НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ ІМ. О.О.БОГОМОЛЬЦЯ

РУДНЄВА Вікторія Миколаївна

УДК 612.833.02.014.421

ТРИВАЛЕ ГАЛЬМУВАННЯ H-РЕФЛЕКСУ ЛЮДИНИ
ПРИ ДІЇ АФЕРЕНТНОЇ СТИМУЛЯЦІЇ

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Запорізькому державному медичному університеті МОЗ

України

Науковий керівник:

доктор медичних наук, професор Сливко Емануїл Ілліч,

Запорізький державний медичний університет МОЗ України,

завідувач кафедри біофізики та медичної апаратури

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук Василенко Дмитро Артурович,

Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України,

провідний науковий співробітник відділу фізіології рухів

доктор біологічних наук, професор Шугуров Олег Олексійович,

Дніпропетровський національний університет,

завідувач відділом біофізики складних систем НДІ біології

Провідна установа:

Національний медичний університет ім. О.О.Богомольця МОЗ України,

кафедра нормальної фізіології, м. Київ

Захист відбудеться “27” лютого 2001 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.198.01 при Інституті фізіології ім.

О.О.Богомольця НАН України (01024, м. Київ, вул. Богомольця, 4)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізіології ім.

О.О.Богомольця НАН України (01024, м. Київ, вул. Богомольця, 4)

Автореферат дисертації розісланий “12” січня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор біологічних наук Сорокіна-Маріна З.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Спінальна двонейронна рефлекторна дуга являє собою один із найважливіших компонентів складної системи керування м’язовим тонусом і процесами локомоції. Показником її активності у людини є H-рефлекс - моносинаптичний спінальний рефлекс, доступний для дослідження в умовах неінвазивної реєстрації. Останнім часом H-рефлексометрія досить часто використовується для вивчення фізіології опорно-рухового апарата [Floeter a. Kohn, 1997; Bava a. Sinkjaer, 1999; Simonsen a. Dyhre-Poulsen, 1999 та ін.], в тому числі для дослідження різних форм гальмування [Giniatullin a. Sokolova, 1998; Meunier a. Pierrot-Deseilligny, 1998 та ін.].

Функціональний стан двонейронних рефлекторних дуг модулюється сигналами, що надходять по низхідних системах спинного мозку, і аферентними імпульсами з периферії. Відомо, що при дії аферентної стимуляції в двонейронній рефлекторній дузі людини окрім інших модуляторних феноменів може виникати тривала депресія, або тривале гальмування, тривалість якого вимірюється декількома секундами. Таке гальмування H-рефлексу камбалоподібного м’яза виникає, зокрема, після електричної стимуляції аферентних волокон великогомілкового нерва [Hoehler et al., 1981; Van Boxtel, 1986], подразнення п’яткового сухожилка [Katz et al., 1977; Crone a. Nielsen, 1989] і сухожилля чотириголового м’яза стегна [Cheng et al., 1995], після довільних рухів у гомілковостопному суглобі [Crone a. Nielsen, 1989]. Однак його перебіг у часі та тривалість досі точно не визначені, а походження залишається багато в чому неясним. Тривале гальмування H-рефлексу, що виникає під дією різних аферентних подразнень, пояснюють або зменшенням виділення медіатора в центральних синапсах внаслідок попередньої їхньої активації [Katz et al., 1977; Hultborn et al., 1996], або деполяризацією терміналей первинних аферентів Ia [Cheng et al., 1995]. Деякі дослідники припускають можливість сумісної дії обох цих причин [Crone a. Nielsen, 1989] або констатують неясність природи даного явища [Ruegg et al., 1990].

З’ясування механізму тривалого гальмування H-рефлексу представляється важливим, оскільки воно є одним із показників, що визначають інтенсивність міотатичного рефлексу, і відіграє істотну роль у регуляції м’язового тонусу. Воно належить до числа найбільш простих проявів нервової пластичності, і його фізіологічний аналіз може допомогти з’ясуванню природи більш складних проявів цієї властивості нервової системи. Важливість подібного дослідження визначається ще й тим, що постактиваційна депресія і тривале гальмування H-рефлексу використовуються як один із тестів у рамках клінічного електронейроміографічного обстеження [Бадалян, Скворцов, 1986; Гафт и др., 1994].

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація пов’язана з науковою роботою кафедри нервових хвороб і кафедри біофізики та медичної апаратури Запорізького державного медичного університету; її виконано відповідно до відкритого плану: номер держреєстрації теми 01.90.0007058, шифр Ин.ВН 26.00.000.90.

Мета і задачі дослідження. Мета нашої роботи полягала в з’ясуванні фізіологічних механізмів тривалого гальмування H-рефлексу людини, що виникає внаслідок дії аферентних впливів - подразнення первинних аферентних нервових волокон, ефектів вібраційної стимуляції м’язових рецепторів і довільного скорочення різних м’язів. Вона включала такі основні задачі:

1.

2.

3.

4.

Об’єкт дослідження. Регуляція активності двонейронної рефлекторної дуги людини під впливом аферентних подразнень.

Предмет дослідження. Тривале гальмування H-рефлексу людини, його функціональні особливості і фізіологічні механізми.

Методи дослідження. Застосовували метод стимуляційної електроміографії. Реєстрували H-рефлекс камбалоподібного м’яза, який викликали подразненням аферентних волокон великогомілкового нерва. Вивчали перебіг у часі тривалого гальмування H-рефлексу, яке викликали за допомогою ряду впливів: кондиціонуючої стимуляції з різними тест-інтервалами загального малогомілкового і великогомілкового нервів, вібраційного подразнення ряду м’язів нижньої кінцівки, довільних рухів в гомілковостопному суглобі.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше продемонстровано, що тривале гальмування H-рефлексу людини, яке виникає після кондиціонуючого подразнення нерва м’язів-антагоністів і гомонімного нерва, як і після вібраційної стимуляції рецепторів м’язів, зумовлене деполяризацією терміналей первинних аферентних волокон Iа тестованого м'яза. Таке гальмування є досить тривалим і може тривати протягом декількох секунд.

З використанням математичної інтерпретації доведено, що часовий перебіг тривалого гальмування H-рефлексу після всіх згаданих вище кондиціонуючих впливів характеризується значною подібністю. Якщо в початковому періоді після кондиціонуючого подразнення динаміка H-рефлексу суттєво відрізняється в залежності від способу кондиціонування, то в більш пізньому періоді таких відхилень не спостерігається.

Встановлено, що в нейронних ланцюгах, які забезпечують тривале гальмування H-рефлексу при гомо- і гетеронімному кондиціонуванні, існують спільні нейронні популяції. Про це свідчать явища полегшення і оклюзії відповідних гальмівних ефектів.

Показано, що подібне за своїми параметрами тривале гальмування H-рефлексу виникає і під впливом довільних м’язових скорочень. Це вказує на його роль в регуляції змін тонусу скелетних м’язів при рухах, які виконуються під дією центральних моторних команд.

Практичне значення одержаних результатів. Визначення параметрів і з’ясування фізіологічного механізму тривалого гальмування H-рефлексу людини забезпечує певне розширення діагностичних можливостей стимуляційної електроміографії. Отримані дані обґрунтовують доцільність досліджень параметрів такого гальмування і дозволяють рекомендувати тестування цього феномена в клініці нервових захворювань з метою функціональної діагностики стану сегментарного рефлекторного апарату. Таке дослідження розширює можливості оцінювати стан координаційних спінальних процесів при ураженні спинного мозку і супраспінальних структур і можливості корекції таких уражень.

Особистий внесок здобувача. Всі експерименти, описані в роботі, були виконані особисто автором. Обробка та інтерпретація результатів виконувалися особисто автором. У розробці концепції роботи брав участь керівник роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися й обговорювалися на XIV та XV з’їздах Українського фізіологічного товариства (Київ, 1994; Донецьк, 1998), а також на засіданнях Запорізького відділення фізіологічного і патофізіологічного товариств (1999-2000) і науковому семінарі в Інституті фізіології ім. О.О.Богомольця (Київ, 2000).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано дев’ять робіт, із яких чотири статті - у наукових фахових журналах, дві - у збірниках наукових праць, три є тезами доповідей з’їздів та конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, опису методів досліджень, п’яти розділів результатів досліджень та їх обговорення, післямови, висновків і списку використаних джерел. Дисертація викладена на 161 сторінках та містить 12 таблиць, 24 ілюстрації, які займають 28 окремих сторінок; список використаних джерел із 292 найменувань, який складає 29 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Методи досліджень. Експериментальний матеріал був отриманий в перебігу тестування 87 осіб-добровольців (чоловіки та жінки віком від 18 до 25 років).

Електричною стимуляцією аферентних нервових волокон великогомілкового нерва за допомогою нашкірних електродів викликали H-рефлекс камбалоподібного м'яза. Застосовували двоканальний електронейростимулятор ЭНС-2. Тривалість електричних стимулів дорівнювала 1 мс. ЕМГ - активність камбалоподібного м'яза відводили за допомогою біполярних срібних електродів (міжелектродна відстань 20 мм). Після підсилення ЕМГ оцифровували за допомогою аналого-цифрового перетворювача. Для її візуалізації і запам'ятовування застосовували персональний комп'ютер.

Методом парних стимулів досліджували перебіг у часі модуляції тестованого H-рефлексу, яку викликали електричною стимуляцією іпсілатеральних загального малогомілкового або великогомілкового нервів. Максимальна тривалість інтервалу між кондиціонуючим і тестуючим стимулами дорівнювала 4 с. Досліджували також динаміку величини тестованого H-рефлексу під впливом ритмічної кондиціонуючої стимуляції зазначених нервів.

У частині дослідів одночасно з ЕМГ - активністю реєстрували рухи стопи, які були викликані кондиціонуючими і тестуючими стимулами. З цією метою застосовували механо-електричний перетворювач на тензорезисторах.

Як кондиціонуюче подразнення для вивчення гальмування H-рефлексу використовували також вібраційну стимуляцію м'язових рецепторів. Застосовували електромагнітний вібратор, що генерував синусоїдальні коливання з частотою 50 Гц і амплітудою 0,7 - 1 мм. Стимулювали іпсілатеральні триголовий м'яз гомілки, передній великогомілковий м'яз, двоголовий і чотириголовий м'язи стегна. Тестуючі подразнення великогомілкового нерва наносили через різні інтервали часу після припинення вібраційної стимуляції (до 4 с). Досліджували також часовий перебіг змін тестованого H-рефлексу після довільних рухів – підошовного або тильного згинання стопи. Максимально швидкі рухи з наступним розслабленням м'язів виконували за звуковим сигналом. Синхроімпульс подавали на вхід стимулятора в момент початку руху за допомогою спеціального контакту.

Кількісний матеріал досліджень оброблений за допомогою стандартних методів математичної статистики, з визначенням середніх, їх стандартних помилок та інтервалів достовірності за t-критерієм Стьюдента. Застосовували також методи регресійного та кореляційного аналізу. Математичні розрахунки та побудову графіків здійснювали на персональному комп’ютері IBM PC з використанням програм MS Excel’97 і GRAFOR-4.

Результати досліджень та їх обговорення.

Гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза при стимуляції загального малогомілкового нерва. Досліджували гальмування H-рефлексу, що виникає під дією одиночних кондиціонуючих подразнень загального малогомілкового нерва. Їхня інтенсивність забезпечувала максимальний гальмівний ефект. Інтенсивність тестуючих стимулів підбирали таким чином, щоб викликати H-рефлекс максимальної амплітуди без попередньої М-відповіді. Інтервал між кондиціонуючим і тестуючим стимулами змінювали в межах 1 – 4000 мс. При цьому спостерігали дві послідовні хвилі тривалого гальмування H-рефлексу: D1 і D2 (рис. 1), описані в більш ранніх роботах (Mizuno et al., 1971). Якщо тривалість першої з них (D1) відповідала опублікованим даним, то тривалість другої (D2) в наших дослідах виявилася значно більшою. Математична обробка усереднених даних цієї серії дослідів показала, що перебіг у часі хвилі D2, починаючи з 500 мс, задовільно апроксимується логарифмічною залежністю величини H-рефлексу від тривалості інтервалу між кондиціонуючим і тестуючим стимулами: , де – відносна величина H-рефлексу, – кутовий коефіцієнт, що визначає нахил апроксимуючої прямої до осі абсцис, – часовий інтервал, – коефіцієнт, що показує зміщення прямої відносно осі абсцис. За допомогою даного рівняння методом екстраполяції була розрахована середня тривалість хвилі D2 за даних умов, що виявилася рівною 6,3 с.

Динаміка тестованого H-рефлексу, що виникає під дією кондиціонуючого стимулу, була зіставлена із записами рухів стопи. Результати дослідів показали, що період полегшення, що передує хвилі D2, збігається зі скороченням м'язів, які інервуються загальним малогомілковим нервом. Виникнення хвилі D2 збігалося з їхнім розслабленням. Вивчали також вплив інтенсивності кондиціонуючої і тестуючої стимуляції на параметри хвилі D2. Застосування одиночних субмаксимальних кондиціонуючих стимулів привело до зменшення її глибини і тривалості. Використання кондиціонуючої серії з трьох стимулів частотою 300 с-1 викликало поглиблення гальмування в початковій частині хвилі D2. Ще більш значне поглиблення гальмування було відзначено після одиночного кондиціонування при нанесенні субмаксимальних тестуючих стимулів. Однак посилення гальмівного ефекту в двох останніх серіях дослідів не вплинуло істотно на перебіг у часі хвилі D2, який відповідав описаній вище логарифмічній залежності величини H-рефлексу від тривалості інтервалу між кондиціонуючим і тестуючим стимулами. Розрахункова середня тривалість хвилі D2 не зазнала в цих серіях дослідів істотних змін і склала відповідно 6,7 с і 6,8 с.

Постактиваційна депресія H- рефлексу камбалоподібного м'яза при дії гомонімної кондиціонуючої стимуляції. Об’єктом дослідження була тривала депресія, що виявляється в дузі H-рефлексу людини при повторній активації її аферентних волокон. Постактиваційну депресію H-рефлексу камбалоподібного м'яза досліджували, наносячи як кондиціонуючі, так і тестуючі одиночні стимули на великогомілковий нерв. Застосовували інтенсивність стимуляції, при якій виникав H-рефлекс максимальної величини. Слідом за короткочасним періодом повного пригнічення тестованого H-рефлексу спостерігався період його відносного полегшення з максимумом через 200 мс після нанесення кондиціонуючого подразнення (рис. 2). Він виникав пізніше і був більш тривалим, ніж після кондиціонуючої стимуляції загального малогомілкового нерва.

За часом цей період відповідав стадії розслаблення м'язів гомілки після їхнього рефлекторного скорочення, що виникало в результаті кондиціонуючої стимуляції великогомілкового нерва. Однак, у більш пізній стадії динаміка величини H-рефлексу в значній мірі відповідала описаному вище перебігу у часі хвилі D2, що виникала в результаті кондиціонуючої стимуляції нерва м'язів-антагоністів. Починаючи з 500 мс, часовий перебіг постактиваційної депресії задовільно апроксимувався тією же логарифмічною залежністю від тривалості часового інтервалу, що і хвиля D2. Розрахункова середня тривалість постактиваційної депресії виявилася рівною 5,6 с.

Відповідність між параметрами постактиваційної депресії H-рефлексу і хвилі гальмування D2 була виявлена не тільки при порівнянні усереднених показників, отриманих у серії дослідів, але й при аналізі результатів окремих тестованих осіб. У тих із них, у яких вивчали ефект кондиціонуючої стимуляції обох нервів (великогомілкового і загального малогомілкового), була показана статистично значима кореляція відносної величини H-рефлексу в інтервалі 500 - 2000 мс при обох видах кондиціонування.

Подібність між впливом подразнень указаних нервів на величину H-рефлексу спостерігалася і при дії ритмічної кондиціонуючої аферентної стимуляції. Стимуляція великогомілкового нерва з частотою 2 с-1 приводила до розвитку тривалої депресії H-рефлексу. Його величина прогресивно знижувалася при нанесенні перших трьох-чотирьох стимулів. Надалі вона стабілізувалася на деякому стаціонарному рівні, на тлі якого спостерігалися лише випадкові її флуктуації. Нанесення ритмічних кондиціонуючих стимулів на загальний малогомілковий нерв приводило до подібного ефекту. Збільшення числа таких стимулів до трьох-чотирьох викликало поглиблення гальмування тестованого H-рефлексу. Подальше збільшення їхнього числа не викликало істотного збільшення гальмівного ефекту.

Таким чином, результати дослідів показали, що значні розходження у часовому перебігу H-рефлексу після гомо- і гетеронімної аферентної стимуляції спостерігаються лише при відносно коротких проміжках часу між кондиціонуючим і тестуючим стимулами. Параметри ж тривалого гальмування після обох видів кондиціонування характеризуються значною подібністю. Остання обставина дозволила припустити, що в основі обох проявів тривалого гальмування H-рефлексу лежить один і той фізіологічний механізм. Тривале зниження величини H-рефлексу могло бути результатом виснаження або зменшення ймовірності виділення медіатора в синапсах аферентів Ia на мотонейронах тестованого м'яза під впливом аферентних імпульсів. Іншим поясненням могло бути пресинаптичне гальмування цих аферентів. Дані про тривалість пресинаптичного гальмування H-рефлексу людини нечисленні і суперечливі [Hultborn et al., 1996; Misiaszek et al., 1995]. Раніше було встановлено, що деполяризація терміналей первинних аферентів Iа людини виникає під дією вібраційної стимуляції м'язових рецепторів [Ashby et al., 1980]. Тому задачею наступних дослідів було дослідження її тривалості й особливостей перебігу у часі.

Гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза після вібраційної стимуляції рецепторів м'язів нижньої кінцівки. Як кондиціонуюче подразнення застосовували вібраційну стимуляцію рецепторів різних м'язів нижньої кінцівки: переднього великогомілкового, триголового м'яза гомілки, двоголового і чотириголового м'язів стегна. Тривалість стимуляції складала 5 с. Тестований H-рефлекс камбалоподібного м'яза викликали через інтервали 100 - 4000 мс після її припинення. Як показали результати дослідів, даний вид кондиціонуючого впливу викликає глибоке і тривале гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза (рис.3). Таке гальмування спостерігалося після стимуляції всіх досліджених м'язів. Середня тривалість його у всіх серіях дослідів перевищувала 4 с. Найбільш глибоким воно виявилося після впливу на рецептори триголового м'яза гомілки, коли сам тестований м'яз є однією з голівок.

Часовий перебіг гальмування після вібраційної стимуляції всіх досліджених м'язів виявився значною мірою подібним. В інтервалі 500 - 4000 мс після закінчення кондиціонуючої стимуляції його можна було апроксимувати логарифмічною функцією тривалості цього інтервалу. Середня тривалість гальмування, отримана розрахунковим шляхом, мала такі значення. Після стимуляції переднього великогомілкового м'яза вона складала 6,2 с, триголового м'яза гомілки - 7,4 с, двоголового м'яза стегна - 8,9 с, чотириголового м'яза стегна - 7,6 с.

Отримані дані характеризують динаміку пресинаптичного гальмування аферентів Iа, що виникає при стимуляції рецепторів окремих м'язів нижньої кінцівки. Характер часового перебігу гальмування не виявив істотних розходжень, які б залежали від реципрокних відносин між тестованим м'язом і м'язами, що піддавалися стимуляції. Не було виявлено також принципових розходжень між ефектами стимуляції рецепторів м'язів гомілки і стегна. Гальмівний ефект вібраційної стимуляції пояснюється активацією м'язових аферентних волокон Iа, проте, істотний внесок у його виникнення може вносити й активація аферентів Ib, оскільки відомо, що при даному впливі виникає аутогенний тонічний вібраційний рефлекс, який викликає напругу м'яза, що стимулюють.

Важливим з'явилося те, що часовий перебіг гальмування H- рефлексу після вібраційної стимуляції м'язових рецепторів виявив значну подібність із гальмуванням, яке виникало при кондиціонуючій стимуляції загального малогомілкового і великогомілкового нервів. Цей факт є свідченням того, що не тільки ефект вібраційної стимуляції, але й тривале гальмування H-рефлексу після стимуляції згаданих вище нервів є результатом деполяризації первинних аферентів Ia тестованого м'яза. Подібність кривих гальмування було виявлено при інтервалі між кондиціонуючим і тестуючим стимулами, що перевищує 500 мс. При інтервалі 100 - 250 мс після вібраційної стимуляції відносні величини H-рефлексу знаходилися вище лінії апроксимації. Поясненням даного факту може бути те, що вібраційна стимуляція впливає не тільки на м'язові, але і на шкірні рецептори. Подразнення останніх викликає полегшення H-рефлексу, що за своєю тривалістю відповідає даному часовому інтервалу [Delwaide et al., 1981].

Тривале гальмування H-рефлексу і деполяризація первинних аферентів Iа. Про локалізацію гальмування в дузі H-рефлексу можна судити по змінах його глибини на тлі тонічної напруги тестованого м'яза [Misiaszek et al., 1995]. У наших дослідах порівнювали тривале гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза при розслабленій кінцівці і при довільному тонічному підошовному згинанні стопи. Гальмування викликали за допомогою кондиціонуючої стимуляції загального малогомілкового і великогомілкового нервів, а також шляхом вібраційної стимуляції рецепторів двоголового м'яза стегна. Інтервал між кондиціонуючим і тестуючим стимулами дорівнював 500 мс. Як показали результати дослідів, на тлі підошовного згинання спостерігається значне збільшення тестованого H-рефлексу в порівнянні з початковим станом. Воно відображує постсинаптичну активацію мотонейронів камбалоподібного м'яза під впливом супрасегментарної активації. У той же час гальмування H-рефлексу зберігалося не тільки при дії вібраційної стимуляції м'язових рецепторів, але і після кондиціонуючої стимуляції аферентів загального малогомілкового і великогомілкового нервів. Цей результат свідчить про те, що тривале гальмування H-рефлексу при всіх застосованих способах кондиціонування обумовлено в значній мірі пресинаптичними, а не постсинаптичними змінами в двонейронній дузі.

Вивчали також характер взаємодії між тривалим гальмуванням H-рефлексу і його більш короткочасною хвилею D1, що виникає при стимуляції нерва м'язів-антагоністів. Як доведено, ця хвиля є результатом деполяризації терміналей первинних аферентів Iа тестованого м'яза [Berardelli et al., 1987]. При подразненні загального малогомілкового нерва з інтенсивністю, близькою до порогу, взаємодія хвиль D1 і D2 виявлялася посиленням гальмівного ефекту. Зі збільшенням інтенсивності кондиціонуючої стимуляції полегшення гальмування змінювалося його оклюзією (рис. 4). Аналогічний характер носила взаємодія хвилі D1 і постактиваційної депресії, тобто тривалого гальмування H-рефлексу, що виникало під впливом кондиціонуючої стимуляції великогомілкового нерва. Явища полегшення й оклюзії спостерігалися і при дослідженні тривалого гальмування, що викликали комбінацією стимуляції загального малогомілкового і великогомілкового нервів.

Характер взаємодії хвиль D1 і D2 дозволяє прийти до висновку, що обидві вони зумовлені деполяризацією терміналей первинних аферентів Iа тестованого м'яза. Розходження складається лише в тім, що перша з них обумовлена електричною стимуляцією аферентних волокон загального малогомілкового нерва, а друга - аферентними імпульсами з рецепторів м'язів, що скорочуються під дією кондиціонуючого стимулу. Полегшення й оклюзія гальмівного ефекту при взаємодії хвилі D1 із постактиваційною депресією H-рефлексу свідчать про те, що й остання пов'язана з деполяризацією терміналей первинних аферентів Iа. Результати досліджень свідчать також про те, що в нейронних ланцюгах, які здійснюють пресинаптичне гальмування H-рефлексу при гомо- і гетеронімному кондиціонуванні, є спільні нейрони. Таким чином, основною причиною тривалого гальмування H-рефлексу людини, що виникає при стимуляції як аферентних волокон, так і м'язових рецепторів, є не виснаження запасів медіатора в синапсах аферентів Iа, а деполяризація терміналей останніх.

Тривале гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза при довільних рухах у гомілковостопному суглобі. Досліджували перебіг у часі гальмування H-рефлексу після довільного тильного і підошовного згинання стопи. За сигналом тестовані особи робили максимально швидкі рухи з наступним розслабленням м'язів. Тестований H-рефлекс викликали через різні інтервали часу після початку скорочення (500 - 4000 мс). Як тильне, так і підошовне згинання стопи супроводжувалося тривалим гальмуванням H-рефлексу. При інтервалі 500 мс глибина гальмування виявилася більшою, ніж після подразнень загального малогомілкового і великогомілкового нервів. Проте, подальший перебіг у часі змін H-рефлексу виявився подібним із тим, що спостерігався після кондиціонуючої стимуляції аферентів, і не відрізнявся істотно при обох видах кондиціонування. Він апроксимувався логарифмічною функцією тривалості часового інтервалу. Розрахункова середня тривалість гальмування після підошовного згинання дорівнювала 7,1 с, а тильного - 9,5 с.

Результати дослідів указують на роль м'язових скорочень як джерела тривалого гальмування H-рефлексу людини. Причиною деполяризації терміналей первинних аферентів Iа є потоки аферентних імпульсів з м'язових рецепторів, що виникають у результаті скорочень м'язів. Можна припустити, що вони є результатом активації аферентів як Iа, так і Ib. Відомо, що на самому початку довільних м'язових скорочень під дією центральних моторних програм пресинаптичне гальмування первинних аферентів тих м'язів, до яких направляються моторні команди, послаблюється [Meunier a. Pierrot-Deseilligny, 1998]. Як показують результати наших дослідів, на більш пізній стадії м'язових скорочень під дією зворотного зв'язку відбувається посилення пресинаптичного гальмування. Воно є тривалим і “розлитим” й охоплює аференти Iа не тільки тих м'язів, що скорочуються, але й їхніх антагоністів. Очевидно, це явище сприяє адаптації стану сегментарних рефлекторних дуг до умов локомоції або виконання дискретних довільних рухів. Воно не перешкоджає дії сигналів низхідних систем на мотонейрони і в той саме час зменшує інтенсивність міотатичного рефлексу, послаблюючи м'язовий тонус. Останній необхідний для підтримки пози тіла в стані спокою, але міг би виявитися зайвим при виконанні швидких фазичних рухів.

Наші результати можуть дати певну інформацію для обґрунтування застосування показників стимуляційної електроміографії з метою функціональної діагностики рухового дефіциту в неврологічних хворих. Зокрема, відомо, що у хворих, які перенесли мозковий інсульт, спостерігається послаблення тривалого гальмування H-рефлексу, що корелює зі ступенем патологічного підвищення тонусу скелетної мускулатури (Бражников и др., 1989). Результати наших дослідів дозволяють інтерпретувати таке послаблення як результат дефіциту деполяризації терміналей первинних аферентів Ia, що веде до м'язової спастичності й утруднення довільних рухів. Дослідження показників тривалого гальмування H-рефлексу може дати підстави для висновків про ступінь порушення даного гальмівного механізму в неврологічних хворих.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

СПИСОК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Руднєва В.Н. Тривале гальмування H-рефлексу людини при дії аферентної стимуляції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата біологічних наук за фахом 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, Київ, 2001.

Досліджено тривале гальмування H-рефлексу камбалоподібного м'яза, що виникає під дією кондиціонуючого подразнення іпсілатерального загального малогомілкового і великогомілкового нервів, вібраційної стимуляції рецепторів м'язів нижньої кінцівки, довільних рухів у гомілковостопному суглобі. Його середня тривалість при стимуляції загального малогомілкового нерва складала 6,3 с. Показано істотну подібність часового перебігу і тривалості гальмування при усіх видах кондиціонування. Тривале гальмування H-рефлексу не усувається в умовах активації мотонейронів тестованого м'яза при довільному тонічному підошовному згинанні стопи. Продемонстровано полегшення й оклюзію при взаємодії тривалого гальмування H-рефлексу з його більш короткочасним пресинаптичним гальмуванням. Отримані дані свідчать про те, що основною причиною тривалого гальмування H-рефлексу, що виникає під дією аферентної стимуляції, є деполяризація терміналей первинних аферентів Iа.

Ключові слова: H-рефлекс, двонейронна рефлекторна дуга, тривале гальмування, пресинаптичне гальмування, вібраційна стимуляція.

Руднева В.Н. Длительное торможение H-рефлекса человека при действии афферентной стимуляции. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Институт физиологии им. А.А.Богомольца НАН Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена изучению функциональных особенностей и физиологического механизма длительного торможения H-рефлекса человека, которое возникает под действием афферентных раздражений. Регистрировали H-рефлекс камбаловидной мышцы. Его торможение вызывали кондиционирующим раздражением общего малоберцового нерва, большеберцового нерва, вибрационной стимуляцией рецепторов мышц нижней конечности, произвольными движениями в голеностопном суставе.

Показано, что временной ход длительного торможения H-рефлекса при всех способах кондиционирования характеризуется значительным сходством. Установлено, что средняя продолжительность торможения H-рефлекса при раздражении общего малоберцового нерва (волны D2) превышает 4 с. Его временной ход, начиная с интервала 500 мс, аппроксимируется логарифмической зависимостью от промежутка времени между кондиционирующим и тестирующим стимулами. Длительность волны D2 зависит от интенсивности кондиционирующей стимуляции. Ее средняя продолжительность, рассчитанная методом экстраполирования экспериментальных данных, может достигать 6,3 - 6,8 с.

Продемонстрировано сходство параметров длительного торможения H-рефлекса при гомо- и гетеронимном кондиционировании. Динамика постактивационной депрессии H-рефлекса, вызываемой кондиционирующей стимуляцией большеберцового нерва, соответствует временному ходу волны торможения D2. Сходство между ними обнаружено и при действии низкочастотной ритмической афферентной стимуляции.

Исследован временной ход и продолжительность пресинаптического торможения H-рефлекса, вызываемого кондиционирующей вибрационной стимуляцией рецепторов передней большеберцовой мышцы, трехглавой мышцы голени, двуглавой и четырехглавой мышц бедра. Его динамика также не отличается существенно от торможения H-рефлекса, возникающего под действием стимуляции общего малоберцового и большеберцового нервов.

Длительное торможение H-рефлекса, вызываемое как вибрационной стимуляцией двуглавой мышцы бедра, так и кондиционирующей стимуляцией общего малоберцового и большеберцового нервов, не устраняется активацией мотонейронов тестируемой мышцы при произвольном тоническом подошвенном сгибании стопы. Этот факт свидетельствует о его пресинаптической локализации в двухнейронной рефлекторной дуге. Исследовано взаимодействие длительного торможения H-рефлекса, вызываемого стимуляцией общего малоберцового и большеберцового нервов, с более кратковременной волной торможения D1, которая возникает в результате деполяризации терминалей первичных афферентов Iа тестируемой мышцы. При этом обнаружены явления облегчения и окклюзии торможения, которые говорят о наличии общих нейронов в цепях, реализующих эти тормозные эффекты. Облегчение и окклюзия продемонстрированы также при взаимодействии волны D2 и постактивационной депрессии H-рефлекса. Полученные данные свидетельствуют о том, что основной причиной длительного торможения H-рефлекса, возникающего под действием как вибрационной стимуляции мышечных рецепторов, так и кондиционирующей гомо- и гетеронимной стимуляции афферентных нервных волокон, является деполяризация терминалей первичных афферентов Iа.

Длительное торможение H-рефлекса с подобным временным ходом наблюдается также после произвольных движений: тыльного и подошвенного сгибания стопы. Предполагается, что такое торможение играет существенную роль в регуляции мышечного тонуса при произвольных движениях и адаптации его к условиям локомоции.

Ключевые слова: H-рефлекс, двухнейронная рефлекторная дуга, длительное торможение, пресинаптическое торможение, вибрационная стимуляция.

Rudneva V.N. Afferent stimulation-induced long-lasting inhibition of H reflex in humans.- Manuscript.

A thesis for the candidate of biology degree; the speciality 03.00.13, physiology of humans and animals. - Bogomolets Institute of Physiology of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2001.

Long-lasting inhibition of the m.soleus H reflex induced by conditioning stimulation of the ipsilateral common peroneal and tibial nerves, vibrational stimulation of the receptors of muscles of the lower extremity and voluntary movements in the talocrural joint was investigated. Its mean duration at stimulation of the common peroneal nerve was 6,3 sec. The essential similarity of the temporal course and duration of inhibition was shown at all modes of conditioning. Long-lasting inhibition of H reflex was not removed by supraspinal activation of motorneurons of the tested muscle at voluntary tonic plantar flexion. Its facilitation and occlusion were shown at interaction with an earlier presynaptic inhibition wave. The obtained data show that the basic reason for long-lasting inhibition of H reflex induced by afferent stimulation is depolarization of the terminals of primary Iа afferents.

Key words: H reflex, two-neurons reflex arc, long-lasting inhibition, presynaptic inhibition, vibrational stimulation.