CC BY
30
Нервно-мышечные БОЛЕЗНИ
Neuromuscular DISEASES Оригинальные исследования
Сравнительный анализ возбудимости корешковой и внутримышечной аксональной систем у здоровых добровольцев при периферической магнитной стимуляции
В.Н. Блохина1, А.Н. Кузнецов1, О.И. Виноградов1, В.Б. Войтенков2, Э.Г. Меликян3, С.Г. Николаев4
1Кафедра неврологии с курсом нейрохирургии ИУВ ФГБУ«Национальный медико-хирургический центр им. Н.И. Пирогова» Минздрава России; Россия, 105203 Москва, ул. Нижняя Первомайская, 70; ФГБУ«Детский научно-клинический центр инфекционных болезней» ФМБА России; Россия, 197022 Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 9; 3ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России;
Россия, 117997Москва, ул. Островитянова, 1; 4МК«Эльф» ООО; Россия, 600000 Владимир, ул. Гагарина, 11
Контакты: Вера Николаевна Блохина [email protected]
Введение. Периферическая магнитная стимуляция (ПМС) предполагает воздействие импульсного магнитного поля на структуры периферической нервной системы: корешки, спинномозговые и периферические нервы. В последние годы ПМС широко используется в качестве метода диагностики и лечения. Несмотря на большое количество исследований ПМС, не существует единого мнения о подходе к определению интенсивности магнитного стимула при лечебной стимуляции, необходимости дифференцированной стимуляции различных отделов периферической нервной системы, что явилось предпосылкой для проведения данной работы. Цель исследования — определение порогов возбуждения двигательной корешковой системы и терминальных ветвей аксона при ПМС. Было проведено сравнение полученных пороговых значений среди здоровых добровольцев.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 34 здоровых добровольца (средний возраст 31,0 ± 8,6 года). ПМС проводили на магнитном стимуляторе фирмы Ыа^йт 200 (Великобритания). В ходе исследования оценивали субъективный порог, порог сокращения мышцы и порог активации корешка (по данным вызванного моторного ответа). Электрофизиологическую регистрацию вызванного моторного ответа осуществляли на компьютерном электромиографе (Нейрософт, Россия), синхронизированном с магнитным стимулятором.
Результаты. Были определены статистически достоверные различия (р <0,05) между пороговыми значениями активации корешковой системы и терминальных внутримышечных ветвей. Между пороговыми значениями всех исследуемых параметров внутри группы достоверных гендерных различий не зарегистрировано (р >0,05). Также не выявлено достоверных различий при сравнении всех параметров между правой и левой конечностями (р >0,05).
Заключение. Полученные результаты позволяют предположить, что при формировании протокола ПМС следует использовать индивидуальный подход к определению интенсивности магнитного стимула для каждого пациента. Данные нашего исследования дают возможность лучшего понимания механизма действия ПМС и могут быть использованы для разработки лечебного алгоритма магнитной стимуляции в клинической практике.
Ключевые слова: периферическая магнитная стимуляция, электромиография, субъективный порог, вызванный моторный ответ
DOI: 10.17650/2222-8721-2017-7-2-48-53
Comparative analysis of excitability of radicular and intramuscular axonal systems in healthy volunteers during peripheral magnetic stimulation
V.N. Blokhina1, A.N. Kuznetsov1, O.I. Vinogradov1, V.B. Voytenkov2, E.G. Melikyan3, S.G. Nikolaev4
Department of Neurology with a course of Neurosurgery, N.I. Pirogov National Medical and Surgical Center,
Ministry of Health of Russia; 70 Nizhnyaya Pervomayskaya St., Moscow 105203, Russia; Children's Clinical Research Center of Infectious Diseases, Russian Federal Medical and Biological Agency; 9 Professora Popova St., Saint Petersburg 197022, Russia; 3N.I. Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Health of Russia; 1 Ostrovityanova St., Moscow 117997, Russia; 4El'f Medical Company; 11 Gagarina St., Vladimir 600000, Russia
Background. Peripheral magnetic stimulation (PMS) is applied over spinal roots, peripheral nerves, terminal motor nerve branches. PMS has been used as a method of diagnosis and treatment for two decades. Despite the considerable amount of PMS studies, there is no consensus on the approach to determine the intensity of the magnetic stimulus in the treatment stimulation, the needfor the differentiated activation of the different parts of the peripheral nervous system. This was the prerequisite for carrying out this study.
Нервно-мышечные БОЛЕЗНИ
Оригинальные исследования Neuromuscular DISEASES
Objective: to investigate the PMS intensity required to activate spinal roots and terminal nerve branches, the second object was the comparison of the threshold values among volunteers.
Materials and methods. Thirty four healthy subjects with no neuromuscular diseases were enrolled in the study (mean age 31.0 ± 8.6 years). PNS was applied by Magstim 200 magnetic stimulator (Great Britain). During the research the subjective threshold, the threshold of muscle contraction, the threshold of the root activation (according to motor evoked potential) were estimated. Stimulation-induced muscle activity was recorded via surface EMG system (Neurosoft, Russia) synchronized with the magnetic stimulator.
Results. The analysis of data identified the significant differences (p <0.05) between the root activation and terminal nerve branches threshold values. There were no reports of gender differences between the threshold values of all investigated parameters within the group (p >0.05). There were no significant differences between right and left limbs (p >0.05) in the comparison of all parameters. Conclusion. The results of the present study can indicate the possibility of the individual approach of the determination the intensity of the magnetic stimulus for each patient. The findings of our study provide an opportunity for a better understanding of the action mechanism of PMS and can be used in order to develop the treatment algorithm for the use in the clinical settings.
Key words: peripheral magnetic stimulation, electromyography), subjective threshold, motor evoked potential
Введение
В последние годы периферическая магнитная стимуляция (ПМС) широко используется в качестве метода диагностики и лечения [1—3]. При ПМС импульсное магнитное поле позволяет активировать различные структуры периферической нервной системы, а именно: корешки, спинномозговые и периферические нервы [4—7]. При ПМС индуктор располагается как паравер-тебрально [1, 5], так и локально, т. е. накладывается на мышцы конечностей [8].
Физиологические основы метода связаны с воздействием наведенного электрического тока (возникающего в результате электромагнитной индукции) с последующей активацией проводниковых структур периферической нервной системы [1, 2, 9]. При ПМС корешковая система и внутримышечные аксоны выступают в качестве проводников электрического тока.
Магнитный стимул позволяет генерировать электрическое поле в глубоких структурах тканей тела, без развития болевых ощущений, так как не происходит раздражения поверхностных кожных рецепторов [4, 10, 11], что является несомненным преимуществом ПМС по сравнению с электрической стимуляцией [12].
Обзор клинических исследований ПМС показывает заинтересованность ученых в изучении и освоении метода. Так, значительное число работ посвящено исследованию лечебной ПМС при заболеваниях периферической нервной системы [13—15] и патологиях центральной нервной системы [2, 16—18].
При этом существенная доля исследований посвящена изучению механизма действия ПМС. В работах разных авторов было оценено влияние ПМС на состояние спинальной и кортикальной возбудимости [6, 8]. В отношении прямого возбуждения мышечной ткани при выполнении ПМС было показано отсутствие ее непосредственного участия в проведении магнитного стимула [19, 20].
В связи с активным изучением терапевтического потенциала лечебной магнитной стимуляции Ь.Б. ВеаиИеи и соавт. провели исследование наиболее значимых параметров ПМС. Согласно результатам
анализируемых работ наиболее ценными стали: форма индуктора, количество стимулов, интенсивность магнитного стимула [2].
Следует отметить, что исследователи применяют различные подходы к определению интенсивности магнитного стимула, необходимого для проведения лечебной стимуляции. Так, при терапии миофасциаль-ного болевого синдрома для подбора оптимальной интенсивности были использованы субъективные ощущения пациента при стимуляции трапециевидной мышцы, которую начинали с 15 % от исходной мощности стимулятора [13]. N. Sollmann и соавт. применяли вышеописанный подход определения адекватной интенсивности магнитного стимула в исследовании у пациентов с мигренью. Болевые ощущения больных классифицировали по визуальной аналоговой шкале для проведения безболезненной стимуляции [18]. В другой работе у пациентов с плечевой плексопатией применяли подпороговую интенсивность от уровня порога вызванного моторного ответа (ВМО), индуктор располагали на область трапециевидной мышцы [15]. В исследовании, в котором магнитную стимуляцию использовали у пациентов с хроническим болевым синдромом в спине, применяемая интенсивность соответствовала 33 % от исходной мощности стимулятора, при которой определялись очевидные мышечные сокращения [14].
Таким образом, для определения интенсивности стимула исследователи ориентируются на активацию спинномозгового корешка по порогу ВМО и субъективный порог ощущений пациента, связанный, вероятно, с активацией терминальных аксональных ветвей. Несмотря на большое количество исследований ПМС, нет единого мнения о подходе к определению интенсивности магнитного стимула при лечебной стимуляции, необходимости дифференцированной стимуляции различных отделов периферической нервной системы, что явилось предпосылкой для проведения данного исследования.
Цель исследования — определение порогов возбуждения двигательной корешковой системы и терми-
S о
нальных ветвей аксона при ПМС, сравнение полученных пороговых значений среди здоровых добровольцев.
Материалы и методы
В исследовании приняли участие 34 здоровых добровольца (7 мужчин и 27 женщин). Средний возраст составил 31,0 ± 8,6 (19—55) года.
Работа проведена в соответствии с Хельсинской декларацией и была одобрена локальным этическим комитетом ИУВ НМХЦ им. Н.И. Пирогова.
Все участники были предупреждены о физиологических особенностях действия магнитного поля и информированы о возможных ощущениях. До начала исследования каждый испытуемый заполнял опросник в соответствии с рекомендуемым протоколом безопасности применения магнитной стимуляции [1, 21] и подписывал информированное согласие.
ПМС выполняли в соответствии с общепринятым протоколом [1, 3].
Для ПМС использовали магнитный стимулятор фирмы Magstim 200 (Великобритания) с максимальной мощностью 2,0 Тл. Электромагнитный импульс подавался через кольцевой индуктор (койл) диаметром 125 мм. Для активации терминальных аксональных ветвей койл располагали над трапециевидной мышцей таким образом, чтобы верхний край кольца был на 3—4 пальца латеральнее остистого отростка С7 (рис. 1) [22]. Ток в катушке был направлен краниально [22]. Во время стимуляции добровольцы находились в положении сидя. Процедуру выполняли с правой и левой сторон в режиме одиночных стимулов с межстимульным интервалом 3 с. Применяемую интенсивность магнитного стимула определяли в процентах от исходной мощности стимулятора (начиная с 5 % с пошаговым увеличением каждого последующего стимула на 1 %).
При достижении эффекта стимуляции испытуемый сообщал о появлении ощущения «толчка», которое усиливалось при дальнейшем увеличении интенсивности стимула. Минимальное ощущение, при котором возникал «толчок» при данном значении интенсивности, принималось за субъективный порог, или порог активации мышцы (ПАМ).
При дальнейшем увеличении интенсивности стимула вследствие активации терминальных ветвей аксона регистрировалось видимое сокращение трапециевидной мышцы, определяемое исследователем, — визуальный порог сокращения мышцы (ПСМ).
Для оценки порога активации корешков (ПАК) при ПМС учитывали появление стабильного минимального ВМО с мышцы-мишени. В качестве тестовой была выбрана короткая мышца, отводящая большой палец кисти (m. abductorpollicis brevis), на стороне стимуляции. Регистрацию ВМО по стандартному протоколу осуществляли на электромиографе Нейро-МВП (Нейрософт, Россия), синхронизированному с магнитным стимулятором [22, 23]. При оценке порога активации спинномозговых корешков индуктор располагали над остистым отростком С7 со смещением центра койла на 1—2 см в сторону исследуемой конечности (рис. 2). Применяемую интенсивность магнитного стимула определяли в процентах от исходной мощности стимулятора, начиная с 5 % с шагом в 1 %.
Представленная в тексте терминология, такая как «порог активации мышцы», «порог сокращения мышцы», «порог активации корешков», является оригинальной. Следует отметить, что в нашем исследовании ПАК соответствует порогу ВМО.
Статистический анализ. Статистическую обработку результатов исследования осуществляли с помощью
Рис. 1. Расположение койла при активации терминальных аксональных Рис. 2. Расположение койла при активации спинномозговых ко-ветвей решков
Fig. 1. Location of the coil during activation of the terminal axonal branches Fig. 2. Location of the coil during activation of the spinal roots
Данные пороговых значений правой и левой сторон Threshold values for the right and left sides
Порог активации мышцы, % Порог сокращения мышцы, % Порог активации корешков, % р
Правая сторона
9,3 ± 1,5 12,6 ± 1,7 17,7 ± 2,9 <0,05
Левая сторона Left sMe
9,2 ± 1,4 12,5 ± 1,7 18,1 ± 3,1 <0,05
S о
пакета программ 81а118Йеа 8.0. Применяли метод дисперсного анализа с использованием средних значений и стандартного отклонения. Статистическое сравнение средних значений в группах выполняли с помощью критерия Стьюдента. За достоверные принимались различия на уровне значимости 95 % прир <0,05.
Результаты
Все добровольцы отметили хорошую переносимость магнитной стимуляции, не было отмечено дискомфорта или болевых ощущений при ее выполнении.
В результате проведенного анализа были определены статистические достоверные различия (р <0,05) между пороговыми значениями активации корешковой системы и терминальных внутримышечных ветвей.
Полученные данные пороговых значений правой и левой сторон представлены в таблице.
Гендерных различий между пороговыми значениями всех исследованных параметров (ПАМ, ПСМ, ПАК) внутри группы не зарегистрировано (р >0,05). Также не выявлено достоверных различий при сравнении всех параметров между правой и левой конечностями (р >0,05).
Обсуждение
Выбор шейного отдела позвоночника был определен возможностью воздействия на внутримышечные аксоны трапециевидной мышцы, которая иннервиру-ется с уровня С2—С4. Поверхностное положение трапециевидной мышцы позволяет достаточно точно оценить ее визуальное сокращение при магнитной стимуляции.
У всех участников ПАМ был ниже, т. е. регистрировался на меньшей интенсивности стимула, чем ПСМ и ПАК. Можно предположить, что это связано с особенностями сенсомоторной интеграции у здоровых добровольцев, принимавших участие в исследовании. При проведении электромиографии порог субъективного ощущения пациентом электрического стимула, как правило, также возникает раньше достоверно регистрируемого М-ответа [22]. Таким образом,
в условиях нашего исследования при применении магнитной стимуляции получены сходные данные с ранее зарегистрированными при электрической стимуляции. Ощущаемый пациентом «толчок», вероятнее всего, обусловлен возбуждением терминальной ветви аксона, достаточным уже для поступления в нервную систему сигнала о его активации, но не для осуществления значимого сокращения мышцы.
Предположительно, ПСМ, который следует после ПАМ, можно рассматривать как комплексное сокращение, ассоциированное с пролонгированным возбуждением внутримышечных аксонов.
Статистический анализ показывает наличие достоверных различий между пороговыми значениями интенсивности при активации терминальных ветвей и корешка. Таким образом, магнитная стимуляция спинномозгового корешка отличается от стимуляции внутримышечных волокон. Следует отметить, что при активации корешковой системы происходит активация терминальных ветвей, которые возбуждаются при более низкой интенсивности стимула.
Результаты описанных ранее исследований по использованию лечебной стимуляции при патологии нервной системы демонстрируют значения применяемой интенсивности стимула начиная от 15 (20,5 ± 4,4) до 33 % [13, 14, 18]. С учетом данных нашего исследования следует отметить, что существует вероятность того, что при таких значениях интенсивности магнитного стимула в процесс активации вовлекаются различные нервные структуры: спинномозговые корешки, периферические нервы, терминальные ак-сональные ветви.
Таким образом, для проведения дифференцированной лечебной ПМС важно, какие именно структуры периферической нервной системы требуется активировать. Так, при миофасциальном болевом синдроме следует ориентироваться на активацию терминальных аксональных ветвей с использованием субъективных ощущений пациента для определения интенсивности магнитного стимула. При этом при радикулопатии интенсивность стимула должна базироваться на данных порога ВМО, т. е. на активации
S о
спинномозговых корешков, с последующим применением надпороговых значений.
Заключение
В соответствии с результатами настоящего исследования есть основания полагать, что формирование протокола ПМС, особенно определения интенсивности магнитного стимула, требует индивидуального подхода для каждого пациента.
Многообещающие результаты и безопасность применения ПМС диктуют необходимость продолжения проведения исследований лечебной стимуляции при поражениях периферической нервной системы.
Данные нашего исследования дают возможность лучшего понимания механизма действия ПМС и могут быть использованы для разработки алгоритма применения магнитной стимуляции в клинической практике.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Никитин С.С., Куренков А.Л. Методические основы транскраниальной магнитной стимуляции в неврологии
и психиатрии. Руководство для врачей. М.: ИПЦ «Маска», 2006. 167 с. [Nikitin S.S., Kurenkov A.L. Methodological basics of transcranial magnetic stimulation in neurology and psychiatry. Guidelines for doctors. Moscow: IPTS Maska, 2006. 167 p. (In Russ.)].
2. Beaulieu L.D., Schneider C. Repetitive peripheral magnetic stimulationtoreduce pain or improve sensirimotor impairments:
a literature review on parameters of application and afferents recruitment. Neuro-physiol Clin 2015;45(3):223-37. DOI: 10.1016/j.neucli.2015.08.002. PMID: 26363684.
3. Rossini P., Burke D., Chen R. et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: basic principles and procedures for routine clinical and research application. An update report from an I.F.C.N. Committee. Neurophysiol Clin 2015;126(6):1071-107.
DOI: 1016/j.clinph.2015.02.001. PMID: 25797650.
4. Struppler A., Angerer B., Havel P. Modulation of sensorimotor performances and cognition abilities induced by RPMS: clinical and experimental investigations. Suppl Clin Neurophysiol 2003;56:358-67. PMID: 14677412.
5. Krause P., Edrich T., Straube A. Lumbar repetitive magnetic stimulation reduces spastic tone increase of the lower limbs. Spinal Cord 2004;42(2):67-72.
DOI: 10.1038/sj.sc.3101564. PMID: 14765138.
6. Krause P., Straube A. Reduction of spastic tone increase induced by peripheral repetitive magnetic stimulation is frequency independent.
Neurorehabilitation 2005;20(1):63-5. PMID: 15798358.
7. Beaulieu L., Schneider C. Effects of repetitive peripheral magnetic stimulation
on normal or impaired motor control. Neurophysiol Clin 2013;43(4):251-60. DOI: 10.1016/j.neucli.2013.05.003. PMID: 24094911.
8. Behrens M., Mau-Moller A., Zschorlich V., Bruhn S. Repetitive peripheral magnetic stimulation (15 Hz RPMS) of the human soleus muscle did not affect spinal excitability. J Sports Sci Med 2011;10(1):39-44. PMID: 24149293.
9. Barker A.T., Freeston I.L., Jalinous R., Jar-ratt J.A. Magnetic stimulation of the human brain and peripheral nervous system: an introduction and the results of an initial clinical evaluation. Neurosurgery 1987;20(1):100-9. PMID: 3808249.
10. Chokroverty S. Magnetic stimulation of the human peripheral nerves. Electromyogr Clin Neurophysil 1989;29(7-8):409-16.
PMID: 2606066.
11. Babbs C.F. A compact theory of magnetic nerve stimulation: predicting how to aim. Biomed Eng Online 2014;13:53.
DOI: 10.1186/1475-925X-13-53. PMID: 24885299.
12. Jalinous R. Technical and practical aspects of magnetic nerve stimulation. J Clin Neurophysiol 1991;8(1):10-25. PMID: 2019644.
13. Smania N., Corato E., Fiaschi A. et al. Repetitive magnetic stimulation: a novel therapeutic approach for myofascial pain syndrome. J Neurol 2005;252(3):307-14. DOI: 10.1007/s00415-005-0642-1 PMID: 15726272.
14. Masse-Alarie H., Flamand V.H., Moffet H., Schneider C. Peripheral neurostimulation and specific motor training of deep abdominal muscles improve posturomotor control
in chronic low back pain. Clin J Pain 2013;29(9):814-23. DOI: 10.1097/AJP.0b013e318276a058. PMID: 23370067.
15. Khedr E.M., Ahmed M.A., Alkady E.A.
et al. Therapeutic effects of peripheral magnetic stimulation on traumatic brachial plexopathy: clinical and neurophysiological study. Neurophysiol Clin 2012;42(3):111-8. DOI: 10.1016/j.neucli.2011.11.003. PMID: 22500700.
16. Flamand V.H., Beaulie L.D., Nadeau L., Schneider C. Peripheral magnetic stimulation to decrease spasticity in cerebral palsy. Pediatr Neurol 2012;47(5):345-8.
DOI: 10.1016/j .pediatrneurol.2012.07.005. PMID: 23044016.
17. Krewer C., Hartl S., Müller F., Koening E. Effect of repetitive peripheral magnetic stimulation on upper-Limb spasticity and impairment in patients with spastic hemi-paresis: a randomized, double-blind, sham-controlled study. Arch Phys Med Rehabil 2014;95(6):1039-47.
DOI: 10.1016/j.apmr.2014.02.003. PMID: 24561057.
18. Sollmann N., Trepte-Freisleder F., Albers L. et al. Magnetic stimulation of the upper trapezius muscles in patients with migraine — a pilot study. Eur J Pediatr Neurol 2016;20(6):888-97.
DOI: 10.1016/j.ejpn.2016.07.022. PMID: 27528122.
19. Machetanz J., Bischoff C., Pichlmeier R. et al. Magnetically induced muscle contraction is caused by motor nerve stimulation and not by direct muscle activation. Muscle Nerve 1994;17(10):1170-5. DOI: 10.1002/ mus.880171007. PMID: 7935524.
20. Zhu Y., Starr A., Haldeman S. et al. Magnetic stimulation of muscle evokes cerebral potentials by direct activation of nerve afferents: a study during muscle paralysis.
Muscle Nerve 1996;19(12):1570-5. DOI: 10.1002/(SICI)10974598(199612)19: 12<1570:AID-MUS6>3.0.CO;2-7. PMID: 8941271. 21. Rossi S., Hallett M., Rossini P.M. et al. Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial
magnetic stimulation in clinical practice and research. Clin Neurophysiol 2009;120(12):2008-39. DOI: 10.1016/j.clinph.2009.08.016. PMID: 19833552. 22. Николаев С.Г. Электромиография: клинический практикум. Иваново:
ПресСто, 2013. 394 a [Nikolaev S.G. Electromyography: Clinical practical course. Ivanovo: PresSto, 2013. 394 p. (In Russ.)]. 23. Bashar K. Electromyography in clinical practice; a case study approach. 2nd edn., 2016. Pp. 366-390.
S о
