни, вызывая моносинаптическое возбуждение одноименных альфа-мотонейронов. Кроме того, происходит дисинаптическое торможение альфа-мотонейронов, иннервирующих мышцы-антагонисты (реципрокное торможение). В настоящее время установлено, что интернейроны la получают одни и те же разнообразные возбуждающие и тормозящие сигналы от сегментарных афферентов (например,g., афференты сгибателей) и надспинальные нисходящие пути, которые получают альфа-мотонейроны (Hultborn et al., 1976). Эти входные данные возбуждают альфа-мотонейроны для сокращения синергетических мышц, а также возбуждают тормозящие интернейроны, которые, в свою очередь, подавляют альфа-мотонейроны антагонистических мышц во время активности рефлекса растяжения.

Клинические электрофизиологические исследования H-рефлекса, демонстрирующие этот феномен, были выполнены Мисрой и Пандей (1994) в невролатиризме — чисто моторном спастическом тропическом парапарезе, вызванном употреблением в пищу гороха, содержащего нейротоксин бета — ODAP.Эти авторы продемонстрировали повышенную возбудимость мотонейронов, измененную передачу в премотонейрональном пути и отсутствие реципрокного торможения в генерации спастичности в этом состоянии. Совсем недавно Crone et al. (2007) также продемонстрировали снижение реципрокного торможения при невролатиризме.

3. Ингибирование со стороны афферентов группы II:

В дополнение к установленной роли волокон группы II в дуге рефлекса растяжения, эти волокна от окончаний вторичного веретена, как известно, вызывают рефлекс сгибания, возбуждая альфа-мотонейроны сгибателей и ингибируя мотонейроны разгибателей.

4. Невзаимное ингибирование в фунтах:

1b афферентные волокна от органов сухожилия Гольджи заканчиваются на ингибирующих интернейронах lb, которые синапсируют с альфа-мотонейронами как с одноименными, так и с гетеронимичными мышцами. Подобно клетке Реншоу и ингибирующим интернейронам lb интернейроны также получают разнообразные сегментарные и супраспинальные входы. Следовательно, ингибирование lb не является простым механизмом безопасности аутогенного ингибирования, регулирующим только мышечное напряжение. Это часть сложной системы, регулирующей мышечное напряжение для управления осанкой и движением.

5. Пресинаптическое торможение:

Амплитуда ВПСП, генерируемого в мотонейроне в ответ на афферентную стимуляцию la, уменьшается, если происходит предшествующая деполяризация этого la афферентного волокна через аксо-аксонный синапс со специфическим интернейроном. Специфические интернейроны, участвующие в этом процессе пресинаптического торможения, также контролируются нисходящими путями. Это позволяет автоматически подавлять несущественную афферентную информацию (Schmidt, 1971).

6. Афференты сгибательного рефлекса

Ноцицептивный рефлекс или просто болевой рефлекс вызывает сокращение мышц-сгибателей конечности (отдергивание) и перекрестный рефлекс-разгибатель противоположной конечности.Это опосредуется полисинаптической связью между афферентами сгибательного рефлекса (FRA), интернейронами и мотонейронами разгибателей, а также мышц-сгибателей.

Роль механизмов возбуждения позвоночника в спастичности

1. Повышенный фузимоторный драйв: повышенные рефлексы растяжения мышц при спастичности были приписаны повышенной чувствительности мышечных веретен из-за повышенной фузимоторной активности около 20–30 лет назад. На этой теории были основаны задний отдел корня для лечения спастичности при церебральном параличе и инъекции разбавленного прокаина возле внутримышечного нерва для лечения гиперактивного рефлекса растяжения (Rushworth, 1960).Предполагалось, что инъекция местного анестетика блокирует фузимоторные волокна малого диаметра, но не альфа-моторные аксоны большего диаметра. Более поздние эксперименты с использованием микронейрографических исследований (Hagbarth, 1981) не смогли продемонстрировать каких-либо изменений в разряжении афферентов мышечного веретена у пациентов со спастическими спазмами, что делает маловероятным существование каких-либо значительных изменений фузимоторного влечения. Гипотеза о том, что усиление фузимоторного оттока участвует в патофизиологии спастичности, впоследствии была дискредитирована.

2.Первичная гипервозбудимость альфа-мотонейронов после поражений позвоночника — потенциалы плато: недавние исследования показали, что некоторые активные свойства мембран могут формировать выход мотонейронов (Rekling et al., 2000; Powers and Binder, 2001; Heckman et al., 2003; Hultborn et al. ., 2004; Heckmann et al., 2005). Зависимые от напряжения постоянные входящие внутрь токи Ca ²⁺ и Na ⁺ имеют особое значение, поскольку они усиливают и продлевают реакцию мотонейронов на синаптическое возбуждение.Эти входящие токи могут вызывать длительную деполяризацию (потенциалы плато), когда противодействующие исходящие токи уменьшаются или каналы Ca ²⁺ поддерживаются, например, серотонинергической и норадренергической иннервацией мотонейронов.

Когда градиентный деполяризующий ток вводится через внутриклеточный электрод в мотонейрон децеребрационной кошки, достигается критический порог (порог плато). Выше этого порога дальнейшая деполяризация вызовет регенеративную активацию устойчивого внутреннего тока.У кошек с децеребрацией (с нисходящим тоническим серотонинергическим влечением) потенциалы плато легко вызываются. Однако после острой спинальной операции они не могут быть вызваны, если постоянный внутренний ток не будет специально увеличен, например, моноаминергическим агонистом. В некоторых случаях удалось продемонстрировать, что потенциалы плато могут снова индуцироваться в хроническом состоянии позвоночника без добавления каких-либо предшественников или агонистов нейромедиаторов (Feganel and Dumtrijevic, 1982). Это предполагает, что потенциалы плато, возвращающиеся спустя долгое время после травмы позвоночника, могут играть роль в патофизиологии спастичности.Мало что известно о возможном вкладе потенциалов плато в развитие спастичности у людей из-за сложности демонстрации существования таких присущих мембранным свойствам интактного организма.

3. Повышенные кожные рефлексы: при спастичности кожные рефлексы (сгибательные или отдергивающие) усиливаются. Нейроны дорсального рога дают начало как длинным аксонам, которые образуют восходящие тракты, так и коротким проприоспинальным аксонам, иннервирующим мотонейроны спинного мозга. Ростральные поражения в ЦНС, нарушающие работу нисходящего ретикулоспинального тракта (RST) или спиноталамического тракта, изменяют нормальные механизмы вентиляции в спинном роге, так что боль передается на довольно безобидные раздражители.Это неправильное обращение с сегментарными входами, которому способствует неспособность пресинаптического торможения (опосредованного ГАМК-ергическими синапсами на первичных афферентах в желатиновой субстанции), приводит к гиперактивности нейронов длинного тракта, которая ощущается как боль как связанная особенность спастичности.

Подобным образом возбуждение короткой проприоспинальной интернейронной системы в спинном мозге вызывает гиперактивные ноцицептивные рефлексы. Эта система действует как система возбуждения для мотонейронов в отсутствие ретикулярной системы ствола мозга в спинном мозге, лишенном супраспинальных влияний (Burke and Ashby, 1972).Клинические признаки этого феномена включают реакцию Бабинского, тройное сгибание ноги и большого сгибателя, а иногда и спазм разгибателей, которые могут быть вызваны простыми и безопасными кожными раздражителями.

Роль тормозных механизмов спинного мозга в спастичности

Современные гипотезы больше обращают внимание на изменения тормозных механизмов в спинномозговой нейронной цепи, чем на процессы возбуждения, хотя оба могут быть взаимосвязаны у пациента со спастичностью.

На рис. 2 показаны рефлекторные цепи позвоночника, которые могут быть вовлечены в развитие спастичности.Моносинаптическое возбуждение Ia, лежащее в основе динамических и тонических компонентов рефлекса растяжения, может подавляться различными путями спинномозговых рефлексов.

Рис. 2. Спинальные пути, которые могут быть ответственны за развитие спастичности.

Сюда входят:

1. Пресинаптическое торможение афферентных окончаний Ia.

2. Дисинаптическое реципровальное ингибирование Ia от мышечного веретена Ia, афферентно от мышц-антагонистов.

3.Рекуррентное торможение через коллатерали моторных аксонов и клетки Реншоу.

4. Невзаимное ингибирование Ib от органов сухожилия Гольджи.

5. Ингибирование со стороны афферентов мышечного веретена группы II (не показано на рисунке 3).

Рис. 3. Надспинальные нисходящие пути спинного мозга (RF, ретикулярная формация).

Изменения рефлекторной передачи по этим проводящим путям могут зависеть как от измененного надспинального возбуждения (если таковой остается), так и от вторичных изменений на клеточном уровне в спинном мозге ниже поражения, которые могут включать:

1.Пресинаптическое ингибирование афферентных окончаний Ia:

Как обсуждалось ранее, ингибирование осуществляется через аксо-аксонные синапсы, которые являются ГАМК-ергическими и при активации снижает количество медиатора, высвобождаемого терминалами Ia на мотонейроне. Если происходит снижение обычно поддерживаемого тонического уровня пресинаптического торможения, будет усилена реакция альфа-мотонейронов на вход Ia, что может гарантировать спастичность.

Методика, используемая для изучения пресинаптического торможения у людей, заключалась в вибрации ахиллова сухожилия и регистрации возникающего в результате депрессии Н-рефлекса камбаловидной мышцы (Burke and Ashby, 1972; Ashby et al., 1974). Поскольку впоследствии было обнаружено, что это вибрационное торможение снижается у спастических пациентов, стало общепризнанным, что спастичность связана с уменьшением пресинаптического торможения афферентов Ia (Ashby et al., 1974; Ashby and Verrier, 1975, 1976). Однако более поздние исследования поставили под сомнение эту интерпретацию. Используя более оптимальный метод оценки пресинаптического торможения, Nielsen et al. (1995) продемонстрировали, что пресинаптическое торможение снижается у пациентов со спастическим спазмом и рассеянным склерозом.Аналогичный результат был сделан для пациентов с травмой спинного мозга, но не для пациентов с гемиплегическим инсультом (Paist et al., 1994). Таким образом, пресинаптическое торможение снижается у некоторых спастических пациентов, но не у всех.

2. Дисинаптическое реципрокное ингибирование Ia:

Пониженное реципрокное торможение является сильным кандидатом на то, чтобы играть важную роль в патофизиологии спастичности (Crone and Nielsen, 1994; Crone et al., 2004, 2006). У пациентов со спастическими расстройствами рефлекторное распространение является обычным явлением при рефлекторно-индуцированном совместном сокращении групп мышц-антагонистов, при отсутствии реципрокного торможения.Ингибирующие интернейроны Ia активируются нисходящими двигательными волокнами, повреждение которых могло бы уменьшить этот тип торможения.

3. Повторяющееся торможение:

Рекуррентное ингибирование, опосредованное клетками Реншоу, было изучено с помощью сложных методов Н-рефлекса (Pierrot-Deseilligny and Bussel, 1975). У некоторых пациентов с супраспинальными и травматическими повреждениями позвоночника может наблюдаться усиление повторяющегося торможения, которое, очевидно, не играет никакой роли в развитии спастичности (Katz and Pierrot-Deseilligny, 1982; Shefner et al., 1992). Только у пациентов с прогрессирующим парапарезом БАС уменьшение обнаруживается в состоянии покоя, и сомнительно, что это уменьшение способствует спастичности, наблюдаемой у этих пациентов (Mazzochio and Rossi, 1989; Shefner et al., 1992). Таким образом, изменение повторяющегося торможения, вероятно, не играет большой роли в патофизиологии спастичности.

4. Невзаимное ингибирование Ib:

Это ингибирование вызвано активацией афферентов Ib, исходящих от органов сухожилия Гольджи, и опосредуется сегментарными интернейронами, проецирующимися на мононейроны той же мышцы.Ингибирование Ib может быть продемонстрировано на людях с помощью специализированных исследований H-рефлекса (Raynor and Shefner, 1994). В то время как это ингибирование легко демонстрируется у здоровых субъектов, у пациентов с гемиплегией не наблюдалось какого-либо ингибирования на паретической стороне, наряду с облегчающим эффектом у некоторых субъектов (Pierrot-Deseilligny et al., 1979). Это наблюдение предполагает, что изменение возбуждения ингибирования Ib играет роль в патофизиологии спастичности. Однако рефлекторные эффекты афферентов сухожилия Гольджи Ib не изменяются после поражения спинного мозга у людей.

На этом этапе важно принять во внимание тот факт, что клетка переднего рога (AHC) или спинномозговой мотонейрон является ключевым ядром в работе всех спинномозговых рефлексов. Дисфункция AHC приводит к гипотоничности, что очевидно в случае чистых AHC, влияющих на такие заболевания, как полиомиелит, спинальная мышечная атрофия и прогрессирующая мышечная атрофическая форма болезни двигательных нейронов (БДН). Связанная дисфункция надспинальных путей с некоторыми выжившими мотонейронами позвоночника может вызывать спастическую слабость, которая обычно наблюдается при БДН при боковом амиотрофическом склерозе.

Надспинальные и надсегментарные механизмы

Важность надспинального и надсегментарного контроля спинномозговых рефлексов постепенно стала понятной, так как роль рефлекса растяжения мышцы в генерации мышечного сокращения была открыта Лидделлом и Шеррингтоном (1924), Делвейдом и Оливером (1988). первичные периферические афференты на общем интернейрональном пуле, проецируемые на мотонейроны. Считается, что причиной спастичности является дисбаланс нисходящих тормозных и облегчающих влияний на рефлексы растяжения мышц (Lundberg, 1975).Эти влияния обсуждаются ниже.

Есть пять важных нисходящих путей, из которых кортикоспинальный тракт берет свое начало от коры головного мозга. Остальные четыре происходят из близко соседних частей ствола головного мозга, и это — ретикулоспинальный, вестибулоспинальный, руброспинальный и тектоспинальный тракты. При спастическом паретическом синдроме у человека важны три пути: кортикоспинальный, ретикулоспинальный и вестибулоспинальный.

Тормозные супраспинальные пути

1. Кортикоспинальный путь — изолированные пирамидные поражения не вызывают спастичности в таких условиях, как разрушение моторной коры (область 4), одностороннее поражение ножки головного мозга, поражения основания моста и мозговой пирамиды (Bucy et al., 1964; Брукс, 1986). Вместо спастичности эти поражения вызывали слабость, гипотонию и гипорефлексию. Само по себе поражение пирамидного тракта в большей степени вызывает слабость и потерю поверхностных рефлексов, таких как абдоминальные рефлексы, а не спастичность, гиперрефлексию и симптом Бабинского. Однако спастичность может быть вызвана поражением области 4, если поражения включают премоторную и дополнительную двигательную области. Волокна, ответственные за спастичность, проходят по пирамидному тракту и заканчиваются в ретикулярной формации бульбара (кортикоретикулярный путь).Поражения (сосудистые) в передней конечности внутренней капсулы, а не в задней конечности, вызывают спастичность, поскольку волокна из дополнительной моторной области проходят через переднюю конечность. Инфаркты территории большой средней мозговой артерии с вовлечением кортикоспинальных и кортикоретикулярных путей вызывают спастичность (Gilman et al., 1973). Неспособность изолированного пирамидного поражения вызвать спастичность, однако, не означает, что этот тракт не влияет на мышечный тонус. Ипсилатеральные дополнительные моторные и премоторные области и контралатеральная моторная кора могут брать на себя некоторые функции пирамидного тракта и предотвращать развитие спастичности.

2. Кортикоретикулярные пути и дорсальный ретикулоспинальный тракт

Медуллярная ретикулярная формация действует как мощный тормозящий центр, регулирующий мышечный тонус (рефлекс растяжения), а моторные области коры через этот центр контролируют тонус. Поражение премоторной области (лобной коры) или внутренней капсулы снижает контроль над мозговым центром и вызывает гипертонус.

Дорсальный RST, расположенный в вентральной части латерального семенного канатика спинного мозга, несет тормозное влияние со стороны мозгового центра.Этот тракт не является моноаминергическим, но в отличие от вентрального (медиального) RST, он подавляет FRA, а также дугу рефлекса растяжения. «Сгибательные спамы» — это явление высвобождения сгибательных рефлексов из-за повреждения дорсального ретикулоспинального пути (Fisher and Curry, 1965). Феномен складного ножа также является феноменом высвобождения из-за потери ингибирующего воздействия на FRA.

Возбуждающие надспинальные пути

1. Вестибулоспинальный путь: Вестибулоспинальный тракт (VST) — это нисходящий моторный тракт, берущий свое начало от латерального вестибулярного ядра (Deiter’s) и практически не пересекающийся.Тракт заканчивается в основном на интернейронах, но также моносинаптически возбуждает мотонейроны. Этот возбуждающий путь помогает поддерживать осанку и противодействовать силе тяжести и, таким образом, контролировать разгибатели, а не сгибатели. Этот путь важен для поддержания ригидности децеребратов, но играет меньшую роль в спастичности человека (Fries et al., 1993).

Мозжечок через свои связи с вестибулярными ядрами и ретикулярной формацией может косвенно модулировать рефлексы растяжения и тонус мышц.

2.Медиальный (вентральный) RST — через этот тракт ретикулярная формация оказывает облегчающее влияние на спастичность. Урочище имеет диффузное происхождение и в основном происходит от pontine tegmentum. В отличие от дорсального RST, на него не влияет стимуляция моторной коры или внутренней капсулы, и он не ингибирует FRA. Этот путь важнее вестибулоспинальной системы в поддержании тонуса спастических разгибателей (Schreiner et al., 1949; Shahani and Young, 1973).

Клинические корреляции при поражении нисходящих путей

Четыре нисходящих пути, которые важны при спастическом паретическом синдроме, расположены в спинном мозге следующим образом:

1.Боковой семенной канатик содержит кортикоспинальный тракт (CST) и дорсальный RST.

2. Передний семенной канатик содержит VST и медицинский RST (в непосредственной близости от медиального продольного пучка).

Мышечный тонус поддерживается за счет контролируемого баланса на дуге рефлекса растяжения за счет тормозящего влияния CST и дорсального RST и облегчающего влияния (на тонус разгибателей) за счет медиального RST и, в меньшей степени, у людей за счет VST.

1. При кортикальных и внутренних капсулярных поражениях, контролирующее действие на тормозной центр в мозговом стволе головного мозга теряется, и поэтому в отсутствие тормозящего влияния дорсального RST, исходящего из этого центра, облегчающее действие медиального RST становится не встреченным.Это приводит к спастической гемиплегии с антигравитационной позой, но спамы сгибателей необычны.

2. Поражения позвоночника — (a) Неполная (частичная) миелопатия с вовлечением латерального семенного канатика (например, ранний рассеянный склероз) (Peterson et al., 1975) может влиять на CST только для того, чтобы вызвать парез, гипотонию, гипорефлексию и потерю кожных рефлексов. Если в дополнение к этому задействован дорсальный RST, то неоспоримая медиальная активность RST приводит к гиперрефлексии и спастичности (аналогично кортикальным или капсульным поражениям), причем последние отмечаются в антигравитационных мышцах, вызывая параплегию при разгибании.Могут возникать спазмы разгибателей и сгибателей, причем первые встречаются чаще.

(b) Тяжелая миелопатия с вовлечением всех четырех нисходящих путей вызывает менее выраженную спастичность по сравнению с изолированным поражением бокового спинного мозга из-за отсутствия беспрепятственного возбуждающего влияния медиальных RST и VST. Последний фактор также отвечает за отсутствие гипертонуса разгибателей и в присутствии высвобождения сгибательных рефлексов за счет дорсального повреждения RST, способствует возникновению параплегии при сгибании. Параплегия при сгибании также возможна при частичной миелопатии, если FRA стимулируется такими факторами, как пролежни.

(c) Изолированное дорсальное поражение RST с сохранением CST (доказано патологически и электрофизиологически) (Oppenheimer, 1978; Thompson et al., 1987) может объяснить выраженную спастичность и спазмы, но небольшую слабость во многих случаях спастического парапареза. Только гиперрефлексия с нормальным тонусом снова возможна при изолированном поражении переднего отдела спинного мозга.

3. Клинически спастичность может быть разной из-за поражения нисходящих путей. В зависимости от преобладающего участия фазических (динамических) или тонических (статических) компонентов рефлексов растяжения мышц, спастичность может быть «фазовой», а «тонические» преколликулярные поражения у кошек вызывают по существу фазу, а децеребрация на более низком уровне вызывает по существу тоническую спастичность ( Burke et al., 1972). У пациентов с хронической травмой спинного мозга, которые амбулаторно с минимальными произвольными движениями выявляется более «фазовая» спастичность в виде учащенных подергиваний и клонусов сухожилий. Неамбулаторные пациенты с произвольными движениями или без них больше наслаждаются «тонической» спастичностью при пассивном растяжении голеностопного сустава и вибротоническим рефлексом, отмечая тоническую реакцию трехглавой мышцы на вибрацию ахиллова сухожилия (Burke et al., 1972).

4. Нейропластичность спинного мозга в виде рецепторной сверхчувствительности нейронов к потере синаптического входа и разрастанию окончаний аксонов также ответственна за гипертонус при полной миелопатии с отсроченной реорганизацией после разного периода спинномозгового шока (Davis, 2000) .Этот гипертонус не зависит от скорости, как при частичной миелопатии, и является результатом почти непрерывных спазмов сгибателей. Параплегия при сгибании может быть связана с массовыми рефлексами (усиленными спазмами сгибателей) в этом состоянии.

5. Мозжечок и мышечный тонус: Мозжечок, по-видимому, не оказывает прямого влияния на мышечный тонус, определяющий спинальные рефлекторные пути, поскольку нет прямого нисходящего спинномозгового тракта. Восходящие позвоночно-мозжечковые тракты несут афферентные импульсы, связанные с положением суставов и конечностей, диапазоном и направлением движения.Такие импульсы также передаются по трактам заднего столба к мозговым центрам, а затем в кору мозжечка через нижние ножки мозжечка. Кора головного мозга и мозжечка связаны между собой петлями обратной связи и прямой связи, которые проходят через кортикоспинальные и другие нисходящие экстрапирамидные пути к спинному мозгу. Мозжечок в основном влияет на мышечный тонус через свои связи с вестибулярными и ретикулярными ядрами ствола мозга. Чистые поражения мозжечка обычно вызывают гипотонию.Но связанное с этим поражение кортикоспинального тракта вызывает спастичность разной степени, что наблюдается при некоторых формах спино-мозжечковой атрофии (SCA) и спастической атаксии Шарлевуа-Сагеней, встречающейся у французско-канадской популяции. С другой стороны, хроническая стимуляция мозжечка использовалась для уменьшения спастичности при церебральном параличе (Ebner et al., 1982). Ранее экспериментальные исследования показали, что стимуляция поверхности мозжечка снижает амплитуду тонических и фазических рефлексов растяжения (Dimitrijevic, 1984).Это изменило организацию сегментарных рефлексов, что привело к более нормальным реципрокным отношениям активности ЭМГ у агониста и антагониста.

Обзор механизмов

Каким образом поражение УМН вызывает спастичность и связанные с ней явления? Основная проблема — потеря контроля над спинномозговыми рефлексами. Активность спинномозгового рефлекса обычно жестко регулируется, и если тормозящий контроль теряется, баланс склоняется в пользу возбуждения, что приводит к гипервозбудимости спинномозговых рефлексов.Проблема усложняется тем фактом, что у отдельных пациентов есть поражения, затрагивающие разные пути в разной степени, и что последующие адаптации в спинномозговой сети в результате первичного поражения могут значительно различаться. Различные спинномозговые механизмы — потенциалы плато, реципрокное торможение и пресинаптическое торможение — могут играть разные роли у разных пациентов. Вероятно, что спастичность вызвана не каким-то одним механизмом, а, скорее, сложной цепочкой изменений в различных взаимосвязанных сетях.

Тот факт, что есть период шока, за которым следует переходный период, когда рефлексы возвращаются, но не являются гиперактивными, предполагает, что это не просто вопрос выключения супраспинального торможения или изменения баланса. Это означает, что должна происходить какая-то перестройка, своего рода нейрональная пластичность, происходящая в спинном мозге и, скорее всего, также на церебральном уровне. Одна из возможностей — прорастание афферентных аксонов (Raisman, 1969; Benecke, 1985; Raineteau and Schwab, 2001; Bareyre et al., 2004). Афферентные волокна могут прорастать, прикрепляться к ранее подавляющим синапсам и превращать их в возбуждающие синапсы. В качестве альтернативы может развиться гиперчувствительность к денервации из-за активации рецепторов (Sravraky, 1961).

Спастичность также можно объяснить изменениями механических свойств мышц, а не только гиперрефлексией (Dietz et al., 1981; Thilmann et al., 1991). Повышенное механическое сопротивление может быть вызвано нарушениями эластичности сухожилий и физиологическими изменениями мышечных волокон, которые влияют на функциональное движение ноги, происходящее при низких угловых скоростях.Контрактуры — это крайние проявления механического сопротивления, которые можно предотвратить ранним лечением гипертонии с помощью ботулинического токсина (БТК) при спастическом церебральном параличе.

В заключение необходимо упомянуть, что прогресс, достигнутый в электрофизиологическом анализе механизмов контроля спастичности позвоночника и измерении спастичности, помогает лучше понять патофизиологию этого состояния. Недавно использованные наркотики имеют несколько участков действия (Delwarde and Pennisi, 1994).В целом представляется весьма вероятным, что более чем одна патофизиологическая аномалия способствует развитию спастичности (Sheean, 2001; Nielsen et al., 2007).

Механизмы действия препаратов против спастичности — Краткая справка

Уже упоминалось об использовании BTX для лечения спастичности. При инъекции в двигательную точку пораженной мышцы или рядом с ней BTX связывается с рецептором SV2 на пресинаптической мембране, обеспечивая проникновение токсина в терминал аксона. Попадая внутрь аксона, легкие цепи BTX препятствуют экзоцитозу ацетилхолина (ACH).Это позволяет осуществлять слияние внутриаксонных везикул, содержащих нейротрансмиттер, с пресинаптической мембраной, что приводит к экструзии ACH в синаптическую щель. Уменьшение пресинаптического оттока ACH в нервно-мышечном соединении вызывает уменьшение мышечного сокращения. BTX снижает частоту и количество, но не амплитуду потенциала миниатюрной концевой пластинки (MEPP). Моторный EPP снижается ниже порога мышечной мембраны, и способность генерировать потенциалы действия мышечных волокон и последующее сокращение снижается (Ney and Joseph, 2007).

Из перорально активных агентов баклофен является аналогом ГАМК центрального действия. Он связывается с рецептором ГАМК на пресинаптическом окончании и подавляет рефлекс растяжения мышц. Баклофен также можно применять интратекально.

Дантролен препятствует высвобождению кальция из саркоплазматической сети мышцы.

Тизанидин — производное имидазола с агонистическим действием на альфа-2-адренорецепторы в центральной нервной системе. Точный механизм его действия на снижение мышечного тонуса человека неизвестен, но можно предположить центральное действие.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Эшби П. и Верье М. (1975). Нейрофизиологические изменения после поражения спинного мозга у человека. Банка. J. Neurol. Sci. 2, 91–100.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Эшби П. и Верье М.(1976). Нейрофизиологические изменения при гемиплегии. Возможное объяснение изначального несоответствия между тонусом мышц и рефлексами сухожилий. Неврология 26, 1145–1151.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Барейр, Ф. М., Кершенштайнер, М., Рейнетир, О., Меттенлейтер, Т. К., Вайнманн, О., и Шваб, М. Е. (2004). Поврежденный спинной мозг самопроизвольно образует новый внутрипозвоночный контур у взрослых крыс. Нат. Neurosci. 7, 269–277.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Бенеке, Р.(1985). «Основные нейрофизиологические механизмы спастичности», в Лечение спастичности. Фармакологические достижения, изд. К. Д. Марсден (Лондон: Hans Huber Publishers), 11–17.

Брукс, В. Б. (1986). Нейронная основа управления двигателем . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

Бьюси П. К., Кефнгер Дж. Э. и Сиккира Э. Б. (1964). Разрушение пирамидального тракта у человека. J. Neurosurg. 21, 385–398.

CrossRef Полный текст

Карпентер Р.Х. С. (1984). Нейрофизиология. Лондон: Арнольд Хейнманн, стр. 234.

Крон, К., Йонсен, Л. Л., Бирингсоренсен, Ф., и Нильсен, Дж. Б. (2006). Возникновение взаимного облегчения разгибателей голеностопного сустава от сгибателей голеностопного сустава у пациентов с инсультом или травмой спинного мозга. Мозг 126, 495–507.

CrossRef Полный текст

Крон, К., Петерсен, Н. Т., Гименц-Ролдан, С., Лунгхольт, Б., Нюборг, К., и Нейлсен, Дж. Б. (2007). Уменьшение реципрокного торможения наблюдается только в спастических конечностях у пациентов с невролатиризмом. Exp. Brain Res. 181, 193–197.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Крон, К., Петерсен, Н. Т., Нильсен, Дж. Э., Хансен, Н. Л., и Нильсен, Дж. Б. (2004). Взаимное торможение и кортикоспинальная передача в руке и ноге у пациентов с аутосомно-доминантным чистым спастическим парапарезом (ADPSP). Мозг 127, 2693–2702.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Делвейд, П.Дж. И Джерард П. (1993). «Снижение невзаимного торможения (фунты): ключевой фактор для интерпретации спастической жесткости мышц», Международный конгресс по реабилитации после инсульта, Берлин.

Делвард, П. Дж., И Пенниси, Г. (1994). Тизанидин и электрофизиологический анализ механизмов контроля позвоночника у людей со спастичностью. Неврология 44 (11 Приложение 9), S21 – S28.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Дитц, В., Кимерн, Дж.и Бергер В. (1981). Электрофизиологические исследования походки на спастичность и ригидность. Доказательства того, что измененные механические свойства мышц способствуют гипертонусу. Мозг 104, 431–449.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Димитриевич М. Р. (1984). «Нейронный контроль хронических синдромов верхних мотонейронов», в Электромиография при расстройствах ЦНС , редактор Б. Т. Шахани (Бостон, Лондон: Баттервортс), 111–127.

Гилман, С., Марко, Л.А., и Эбель, Х.С. (1973). Эффекты костномозговой пирамидотомии у обезьяны. II. Нарушения афферентной реакции веретена . Мозг 94, 515–530.

CrossRef Полный текст

Хагбарт, К. Э. (1981). «Функции фузимоторного рефлекса и рефлекса растяжения изучены в записях афферентов мышечного веретена у человека», в Muscle Receptors and Movement , Vol. 13. eds A. Taylor and A. Prochazka (New York: Oxford University Press), 109–115.

Халтборн, Х., Браунстоун, Р. Б., Тот, Т. И., и Госсард, Дж. П. (2004). Ключевые механизмы для настройки входного-выходного усиления пула мотонейронов. Прог. Brain Res. 143, 77–95.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Халтборн, Х., Иллерт, М., и Сантини, М. (1976). Конвергенция на интернейронах, опосредующих реципрокное ингибирование мотонейронов. III. Эффекты со стороны надспинальных путей. Acta Physiol. Сканд. 96, 368–391.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Jankowska, E., and Roberts, W.J. (1972). Синаптические действия одиночных интернейронов, опосредующие реципрокное ингибирование мотонейронов. J. Physiol. (Лондон) 222, 623–642.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Лэнс, Дж. У. (1980). «Симпозиум» в Spasticity: Disordered Motor Control, eds R. G. Feldman, R. R. Young, and W. P. Koella (Chicago: Year Book Medical Pubs), 485–495.

Лидделл, Э. Г. Т., и Шеррингтон, К. С. (1924). Рефлексы в ответ на растяжение (миотатические рефлексы). Proc. R. Soc. 96Б, 212–242.

Лундберг, А. (1975). «Управление спинномозговым механизмом из головного мозга», в The Nervous System, Vol. 1, ред. Д. Тауэр и Р. Брэди (Нью-Йорк: Raven Press), 253–265.

Mazzochio, R., and Rossi, A. (1989). Повторяющееся торможение спастичности позвоночника у человека. Внутр. J. Neurol. Sci. 10, 337–347.

CrossRef Полный текст

Ней, Дж. П., и Джозеф, К. Р. (2007). Неврологическое использование ботулинического токсина типа A. Neuropsychiatr. Дис. Удовольствие. 6, 785–790.

Нильсен, Дж. Б., Кроун, К. и Халтборн, Х. (2007). Спинальная патофизиология спастичности — с точки зрения фундаментальной науки. Acta Physiol. 189, 171–180.

CrossRef Полный текст

Паист, М., Мазевет, Д., Диц, В., и Пьеро-Десиллиньи, Э.(1994). Количественная оценка пресинаптического торможения афферентов la при спастике. Различия при гемиплегии и параплегике. Мозг 117, 1449–1455.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Pierrot-Deseilligny, E., и Bussel, B. (1975). Доказательства повторяющегося торможения мотонейроном у людей. Мозг 88, 105–108.

CrossRef Полный текст

Помпетано, О. (1984). «Рецидивирующее торможение», в Справочнике по спинному мозгу, тт.2 и 3, изд. Ф. А. Давыдов (Нью-Йорк: Марсель Деккер), 461–557.

Рейнор, Э. М., и Шефнер, Дж. М. (1994). Рецидивирующее торможение снижается у пациентов с боковым амиотрофическим склерозом. Неврология 44, 2148–2150.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Реклинг, Дж. К., Функ, Г. Д., Бейлисс, Д. А., Донг, X. W., и Фельдман, Дж. Л. (2000). Сунаптический контроль возбудимости мотонейронов Phys. Ред. . 80, 767–852.

Шмидт Р.Ф. (1971). Пресинаптическое торможение в центральной нервной системе позвоночных. Ergeb. Physiol. 63, 91–101.

Шрейнер, Л. М., Мандсли, Д. Б., и Магум, Х. У. (1949). Роль вспомогательных систем ствола головного мозга в поддержании спастичности. Нейрофизиология 12, 207–216.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Шахани Б. Т. и Янг Р. Р. (1973). «Спазм сгибателей человека», в Новые разработки в электромиографии и клинической нейрофизиологии , Vol.3, ed J. E. Desmedt (Basal: S Karger AG), 734–743.

Шин, Г. (2001). Патофизиология спастичности. евро. J. Neurol. 9 (Дополнение 1), 3–9.

CrossRef Полный текст

Шефнер, Дж. М., Берман, С. А., Саркарати, М., и Янг, Р. Р. (1992). Рецидивирующее торможение увеличивается у пациентов с травмой спинного мозга. Неврология 42, 2162–2168.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Сравраки, Г.W. (1961). Сверхчувствительность после поражения нервной системы. Аспект относительности нервной интеграции. Торонто: University of Toronto Press, стр. 1–210.

Тилманн А.Ф., Товарищи С.Дж. и Грэмс Э. (1991). Механизм спастического мышечного гипертонуса: изменение рефлексов с течением времени спастичности. Мозг 114, 233–244.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст

Томпсон, П. Д., Дэй, Б. Л., и Ротвелл, Дж.С. (1987). Интерпретация электромиографических ответов на электростимуляцию моторной коры при заболеваниях верхнего мотонейрона. J. Neurol. Sci. 80, 91–110.

Опубликованные аннотации | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Повторная транспинальная стимуляция снижает возбудимость Н-рефлекса камбаловидной мышцы и восстанавливает спинальное торможение при повреждении спинного мозга человека

Цитата: Книку М., Мюррей Л. травма, повреждение.PLoS ONE 14 (9):
e0223135.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135

Редактор: Antal Nógrádi, Szegedi Tudomanyegyetem, ВЕНГРИЯ

Поступила: 15 мая 2019 г .; Одобрена: 14 сентября 2019 г .; Опубликовано: 26 сентября 2019 г.

Авторские права: © 2019 Knikou, Murray. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Данные, лежащие в основе результатов, представленных в исследовании, загружены в качестве вспомогательной информации.

Финансирование: Это исследование было поддержано грантами Фонда Крейга Х. Нилсена [грант № 339705] и Советом по исследованиям травм спинного мозга Департамента здравоохранения штата Нью-Йорк [контракт № C32248GG], оба присуждается Марии Книку. Финансирующие организации не играли никакой роли в разработке и проведении исследования, сбора, управления, анализа и интерпретации данных; подготовка, рецензирование или утверждение рукописи; и решение представить рукопись для публикации.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Электростимуляция обычно используется для восстановления двигательной функции при поражениях верхних мотонейронов. Стимуляция первичной моторной коры, спинного мозга, периферических нервов и мышц использовалась для улучшения сенсомоторной функции после травмы спинного мозга (SCI) [1–6]. Чрескожная стимуляция спинного мозга (называемая здесь трансспинальной), осуществляемая с помощью одиночных монофазных импульсов, генерирует транспинальные вызванные потенциалы (ТЭП) одновременно в обеих ногах людей с травмой спинного мозга и без нее, которые имеют различные характеристики, касающиеся их латентности, продолжительности, формы и спинальной интеграции [7-10 ].Недавно мы продемонстрировали, что TEP суммируются на поверхностной электромиограмме (ЭМГ) со спинальными (H-рефлекс) и периферическими (M-волна) ответами [11], поддерживая специфический контроль транспинальной стимуляции на проприоцептивных нейронных путях спинного мозга. В частности, TEP камбаловидной мышцы суммируется с H-рефлексом камбаловидной мышцы, когда эти два потенциала действия взаимодействуют с аксонами периферических нервов [11], тогда как при длительной задержке стимуляции H-рефлекс подавляется или полностью отменяется [7,11]. Один сеанс транспинальной стимуляции уменьшал клонус и спастичность голеностопного сустава в нескольких случаях неполной или полной травмы спинного мозга [12–14], в то время как несколько сеансов улучшали реакцию мотонейронов, охватывающих несколько сегментов позвоночника, после травмы спинного мозга у людей [10].

Исследования электрофизиологического и математического моделирования предоставили убедительные доказательства того, что стимуляция изменяет состояние возбудимости мотонейронов спинного мозга, изменяя их свойства. Внеклеточные электрические поля, создаваемые переменным током, уменьшают скорость возбуждения мотонейронов за счет уменьшения величины дендритных постоянных внутренних токов [15,16]. Что еще более важно, компьютерное моделирование нейронов с характеристиками SCI показало, что стимуляция инактивирует натриевые каналы в соме и начальном сегменте, блокирует распространение потенциалов действия через аксон и снижает скорость активации мотонейронов за счет гиперполяризации, вызванной стимуляцией [15,16]. .В целом транспинальная стимуляция может быть эффективной терапевтической стратегией для регулирования возбудимости мотонейронов после ТСМ у людей.

В совокупности, цели этого исследования состояли в том, чтобы установить влияние транспинальной стимуляции на возбудимость камбаловидной мышцы H-рефлекса и торможение спинного мозга. Мы предположили, что транспинальная стимуляция с интенсивностью, которая вызывает деполяризацию мотонейронов в нескольких сегментах, может снизить возбудимость Н-рефлекса, напрямую влияя на силу моносинаптической деполяризации мотонейронов.Мы также предположили, что возбудимость H-рефлекса и спинальное торможение улучшатся в большей степени у лиц с неполной двигательной SCI по сравнению с полной двигательной SCI. Чтобы проверить наши гипотезы, были использованы кривые включения H-рефлекса камбаловидной мышцы, депрессия H-рефлекса камбаловидной мышцы при различных частотах стимуляции, называемая здесь гомосинаптической депрессией, и депрессия камбаловидной мышцы H-рефлекса в ответ на парные стимулы большеберцового нерва, называемые здесь постактивационной депрессией. оценивалась до и через один или два дня после повторной транспинальной стимуляции у здоровых контрольных субъектов и лиц с хронической неполной двигательной и полной ТСМ.

Материалы и методы

Участники

Все экспериментальные и стимулирующие процедуры были выполнены в соответствии с Хельсинкской декларацией после полного одобрения Институциональным наблюдательным советом (IRB) Биомедицинским комитетом IRB городского университета Нью-Йорка (IRB номер 515055). Десять человек с хронической травмой спинного мозга (таблица 1) и 10 здоровых контрольных субъектов (5 женщин; 30,9 ± 14 лет, среднее ± стандартное отклонение) без скелетно-мышечных или неврологических расстройств были включены в исследование после получения письменного согласия.Два человека с хронической травмой спинного мозга имели степень неврологического дефицита A по шкале Американской ассоциации травм позвоночника (AIS), у 2 — AIS B, у 1 — AIS C, а у 5 — AIS D, в то время как уровень SCI варьировал от C4 до T11. Лица с полной моторной травмой спинного мозга были включены для оценки потенциальных изменений при минимальных нисходящих входах. И SCI, и здоровые контрольные субъекты участвовали в предыдущем исследовании [10] и обозначены здесь одним и тем же кодом.

Неинвазивная трансспинальная стимуляция

Когда испытуемые сидели, остистый отросток T10 был идентифицирован путем пальпации и в сочетании с анатомическими ориентирами (позвоночный отросток T1, конец грудины и конец грудной клетки).Один многоразовый самоклеящийся катодный электрод (10,2 × 5,1 см, ² , Uni-Patch, Массачусетс, США) размещали в точке Т10, на равном расстоянии вдоль позвонков, заканчиваясь в точке L1-2. Два соединенных между собой электрода (анод, того же типа, что и катод) помещали с обеих сторон брюшных мышц или гребней подвздошной кости в зависимости от уровня комфорта каждого субъекта, о котором сообщалось, или если стимуляция вызывала дискомфорт в мочевом пузыре [7,8,10,17,18]. Стимуляция осуществлялась с помощью стимулятора постоянного тока (DS7A или DS7AH, Digitimer, Велвин-Гарден-Сити, Великобритания), который запускался скриптами Spike 2 (Cambridge Electronics Design Ltd., Кембридж, Великобритания). Положение катодного стимулирующего электрода было основано на наличии депрессии TEP камбаловидной мышцы в ответ на парные транспинальные стимулы, доставляемые с межстимульным интервалом (ISI) 60 мс. После определения оптимального местоположения электрод прикрепляли к коже с помощью прозрачной пленки Tegaderm (3M Healthcare, Миннесота, США) и выдерживали под давлением с помощью специальной прокладки. Чтобы гарантировать постоянство места стимуляции во время сеанса, участок кожи был покрыт пленкой Тегадерм.

Всем испытуемым транспинальная стимуляция проводилась ежедневно, за исключением выходных и праздников, в положении лежа на спине. Коленные и тазобедренные суставы были согнуты на 30 °, лодыжки поддерживались в нейтральном положении, а ноги поддерживались на средней линии с помощью внешней поддержки. Подобно параметрам стимуляции, которые мы использовали ранее [10,17], трансспинальная стимуляция осуществлялась в виде одиночного монофазного прямоугольного импульса длительностью 1 мс с частотой 0,2 Гц на основе постулируемых взаимодействий между моторными вызванными потенциалами и TEP [18], а также между камбаловидной мышью. Н-рефлекс и ТЭП [7,11] в спинном мозге.Лица с травмой спинного мозга получили в общей сложности 16,6 ± 1 сеанса стимуляции в среднем по 60 ± 2 мин за сеанс (Таблица 1). Здоровые контрольные субъекты получили 10 сеансов стимуляции (40 ± 0,1 мин за сеанс), за исключением одного субъекта, которому было проведено 12 сеансов, потому что оценки после стимуляции были организованы так, чтобы они проводились в течение буднего дня, а не после 2 дней отсутствия стимуляции (например, в выходные). Интенсивность стимуляции была кратна пороговому значению TEP камбаловидной мышцы, установленному на исходном уровне, и соответствовала интенсивности, необходимой для вызова TEP камбаловидной мышцы с размахом 100 мВ.Порог покоя TEP камбаловидной мышцы составлял 96,9 ± 24 мА и 28,9 ± 5,7 мА ( p = 0,023) для пациентов с травмой спинного мозга и без нее, соответственно. Поскольку максимальные амплитуды ТЭП снижаются через 10–15 минут непрерывной транспинальной стимуляции [10,17], надпороговая транспинальная стимуляция (15 минут для группы SCI; 10 минут для контрольной группы) чередовалась с подпороговой (5 минут для обеих групп). ) стимуляция. Надпороговая интенсивность была основана на 1,2-кратном пороговом значении ТЕР камбаловидной мышцы в состоянии покоя с постепенным увеличением интенсивности по мере прохождения сеанса на 0–112 мА в зависимости от используемого стимулятора постоянного тока.У здоровых контрольных субъектов интенсивность стимуляции на каждом сеансе варьировалась от 0,7 ± 0,1 до 10,3 ± 2,9 (6,4 ± 1,7) порога покоя ТЕР правой камбаловидной мышцы, установленного на исходном уровне, увеличиваясь со среднего значения 105,1 ± 21,5 мА в первых пяти сеансах до в среднем 130,3 ± 24,3 мА за последние пять сеансов. Точно так же у субъектов с травмой спинного мозга интенсивность варьировалась от 0,4 ± 0,1 до 4,3 ± 0,9 (2,2 ± 0,4) порога покоя правой камбаловидной мышцы, установленного на исходном уровне. Транспинальная стимуляция хорошо переносилась всеми участниками, артериальное давление оставалось неизменным, и никаких побочных эффектов во время или после каждого сеанса стимуляции не наблюдалось.

Нейрофизиологические исследования до и через 1-2 дня после трансспинальной стимуляции

записи ЭМГ.

Поверхностная ЭМГ регистрировалась с помощью одинарных биполярных дифференциальных электродов (MA300-28, Motion Lab Systems Inc., Батон-Руж, Лос-Анджелес) от левой и правой камбаловидной мышцы. Сигналы ЭМГ усиливались, фильтровались (10–1000 Гц), дискретизировались с частотой 2000 Гц с помощью 1401 plus (Cambridge Electronics Design Ltd., Кембридж, Великобритания) или аналого-цифровой системы сбора данных (National Instruments, Остин, Техас, США). ) и хранятся для автономного анализа.

Soleus H-рефлекторная возбудимость и спинномозговое торможение.

Рефлекс камбаловидной мышцы H был вызван в соответствии с методами, которые мы ранее использовали у людей с травмой спинного мозга и без нее [19,20]. Когда испытуемые сидели и обе стопы поддерживались опорой для ног, проксимальнее надколенника закрепляли пластину из нержавеющей стали диаметром 4 см ² (анодный электрод). Оптимальное место стимуляции было установлено с помощью ручного монополярного головного электрода из нержавеющей стали, используемого в качестве зонда [20], и соответствовало месту, где волна M имела форму, аналогичную форме H-рефлекса как при низкой, так и при высокой интенсивности стимуляции. , а афференты группы Ia возбуждались при низкой интенсивности стимуляции перед моторными аксонами.Когда было определено оптимальное место, монополярный электрод заменяли предварительно гелеобразным одноразовым электродом (SureTrace, Conmed, Нью-Йорк, США), который на протяжении всего эксперимента поддерживали под постоянным давлением с предварительным обертыванием спортивной пеной. Место стимуляции было повторно подтверждено для постоянного монополярного катодного электрода на основе ранее описанных критериев.

Когда испытуемые сидели, максимальная M-волна камбаловидной мышцы (Mmax) сначала вызывалась с помощью стимулятора постоянного тока (DS7A, Digitimer Ltd., СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО). Затем определяли интенсивность стимуляции, которая вызвала H-рефлекс на восходящей части кривой набора. Эта интенсивность вызвала H-рефлекс камбаловидной мышцы, который составлял 31 ± 1,9 и 38 ± 1,8% от Mmax у здоровых контрольных субъектов и субъектов с SCI, соответственно. При такой интенсивности были случайным образом зарегистрированы 15 камбаловидных H-рефлексов с частотой 0,1, 0,125, 0,2, 0,33 и 1,0 Гц для установления изменений в гомосинаптической депрессии. Аналогичные процедуры были выполнены для установления изменений в постактивационной депрессии, во время которой 20 парных стимулов большеберцового нерва доставлялись случайным образом с ISI 60, 100, 300 и 500 мс при постоянной частоте стимуляции 0.2 Гц.

Кроме того, задний большеберцовый нерв в подколенной ямке стимулировался с частотой 0,2 Гц, и было зарегистрировано не менее 120 ответов при различной интенсивности стимуляции для построения M-волны камбаловидной мышцы и кривой рекрутирования H-рефлекса. Стимуляция большеберцового нерва осуществлялась с помощью настраиваемого стимулятора, интенсивность которого контролировалась программно и регулировалась в несколько мА с помощью настраиваемого сценария LabVIEW и сохранялась вместе с запускающими импульсами и записями ЭМГ. Этот экспериментальный подход гарантирует, что H-рефлексы постоянно вызываются с разной интенсивностью, а не как последовательные H-рефлексы с одинаковой интенсивностью.

Во всех группах пациентов одни и те же процедуры были адаптированы для камбаловидных H рефлексов, записанных с левой и правой ног, которые выполнялись в разные дни до и после прекращения транспинальной стимуляции. Результаты каждой нейрофизиологической оценки представлены для каждой ноги и в виде средних значений для обеих ног.

Клинические оценки до и через день после трансспинальной стимуляции

У пациентов с ТСМ до и после повторной катодной трансспинальной стимуляции оценивали частоту спазмов Пенна и шкалы тяжести, клонус голеностопного сустава и модифицированную шкалу Эшворта [21, 22].Клонус голеностопного сустава для обеих ног оценивался как 0: отсутствие клонуса, 1: утомляемость, 1–20 ударов в минуту, 2: утомляемость, 20–100 ударов в минуту и ​​3: неутомимость, непрерывное повторяющееся клонус.

Анализ данных и статистика

M-волны камбаловидной мышцы и H-рефлексы, записанные при различной интенсивности стимуляции (кривая вход-выход), измерялись как размах амплитуды не выпрямленной волны и были нормализованы к соответствующему Mmax, чтобы противодействовать различиям в геометрии мышц у разных испытуемых. .Затем сигмовидная функция Больцмана (уравнение 1) была адаптирована отдельно к нормализованным зубцам камбаловидной мышцы M и / или H-рефлексам, нанесенным на график в зависимости от ненормированной интенсивности стимуляции [23,24]. Оцененные параметры в уравнении 1 обозначают Mmax или максимальный H-рефлекс (Hmax), параметр наклона функции (m), прогнозируемую интенсивность, соответствующую 50% от Hmax (S50-Hmax) или Mmax (S50-Mmax), и амплитуда H-рефлекса или M-волны при заданном значении стимула (H _(s) или M _(s) ). Из сигмовидной функции Больцмана, приспособленной отдельно к камбаловидной М-волнам и / или H-рефлексам, построенным в зависимости от интенсивности стимуляции, мы оценили S50-Hmax и / или S50-Mmax.Прогнозируемые S50-Hmax и S50-Mmax использовались для нормализации интенсивности стимуляции и группировки ответов по субъектам. S50-Hmax, наблюдаемый на исходном уровне, использовался для нормализации интенсивности стимуляции, при которой рефлексы камбаловидной мышцы H регистрировались с разной интенсивностью до и после транспинальной стимуляции.

(1)

Средние значения нормализованных M-волн были рассчитаны с шагом 0,05 (до 1,0 раз от S50-Mmax) и 0,1 (> 1,0 от S50-Mmax), в то время как H-рефлексы были сгруппированы с шагом 0.1. Описанный выше автономный анализ выполняли отдельно для каждой кривой рекрутирования Н-рефлекса камбаловидной мышцы, собранной до и после трансспинальной стимуляции. Нормализованные M-волны и H-рефлексы были сгруппированы отдельно для AIS C-D, AIS A-B и здоровых контрольных субъектов на основе множественных значений интенсивности стимуляции и времени тестирования.

Для гомосинаптической депрессии, камбаловидные H-рефлексы, вызванные с частотой 0,125, 0,2, 0,33 и 1,0 Гц для каждого испытуемого, и развертка измерялись как площадь под двухполупериодной выпрямленной волной и нормализовались по средней амплитуде одноименного H-рефлекса, вызванного в 0.1 Гц. Для постактивационной депрессии h3 (H-рефлекс, вызванный 2-м импульсом ^-го ) был нормализован до h2 (H-рефлекс, вызванный 1-м импульсом ^-го ) в каждой паре большеберцовых стимулов, и было оценено среднее значение. Рефлексы Soleus H были сгруппированы вместе для AIS C-D, AIS A-B и здоровых контрольных субъектов на основе частоты стимуляции и / или ISI и времени тестирования.

Для каждой нейрофизиологической оценки и группы участников был проведен дисперсионный анализ повторных измерений (ANOVA) отдельно для записей, сделанных с левой и правой ног, а также с обеих ног, чтобы установить значимые различия до и после повторной трансспинальной стимуляции.ANOVA с повторными измерениями применялся к нормализованным рефлексам камбаловидной мышцы H, зарегистрированным при разных частотах стимуляции, на парные стимулы большеберцового нерва при разных ISI, а также для M-волн и H-рефлексов, сгруппированных на основе кратных S50-Mmax или S50-Hmax. Значительные изменения в клинических оценках были установлены с помощью парного теста t . Для всех статистических тестов эффекты считались значимыми, когда p <0,05. Результаты представлены как средние значения вместе со стандартной ошибкой (SE), если не указано иное.

Результаты

Возбудимость Н-рефлекса Soleus до и после повторной транспинальной стимуляции

Кривые рекрутирования Н-рефлекса камбаловидной мышцы до и после трансспинальной стимуляции показаны в сравнении с кратными S50-Hmax и показаны вместе с сигмовидной аппроксимацией на рис. 1. Кривые рекрутирования Н-рефлекса камбаловидной мышцы показаны отдельно для левой и правой ног, так как а также с обеих ног и сгруппированы для субъектов AIS CD (рис. 1A – 1C), AIS AB (рис. 1D – 1F) и здорового контроля (рис. 1G – 1I).

Рис. 1. Кривые рекрутирования Н-рефлекса Soleus до и после повторной транспинальной стимуляции у лиц с травмой спинного мозга и без нее.

Рефлексы Soleus H, зарегистрированные при увеличивающейся интенсивности стимуляции до тех пор, пока H-рефлекс не достигнет максимальных амплитуд в процентах от Mmax, нанесены на график против прогнозируемых 50% максимальной интенсивности стимула H-рефлекса (S50-Hmax), наблюдаемой на исходном уровне. Рефлексы Soleus H до (зеленый) и после (черный) катодной транспинальной стимуляции показаны отдельно для левой и правой ног и для обеих ног для AIS C-D, AIS A-B и здоровых контрольных субъектов.* p <0,05, достоверные различия рефлексов зарегистрированы до и после стимуляции. Планки погрешностей не указаны для ясности.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g001

У пациентов с AIS CD H-рефлекс левой камбаловидной мышцы (рис. 1A – 1C) значительно отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,117 = 12,2 , p <0,001), в то время как было обнаружено значительное взаимодействие между временем и интенсивностями (F _11,117 = 2.65, p = 0,005). Post hoc Bonferroni t -тесты показали, что рефлексы камбаловидной мышцы H при интенсивности от 1,0 до 1,4 кратной S50-Hmax значительно различались до и после трансспинальной стимуляции (для всех p <0,001). Рефлексы H правой камбаловидной мышцы (рис. 1B) существенно различались до и после трансспинальной стимуляции (F _1,144 = 5,26, p = 0,023), но взаимосвязь между временем и интенсивностью не обнаружена (F _11,144 = 20). .96, p = 0,22). Post hoc Bonferroni t -тесты показали, что H-рефлекс камбаловидной мышцы при 1,0, 1,1 и 1,2 кратных S50-Hmax значительно различается до и после трансспинальной стимуляции (для всех p <0,001). Комбинированные H-рефлексы камбаловидной мышцы обеих ног (рис. 1C) значительно различались до и после трансспинальной стимуляции (F _1,288 = 17,03, p <0,001), в то время как значительное взаимодействие между временем и кратными S50-Hmax было найдено (F _{11 288} = 3.63, p <0,001). Апостериорные тесты Bonferroni t выявили значительные различия от 1,1 до 1,4, кратных S50-Hmax ( p <0,001 для всех).

У пациентов с AIS AB H-рефлекс левой камбаловидной мышцы (рис. 1D – 1F) значительно отличался до и после трансспинальной стимуляции при 1,2, 1,3 и 1,4 кратных S50-Hmax (F _1,40 = 1,09, p = 0,30). Точно так же H-рефлекс правой камбаловидной мышцы (рис. 1E) был снижен после транспинальной стимуляции (F _1,68 = 17.26, p <0,001), в то время как было обнаружено значительное взаимодействие между временем и интенсивностью (F _11,68 = 2,88, p = 0,004). Комбинированные H-рефлексы камбаловидной мышцы обеих ног (рис. 1F) значительно различались до и после трансспинальной стимуляции (F _1,136 = 11,33, p <0,001), в то время как была обнаружена значительная взаимосвязь между временем и интенсивностью стимуляции ( F _11,136 = 3,16, p <0,001). Post hoc Bonferroni t -тесты показали, что H-рефлекс камбаловидной мышцы на уровне 1.1, 1,2 и 1,3 кратные S50-Hmax значительно различались до и после трансспинальной стимуляции (для всех p <0,001).

У здоровых контрольных субъектов H-рефлекс камбаловидной мышцы (рис. 1G – 1I) не отличался значимо до и после трансспинальной стимуляции для левой (F _1,175 = 0,183, p = 0,669) или правой (F _1,278 ) = 1,79, п, = 0,18) ножек. Рефлексы камбаловидной мышцы H, объединенные с обеих ног, остались неизменными после транспинальной стимуляции (рис. 1F; F _1,426 = 2.04, p = 0,153). Эти результаты предполагают, что повторная транспинальная стимуляция снижает возбудимость камбаловидной Н-рефлекса как при неполной двигательной, так и при полной ТСМ, но остается неизменной у здоровых контрольных субъектов, имеющих физиологическую рефлекторную возбудимость.

Соответствующие кривые набора M-волны камбаловидной мышцы до и после повторной трансспинальной стимуляции вместе с подгонкой сигмовидной кишки показаны на рис. 2. Кривые набора M-волны камбаловидной мышцы показаны отдельно для левой и правой ног, а также для обеих ног, и сгруппированы для субъектов AIS CD (рис. 2A – 2C), AIS AB (рис. 2D – 2F) и здорового контроля (рис. 2G – 2I).Зубцы M до и после транспинальной стимуляции для всех случаев достоверно не различались (например, левая нога AIS AD: F _1,343 = 0,01, p = 0,91; правая нога AIS AD: F _1,390 = 1,57, p = 0,21), подтверждая, что изменения возбудимости Н-рефлекса камбаловидной мышцы после трансспинальной стимуляции не могли быть связаны с привлечением различных типов мотонейронов камбаловидной мышцы афферентными залпами Ia, и что процедуры стимуляции и регистрации были схожими.

Рис 2.Кривые рекрутирования M-волны Soleus до и после повторной катодной трансспинальной стимуляции у лиц с ТСМ и без нее.

Размеры M-волн Soleus в процентах от Mmax нанесены на график против прогнозируемых кратных 50% максимальной интенсивности стимула M-волны (S50-Mmax) для левой и правой ног, сгруппированных для AIS C-D, AIS AB и здоровые контрольные субъекты. Планки погрешностей не указаны для ясности.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g002

Гомосинаптическая депрессия до и после повторной транспинальной стимуляции

Типичные примеры средних значений формы волны H-рефлекса не выпрямленной камбаловидной мышцы, записанные при разных частотах стимуляции у одного человека с SCI (R12-AIS D) до и после транспинальной стимуляции, показаны на рис.Очевидно, что H-рефлекс камбаловидной мышцы при 1,0 Гц меньше по сравнению с рефлексом, вызванным при 0,1 Гц, что способствует восстановлению гомосинаптической депрессии после трансспинальной стимуляции у лиц с ТСМ.

Рис. 3. Волновые формы H-рефлекса Soleus на разных частотах стимуляции у человека с хронической травмой спинного мозга.

Средние не выпрямленные формы волны рефлексов H камбаловидной мышцы, зарегистрированные на разных частотах стимуляции от человека с ТСМ (R12 — AIS D), у которого рефлекс камбаловидной мышцы H на 30% от максимальной волны M совпал с отсутствующей волной M.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g003

Нормализованная амплитуда H-рефлекса камбаловидной мышцы, записанная на разных частотах стимуляции, указывается отдельно для левой и правой ног, а также среднее значение для обеих ног перед и после повторной транспинальной стимуляции на рис. 4. Рефлексы Soleus H представлены отдельно для субъектов AIS CD (рис. 4A – 4C), AIS AB (рис. 4D – 4F) и здорового контроля (рис. 4G – 4I).

Рис. 4. Гомосинаптическая депрессия H-рефлекса Soleus до и после катодной повторной трансспинальной стимуляции у лиц с ТСМ и без нее.

Рефлексы Soleus H, вызванные при разных частотах стимуляции до (зеленый) и после (черный) повторной катодной трансспинальной стимуляции, показаны отдельно для левой, правой и обеих ног вместе взятых для AIS C-D, AIS A-B и здоровых контрольных субъектов. По оси абсцисс указана частота стимуляции. По оси ординат показаны H-рефлексы камбаловидной мышцы, нормированные на H-рефлекс, вызванный с частотой 0,1 Гц. * p <0,05, достоверные различия рефлексов зарегистрированы до и после стимуляции.Планки ошибок обозначают SE.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g004

У пациентов с AIS CD H-рефлекс левой камбаловидной мышцы значительно отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,40 = 14,19, p <0,001) и по частотам стимуляции (F _3,40 = 23,42, p <0,001). Post hoc Bonferroni t -тесты показали, что H-рефлекс значительно отличался при 0,2 Гц (t = 2,02, p =.04), 0,33 Гц (t = 2,08, p = 0,04) и 1,0 Гц (t = 2,45, p = 0,019) до и после транспинальной стимуляции (рис. 4A). Напротив, H-рефлекс правой камбаловидной мышцы значительно различался в зависимости от частоты стимуляции (F _3,48 = 12,89, p <0,001), а не между временем тестирования (F _1,48 = 0,11, p = 0,73). H-рефлексы при объединении с обеих ног значительно различались до и после транспинальной стимуляции (рис. 4C; F _1,96 = 7.28, p = 0,008) при частотах стимуляции 0,33 и 1,0 Гц (F _3,96 = 32,86, p <0,001).

У пациентов с AIS AB H-рефлекс левой камбаловидной мышцы (рис. 4D) существенно не отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,16 = 3,00, p = 0,10), но значительно отличался по частотам стимуляции (F _3,16 = 21,59, p <0,001). Аналогичные результаты были также получены для H-рефлекса правой камбаловидной мышцы (рис. 4E; время: F _1,24 = 0.34, p = 0,56; частоты: F _3,24 = 19,9, p <0,001). Последующие тесты Бонферрони t показали, что H-рефлекс, вызванный при 1,0 Гц, отличался от H-рефлексов, вызванных при 0,125, 0,2 и 0,33 Гц ( p <0,05 для всех). H-рефлексы, объединенные с обеих ног, значительно различались в зависимости от частоты стимуляции (рис. 4F; F _3,48 = 42,31, p <0,001) и времени тестирования (F _1,48 = 11, . р =.04), при этом H-рефлекс при 1,0 Гц значительно различается до и после стимуляции (t = 3,08, , p = 0,04).

У здоровых контрольных субъектов H-рефлекс, зарегистрированный при разных частотах стимуляции (рис. 4G – 4I), оставался неизменным после трансспинальной стимуляции в левой ноге (F _1,72 = 1,88, p = 0,17), правой ноге ( F _1,72 = 0,82, p = 0,36), и когда H-рефлексы были объединены с обеих ног (F _1,152 = 0,2, p =.64). Амплитуда H-рефлекса камбаловидной мышцы значительно варьировала в зависимости от частоты стимуляции (F _3,152 = 64,85, p <0,001).

Повторные измерения ANOVA среди групп субъектов, время тестирования и частота стимуляции H-рефлексов, объединенных с обеих ног, показали, что гомосинаптическая депрессия не была одинаковой силы во всех трех группах субъектов (F _2,296 = 14,79, p <. 001), что значительно различается между AIS CD и контролем (t = 4.45, p <0,001), а также между AIS A-B и контрольной группой (t = 4,37, p <0,001). Кроме того, попарные множественные сравнения показали, что рефлекс камбаловидной мышцы H значительно различался между временем тестирования (F _1,296 = 5,93, p = 0,015) для AIS CD (t = 4,84, p <0,001), AIS AB (t = 2,25, p = 0,02) и здоровый контроль (t = 2,24, p = 0,02). Эти результаты подтверждают, что при хронической неполной двигательной и полной ТСМ гомосинаптическая депрессия присутствует, но имеет меньшую силу по сравнению со здоровыми контрольными субъектами и усиливается после повторной транспинальной стимуляции как при неполной двигательной, так и при полной ТСМ.

Постактивационная депрессия до и после повторной транспинальной стимуляции

Типичные примеры средних значений формы волны H-рефлекса не выпрямленной камбаловидной мышцы, зарегистрированные на парных стимулах большеберцового нерва при различных ISI от одного человека с SCI (R12 — AIS D) до и после транспинальной стимуляции, показаны на рис. 5. Очевидно, что камбаловидная мышца H-рефлекс был значительно снижен при воздействии парных стимулов большеберцового нерва, что свидетельствует о наличии постактивационной депрессии у людей с травмой спинного мозга.

Рис. 5. Волновые формы H-рефлекса Soleus после парной стимуляции у человека с хронической травмой спинного мозга.

Непрямые средние значения формы волны камбаловидных рефлексов H, записанных на парные стимулы большеберцового нерва от одного человека с SCI (R12 — AIS D), у которого камбаловидный H рефлекс на 30% максимальной M-волны совпал с отсутствующей M-волной.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g005

Нормализованная амплитуда H-рефлекса камбаловидной мышцы, записанная отдельно для левой и правой ног и как среднее значение для обеих ног при парных стимулах большеберцового нерва до и после повторных Транспинальная стимуляция показана на рисунке 6.Рефлексы Soleus H представлены отдельно для субъектов AIS C-D (рис. 6A – 6C), AIS A-B (рис. 6D – 6F) и здорового контроля (рис. 6G – 6I).

Рис. 6. Депрессия постактивации H-рефлекса Soleus до и после повторной катодной трансспинальной стимуляции у лиц с ТСМ и без нее.

Рефлексы Soleus H, вызванные парными стимулами большеберцового нерва до (зеленый) и после (черный) повторной катодной транспинальной стимуляции, показаны отдельно для левой и правой ног и для обеих ног для AIS C-D, AIS A-B и здоровых контрольных субъектов.По оси абсцисс указан межстимульный интервал (ISI) парных раздражителей большеберцового нерва. Ордината указывает на камбаловидные рефлексы H, вызванные стимулом 2 ^-го (h3), нормированные на среднюю амплитуду H-рефлекса, вызванного стимулом 1 ^-го (h2). * p <0,05, значимые различия рефлексов зарегистрированы при разных ISI. Планки ошибок обозначают SE.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223135.g006

У субъектов AIS C-D H-рефлекс левой камбаловидной мышцы существенно не отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,35 = 0.73, p = 0,39), но значительно различалась между ISI (F _3,35 = 4,31, p = 0,01). Post hoc Bonferroni t -тесты показали, что H-рефлекс значительно отличался при ISI 60 и 300 мс (t = 3,34, p = 0,002; рис. 6A). Аналогичные результаты были получены для H-рефлекса правой камбаловидной мышцы (время: F _1,40 = 0,09, p = 0,75; ISI: F _3,40 = 17,44, p <0,001), тогда как post hoc Bonferroni t -тесты показали, что H-рефлекс значительно различается среди всех ISI ( p <.05 для всех), кроме 60–100 мс (рис. 6В). При объединении рефлексов камбаловидной мышцы H обеих ног (рис. 6C) были получены аналогичные результаты (время: F _1,128 = 1,18, p = 0,27; ISI: F _3,128 = 87,63, p <0,001 ).

У пациентов с AIS AB H-рефлекс левой камбаловидной мышцы (рис. 6D) существенно не отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,13 = 0,07, p = 0,99) или между ISI (F _3,13). = 2,94, p =.07). Напротив, H-рефлекс правой камбаловидной мышцы (рис. 6E) варьировал в зависимости от ISI (F _3,21 = 11,61, p <0,001), но существенно не отличался до и после трансспинальной стимуляции (F _1,21 = 0,63, p = 0,43). Апостериорные тесты Бонферрони t показали, что H-рефлекс значительно различается среди всех ISI ( p <0,05 для всех), за исключением 60–100 мс и 300–500 мс (рис. 6E). Аналогичные результаты были получены, когда рефлексы камбаловидной мышцы H были объединены с обеих ног (рис. 6F; время: F _1,42 = 0.26, p = 0,60; ISI: F _3,42 = 14,3, p <0,001).

У здоровых контрольных субъектов амплитуда H-рефлекса камбаловидной мышцы оставалась неизменной после трансспинальной стимуляции в левой ноге (F _1,60 = 0,19, p = 0,66), правой ноге (F _1,60 = 1,25). , p = 0,26), и когда H-рефлексы были объединены с обеих ног (F _1,128 = 1,18, p = 0,27), в то время как величина депрессии варьировалась в зависимости от ISI ( p <.05).

Повторные измерения ANOVA среди групп субъектов, время тестирования и ISI по H-рефлексам, объединенным с обеих ног, показали, что депрессия после активации не имела одинаковой силы во всех трех группах субъектов (F _2,252 = 24,3, p <0,001 ), что значительно различается между группами AIS CD и AIS AB (t = 3,39, p = 0,02), а также между группами AIS CD и контрольной группой (t = 6,97, p <0,001). Эти результаты подтверждают, что при хронической неполной двигательной и полной ТСМ постактивационная депрессия присутствует, но имеет меньшую силу по сравнению с наблюдаемой у здоровых контрольных субъектов, варьируется в зависимости от ИСИ и остается неизменной после повторной транспинальной стимуляции.

Клинически оцененная гиперрефлексия до и после транспинальной стимуляции у лиц с ТСМ

В таблице 2 показаны результаты клинической оценки гиперрефлексии, проведенной до и через день после прекращения повторной катодной транспинальной стимуляции. Частота спазма Пенна, тяжесть спазма и клонус голеностопного сустава в обеих ногах были значительно снижены после трансспинальной стимуляции ( p <0,05 для всех). Лица с ТСМ сообщили об улучшении контроля мочи (R06), регуляции температуры (R10), возврата потоотделения (R06, R08) и менее жестких мышц ног (R07, R08, R09).

Обсуждение

В этом исследовании мы исследовали нейропластичность позвоночника после многократной катодной трансспинальной стимуляции с помощью Н-рефлекса камбаловидной мышцы, хорошо известного нейрофизиологического биомаркера гиперрефлексии и спастичности [20,25]. Основные результаты этого исследования заключаются в том, что трансспинальная стимуляция 1) снижает возбудимость камбаловидной Н-рефлекса как при неполной двигательной, так и при полной ТСМ, но не у здоровых контрольных субъектов, 2) восстанавливает амплитуду моносинаптических ответов мотонейронов после повторяющегося возбуждения афферентов веретена группы Ia при низких частотах стимуляции (например,грамм. гомосинаптическая депрессия) независимо от тяжести ТСМ, 3) не влияла на постактивационную депрессию ни в одной из групп субъектов и 4) уменьшала тяжесть и частоту спазмов и клонуса голеностопного сустава. Следовательно, транспинальная стимуляция изменяет спинно-опосредованные рефлекторные действия и регулирует реакцию мотонейронов на проприоцептивные афферентные сигналы в поврежденном спинном мозге человека.

Повторная транспинальная стимуляция приводила к значительному снижению возбудимости Н-рефлекса камбаловидной мышцы в левой и правой ногах, и когда рефлексы обеих ног были объединены в двигательную неполную и полную ТСМ, но оставались неизменными у здоровых контрольных субъектов, у которых наблюдались физиологические рефлекторные реакции (рис. 1).Пониженная возбудимость камбаловидной мышцы H-рефлекса совпала со сдвигом влево кривой набора (рис. 1D) и стабильными кривыми набора M-волн (рис. 2). Кроме того, гомосинаптическая депрессия, которая присутствовала на исходном уровне, но была меньшей у субъектов с травмой спинного мозга по сравнению со здоровыми контрольными субъектами, усиливалась после повторной транспинальной стимуляции как при неполной двигательной, так и при полной травме спинного мозга (рис. 4C и 4F). Эти нейрофизиологические изменения клинически проявлялись в виде уменьшения клонуса голеностопного сустава обеих ног, а также в снижении самооценки изменений тяжести и частоты спазмов ног (Таблица 2).Эти изменения возбудимости спинномозгового рефлекса потенциально могут быть связаны с синаптической и несинаптической нейропластичностью.

Гомосинаптическая депрессия проявляется как подавленные возбуждающие постсинаптические потенциалы мотонейронов Ia и объясняется снижением количества нейротрансмиттеров, высвобождаемых ранее активированными афферентами группы Ia в синапсе Ia / мотонейрон [26-29]. В этом исследовании мы обнаружили, что у субъектов с ТСМ присутствовала гомосинаптическая депрессия, но меньшей силы, чем у здоровых контрольных субъектов, и она усиливалась после повторной транспинальной стимуляции.Таким образом, мы можем предположить, что транспинальная стимуляция восстанавливала гомосинаптическую депрессию у субъектов с травмой спинного мозга, влияя на количество нейромедиатора, высвобождаемого стимулированными афферентами группы Ia. Гомосинаптическая депрессия требует последующей активации афферентов одной и той же группы Ia и возникает в тех же синапсах Ia / мотонейрон без участия моторных аксонов [30]. Этот тип торможения, хотя и не связан с классическим пресинаптическим торможением, включающим активность спинномозговых тормозных сетей интернейронов и параллельную первичную афферентную деполяризацию [31], может рассматриваться как спинномозговой механизм, который блокирует проприоцептивные входы у отдыхающих людей, и регулярно используется в качестве индикатор вероятности выделения кальция.Среди других механизмов [32] нарушение этого механизма ворот у людей в состоянии покоя может приводить к длительным периодам моносинаптической деполяризации мотонейронов и, следовательно, к гиперрефлексии и спазмам [19,25,33–35]. Спастичность и спазмы после SCI были частично связаны с усиленной активацией опосредованных кальцием постоянных входящих токов [36–38], которые в физиологических условиях объясняют систематические изменения входных-выходных свойств мотонейронов в пуле [39]. Следовательно, повторная транспинальная стимуляция с интенсивностью, которая вызывает деполяризацию мотонейронов по множеству сегментов, потенциально может повлиять на постоянные внутренние токи, действующие в соматах и ​​дендритах мотонейронов.Возможные механизмы нейропластичности также включают усиление гиперполяризации афферентов группы Ia и изменения концентрации ионных каналов на нервных окончаниях [40,41]. Это подтверждается суммированием H-рефлекса камбаловидной мышцы и TEP камбаловидной мышцы в поверхностной ЭМГ, когда оба ответа совпадают с деполяризацией одних и тех же мотонейронов камбаловидной мышцы, а нейронные взаимодействия ограничиваются аксонами периферических нервов в зависимости от времени между двумя стимулами. [7,11].

Однако снижение рефлекторной возбудимости и усиление гомосинаптической депрессии нельзя отнести исключительно к пресинаптическим механизмам нейропластичности, поскольку H-рефлекс камбаловидной мышцы при максимальных амплитудах не является чисто моносинаптическим [20].Кроме того, сообщалось о десенсибилизации постсинаптических рецепторов, когда последовательные стимулы доставляются в пресинаптический аксон [42,43]. Следовательно, мы можем предположить, что нейрофизиологические изменения являются результатом стимулирования постсинаптического торможения или подавления постсинаптического возбуждения. Однако необходимы дальнейшие исследования для определения конкретной группы интернейронов и сайта нейропластичности.

Депрессия постактивации H-рефлекса Soleus, вызванная парными стимулами большеберцового нерва, присутствовала на исходном уровне как у субъектов с неполной двигательной, так и у полной ТСМ, имела меньшую силу по сравнению со здоровыми контрольными субъектами и оставалась неизменной после повторной транспинальной стимуляции во всех трех группах субъектов. (Рис 6).При ISI 300 мс H-рефлекс камбаловидной мышцы был больше по амплитуде по сравнению с тем, который наблюдался при остальных ISI. Удаление или снижение депрессии Н-рефлекса на 300 мс может быть связано с постактивационным потенциалом, изменениями в нервно-мышечном соединении из-за антидромных нервных импульсов после повторяющейся активности и снижением возбуждающих потенциалов в нервно-мышечном соединении [44,45]. Ранее сообщалось об усилении интеркуррентности парными стимулами большеберцового нерва [46]. В частности, кондиционирующий стимул h2 на тестирующем стимуле h3 приводит к подавлению ответов h3, максимальное значение которых составляет 225 мс, в то время как восстановление депрессии рефлекса начинается с 300 мс [46].Из-за большой латентности было предложено, что интеркуррентное облегчение мотонейронов камбаловидной мышцы задействует длинные петлевые рефлекторные цепи [47, 48]. Следовательно, депрессия постактивации Н-рефлекса камбаловидной мышцы, возникающая из-за парных стимулов при определенных ISI, вероятно, опосредуется другими механизмами по сравнению с гомосинаптической депрессией камбаловидной мышцы H-рефлекса. Независимо от нейронального механизма, повторная транспинальная стимуляция не повлияла на депрессию постактивации Н-рефлекса камбаловидной мышцы ни в одной из групп субъектов (рис. 6), что позволяет предположить, что этот нейрофизиологический механизм может не подходить для выявления восстановления нейрореактивности после терапевтического вмешательства в ТСМ.

Наконец, результаты, полученные в этом исследовании, наряду с параллельным увеличением двигательной активности основных мышц-разгибателей у одних и тех же пациентов [10], подтверждают механизмы нейропластичности, аналогичные механизмам, полученным после традиционной терапии, основанной на активности [24,49,50 ]. Напр., Двигательная тренировка как на моделях человека, так и на животных снижает гиперрефлексию за счет восстановления спинального торможения, оказываемого на первичные окончания мышечного веретена, и возбудимость мотонейронов за счет восстановления нейротрофических факторов и ионного гомеостаза [51–53].Подобные механизмы были также показаны для протоколов оперантного кондиционирования камбаловидной мышцы H-рефлекса. Успешное повышение и подавление кондиционирования у крыс и людей с ТСМ, соответственно, улучшает локомоцию и межконечностную координацию, повышая порог активации мотонейронов и увеличивая ГАМКергические терминалы на мотонейронах [54-56]. Эти исследования предполагают, что вмешательства, основанные на активности, включающие повторяющуюся двигательную активность или нормализацию рефлексов, используют пути, аналогичные тем, которые используются при транспинальной стимуляции. Следовательно, транспинальная стимуляция может использоваться в качестве дополнения к традиционным вмешательствам, основанным на деятельности, для оптимизации значимого и длительного восстановления после неврологических травм и заболеваний.

Ограничения

Нейрофизиологические тесты не проводились в разные моменты времени после прекращения стимуляции. Таким образом, мы не можем комментировать устойчивость нейропластичности за пределами 1-2 дней. Кроме того, мы проводили транспинальную стимуляцию с помощью одного прямоугольного импульса длительностью 1 мс с частотой 0,2 Гц, основываясь на наших предыдущих исследованиях мощного транспинального кондиционирующего воздействия на корковые и спинномозговые нейронные цепи у здоровых людей и лиц с ТСМ [7,8,10,11 , 17,18].Необходимы будущие исследования для оценки динамики нейропластичности при использовании различных частот стимуляции.

Выводы

Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что повторная транспинальная стимуляция снижает возбудимость камбаловидной Н-рефлекса, восстанавливает гомосинаптическую депрессию и снижает клинически оцениваемую гиперрефлексию у лиц с неполной двигательной и полной ТСМ.