RUDN Journal of MedicineRUDN Journal of MedicineВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Медицина2313-02452313-0261Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2279910.22363/2313-0245-2019-23-4-390-396BIOLOGY. EXPERIMENTAL PHYSIOLOGYБИОЛОГИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯResearch ArticleEffect of Long-Term Electrical Spinal Cord Stimulation on Expression of Non-Reciprocal Inhibition α-Motoneurons of Human Skeletal MusclesЭффект длительной электрической стимуляции спинного мозга на проявления нереципрокного торможения α-мотонейронов скелетных мышц человекаRoshchinaL. V.РощинаЛ. В.ljudaroschina@yandex.ruGladchenkoD. A.ГладченкоД. А.ljudaroschina@yandex.ruPivovarovaE. A.ПивовароваЕ. А.ljudaroschina@yandex.ruChelnokovA. A.ЧелноковА. А.ljudaroschina@yandex.ruVelikie Luki State Academy of Physical Education and SportsВеликолукская государственная академия физической культуры и спорта15122019234VOL 23, NO4 (2019)ТОМ 23, №4 (2019)39039603022020Copyright ©; 2019, Roshchina L.V., Gladchenko D.A., Pivovarova E.A., Chelnokov A.A.Copyright ©; 2019, Рощина Л.В., Гладченко Д.А., Пивоварова Е.А., Челноков А.А.2019Roshchina L.V., Gladchenko D.A., Pivovarova E.A., Chelnokov A.A.Рощина Л.В., Гладченко Д.А., Пивоварова Е.А., Челноков А.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/medicine/article/view/22799

It is known, transcutaneous electrical spinal cord stimulation (tESCS) in the T11-T12 level of the thoracic vertebrae increases the power capabilities of the leg agonist muscles. One of the inhibition spinal mechanisms that protects skeletal muscles from excessive force is non-reciprocal inhibition. Taking into account the biological role of non-reciprocal inhibition, the aim of the study was to research the effect of long-term tESCS on expression of non-reciprocal inhibition of soleus muscle α-motorneurons in humans at rest and when holding a weak static force. Materials and methods: the study involved 22 healthy male subjects aged 27 to 35 years. Non-reciprocal inhibition of α-motorneurons was recorded during the 20-minute tESCS in the T11-T12 level of the thoracic vertebrae at rest, in combination with arbitrary muscular effort (5% of MVC) and after its impact. Results: TESCS at rest resulted in the weakening of non-reciprocal inhibition within 20 minutes of exposure and 10 minutes after the end of stimulation. TESCS in combination with arbitrary muscular effort in 5% of the MVC increases the activity of non-reciprocal inhibition for 20 minutes of stimulation and 10 minutes after its end. The proposed physiological mechanisms underlying the effect of long-term tESCS on expression of non-reciprocal inhibition are discussed.

Известно, что длительная чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ) в области T11-T12 грудных позвонков повышает силовые возможности мышц-агонистов голени. Одним из тормозных спинальных механизмов, предохраняющим скелетные мышцы от чрезмерного напряжения (силы), является нереципрокное торможение. Учитывая биологическую роль нереципрокного торможения, целью исследования являлось изучение влияния длительной ЧЭССМ на проявление нереципрокного торможения α-мотонейронов m. soleus человека в состоянии покоя и при удержании слабого по величине статического усилия. Материалы и методы: В исследовании приняли участие 22 здоровых испытуемых мужского пола в возрасте от 27 до 35 лет. Нереципрокное торможение α-мотонейронов регистрировалось на протяжении 20-минутной ЧЭССМ в области Т11-Т12 грудных позвонков в покое, в сочетании с произвольным мышечным усилием (5% от МПС) и после ее воздействия. Результаты: ЧЭССМ в покое приводила к ослаблению нереципрокного торможения в течение 20 минут воздействия и 10 минут после окончания стимуляции. ЧЭССМ в сочетании с произвольным мышечным напряжением в 5% от МПС усиливает активность нереципрокного торможения на протяжении 20 минут стимуляционного воздействия и 10 минут после его окончания. Обсуждаются предполагаемые физиологические механизмы, лежащие в основе влияния длительной ЧЭССМ на проявление нереципрокного торможения.

transcutaneous electrical spinal cord stimulation (tESCS)non-reciprocal inhibitionH-reflexspinal cordmotorneuronsmaximum voluntary contraction (MVC)чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ)нереципрокное торможениеН-рефлексспинной мозгмотонейронымаксимальное произвольное сокращение (МПС)Fedorov SA, Gorodnichev RM, Chelnokov AA. The effect of prolonged electrical stimulation of the spinal cord on the strength capabilities of skeletal muscles. Ulyanovsk Medical Biological Journal. 2017;1: 123—130. (In Russ.)Федоров С.А., Городничев Р.М., Челноков А.А. Влияние длительной электрической стимуляции спинного мозга на силовые возможности скелетных мышц // Ульяновский медико-биологический журнал. 2017. № 1. С. 123-130.Chelnokov AA, Roshchina LV. Percutaneous elec­trical stimulation of the spinal cord as a method of increasing the power capabilities of the skeletal muscles of the lower leg. In: Modern methods of or­ganizing the training process, assessing the functional state and recovery of athletes. 2017; 334—336. (In Russ.)Челноков А.А., Рощина Л.В. Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга как метод повышения силовых возможностей скелетных мышц голени // В сб.: Современные методы организации тренировочного процесса, оценки функционального состояния и восстановления спортсменов. 2017. С. 334-336Pierrot-Deseilligny E, Morin C, Bergego C, Tankov N. Pat­tern of group I fibre projections from ankle flexor and ex­tensor muscle in man. Exp Brain Res. 1981;42: 337—350.Pierrot-Deseilligny E, Morin C, Bergego C, Tankov N. Pattern of group I fibre projections from ankle flexor and extensor muscle in man. Exp Brain Res. 1981;42: 337-350.Bikmullina RH, Rozental' AN, Pleshchinskij IN. Spinal cord inhibitory systems in the control of interactions of functionally conjugated muscles. Human physiology. 2007;33(1): 119—30.Бикмуллина Р.Х., Розенталь А.Н., Плещинский И.Н. Тормозные системы спинного мозга в контроле взаимодействий функционально сопряженных мышц // Физиология человека. 2007. Том 33. № 1. С. 119-130.Knikou M, Smith AC, Mummidisetty CK. Locomotor training improves reciprocal and nonreciprocal inhibitory control of soleus motoneurons in human spinal cord injury. J Neurophysiol. 2015;113(7): 2447—60.Knikou M, Smith AC, Mummidisetty CK. Locomotor training improves reciprocal and nonreciprocal inhibitory control of soleus motoneurons in human spinal cord injury. J Neurophysiol. 2015;113(7): 2447-60.Chelnokov AA. Neuronal inhibitory networks of the spinal cord (Scientific review). Nova Info. Ru. 2016;42(3): 24—47; Available from: http://novainfo.ru/article/4893Челноков А.А. Нейрональные тормозные сети спинного мозга // NovaInfo.Ru (Электронный журнал). 2016. № 42. Т. 3. С. 24-47. URL: http://novainfo.ru/article/4893Chelnokov AA, Roshchina LV. Percutaneous elec­trical stimulation of the spinal cord as a method of increasing the power capabilities of the skeletal mus­cles of the lower leg. In: Modern methods of organiz­ing the training process, assessing the functional state and recovery of athletes. 2017; S. 334—336. (In Russ.)Челноков А.А., Рощина Л.В. Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга как метод повышения силовых возможностей скелетных мышц голени // В сб.: Современные методы организации тренировочного процесса, оценки функционального состояния и восстановления спортсменов. 2017. С. 334-336.Chelnokov AA, Buchackaya IN. Functional features of spinal inhibition of a person with arbitrary motor activity. Theory and practice of physical education. 2015;6: 11—13. (In Russ.)Челноков А.А., Бучацкая И.Н. Функциональные особенности спинального торможения человека при произвольной двигательной активности // Теория и практика физической культуры. 2015. № 6. С. 11-13Chelnokov AA, Gladchenko DA, Fedorov SA, Gorodnichev RM. Age-related features of spinal inhibition of skeletal muscles in males in the regulation of voluntary movements. Human physiology. 2017;43(1): 35—44. (In Russ.)Челноков А.А., Гладченко Д.А., Федоров С.А., Городничев Р.М. Возрастные особенности спинального торможения скелетных мышц у лиц мужского пола в регуляции произвольных движений // Физиология человека. 2017. Т. 43. № 1. С. 35-44Yamaguchi T, Fujiwara T, Takahara T, Takahashi Y, Mizuno K, Ushiba J, Masakado Y, Liu M. The effects of transcutaneous spinal cord stimulation on spinal re- ciprocal inhibition in healthy persons. Clinical Neurophysiology. 2017; 128(3):115—6.Yamaguchi T, Fujiwara T, Takahara T, Takahashi Y, Mizuno K, Ushiba J, Masakado Y, Liu M. The effects of transcutaneous spinal cord stimulation on spinal reciprocal inhibition in healthy persons. Clinical Neurophysiology. 2017; 128(3):115-6.Gerasimenko Y, Kozlovskaya I, Edgerton VR. Sensorimotor regulation of movements: novel strategies for the recovery of mobility. Human physiology. 2016;42(1): 106—117.Городничев Р.М., Пивоварова Е.А., Пухов А.М. и др. Чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга: неинвазивный способ активации генераторов шагательных движений у человека // Физиология человека. 2012. Т. 38. № 2. С. 46-56.Pierrot-Deseilligny E, Morin C, Bergego C, Tankov N. Pattern of group I fibre projections from ankle flexor and extensor muscle in man. Exp Brain Res. 1981;42: 337—50.Pierrot-Deseilligny E, Morin C, Bergego C, Tankov N. Pattern of group I fibre projections from ankle flexor and extensor muscle in man. Exp Brain Res. 1981;42: 337-50.Meunier S. Modulation by corticospinal volleys of presynaptic inhibition la afferents in man. J. Physiol. (Paris). 1999;93(4): 387—94.Meunier S. Modulation by corticospinal volleys of presynaptic inhibition la afferents in man. J. Physiol. (Paris). 1999;93(4): 387-94.Pyndt HS, Nielsen JB. Modulation of transmission in the corticospinal and group Ia afferent pathways to soleus motoneurons during bicycling. J. Neurophysiol. 2003;89: 304—14.Pyndt HS, Nielsen JB. Modulation of transmission in the corticospinal and group Ia afferent pathways to soleus motoneurons during bicycling. J. Neurophysiol. 2003;89: 304-14.Knikou M. The H-reflex as a probe: Pathways and pitfalls. Journal of Neuroscience Methods. 2008;171: 1—12.Knikou M. The H-reflex as a probe: Pathways and pitfalls. Journal of Neuroscience Methods. 2008;171: 1-12.Cash RF, Ziemann U, Murray K, Thickbroom GW. Late cortical disinhibition in human motor cortex: a triple-pulse transcranial magnetic stimulation study. J. Neurophysiol. 2010;103(1): 511—8.Cash RF, Ziemann U, Murray K, Thickbroom GW. Late cortical disinhibition in human motor cortex: a triple-pulse transcranial magnetic stimulation study. J. Neurophysiol. 2010;103(1): 511-8.Pierrot-Deseilligny E, Burke D. The Circuitry of the Human Spinal Cord: Spinal and Corticospinal Mechanisms of Movement. United States: Cambridge University Press; 2012. 606 p.Guzmán-López J, Selvi A, Barraza G, Casanova-Molla J, Valls-Solé J. The effects of transcranial magnetic stimulation on vibratory-induced presynaptic inhibition of the soleus H reflex. Exp Brain Res. 2012;220(3—4): 223—30.Guzmán-López J, Selvi A, Barraza G, Casanova-Molla J, Valls-Solé J. The effects of transcranial magnetic stimulation on vibratory-induced presynaptic inhibition of the soleus H reflex. Exp Brain Res. 2012;220(3-4): 223-30.Matsugi A, Mori N, Uehara S, Kamata N, Oku K, Okada Y, Kikuchi Y, Mukai K, Nagano K. Effect of cerebellar transcranial magnetic stimulation on soleus Ia presynaptic and reciprocal inhibition. Neuroreport. 2015;26(3). R.139—43.Matsugi A, Mori N, Uehara S, Kamata N, Oku K, Okada Y, Kikuchi Y, Mukai K, Nagano K. Effect of cerebellar transcranial magnetic stimulation on soleus Ia presynaptic and reciprocal inhibition. Neuroreport. 2015;26(3). R.139-43.Rossi A, Decchi B. Changes in Ib heteronymous inhibition to soleus motoneurons during cutaneous and muscle nociceptive stimulation in humans. Brain Res. 1997;774: 55—61.Rossi A, Decchi B. Changes in Ib heteronymous inhibition to soleus motoneurons during cutaneous and muscle nociceptive stimulation in humans. Brain Res. 1997;774: 55-61.Barrué-Belou S, Marque P, Duclay J. Supraspinal Control of Recurrent Inhibition during Anisometric Contractions. Med Sci. Sports Exerc. 2019;51(11): 2357—65.Barrué-Belou S, Marque P, Duclay J. Supraspinal Control of Recurrent Inhibition during Anisometric Contractions. Med Sci. Sports Exerc. 2019;51(11): 2357-65.