Влияние парной ассоциативной стимуляции на скоростно-силовые параметры произвольного движения человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Успешное выполнение спортивных двигательных действий различной координационной сложности во многом определяется функциональным взаимодействием между нейронами первичной моторной коры и спинного мозга, реализуемым на основе существующих между этими структурами анатомических и физиологических связей. В экспериментальных исследованиях показано, что такие функциональные связи могут быть целенаправленно изменены с помощью метода парной ассоциативной стимуляции (PAS). Цель нашей работы состояла в изучении влияния сеанса PAS, предусматривающей одновременное поступление стимулов от моторной коры и корешков спинного мозга к спинальным мотонейронам, на скоростно-силовые параметры произвольного мышечного усилия человека. В исследовании приняли участие 10 здоровых лиц мужского пола в возрасте от 18 до 22 лет, занимающихся спортивными играми. Сеанс PAS предусматривал нанесение 100 пар ассоциативных стимулов, совпадающих на уровне спинальных мотонейронов. До и после стимуляционного воздействия у испытуемых определяли кортикоспинальную возбудимость при помощи метода транскраниальной магнитной стимуляции (TMS) и возбудимость спинальных мотонейронов посредством чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (tSCS), а также регистрировали скоростно-силовые характеристики максимального произвольного сокращения (MVC) мышц голени (подошвенное сгибание стопы). Анализ результатов исследования показал, что PAS с совпадением стимулов на уровне спинальных мотонейронов приводила к увеличению кортикоспинальной возбудимости, увеличению усилий, развиваемых спортсменом за первые 50, 100, 150 и 200 мс выполнения максимального усилия, и увеличению скорости его развития. Данные изменения в результате воздействия сеанса PAS, вероятно, обусловлены вовлечением большего количества быстрых двигательных единиц при выполнении MVC и повышением эффективности тормозных процессов в моторной коре в момент расслабления.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. М. Иванов

Великолукская государственная академия физической культуры и спорта

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanov@vlgafc.ru
Россия, г. Великие Луки

В. Н. Шляхтов

Великолукская государственная академия физической культуры и спорта

Email: ivanov@vlgafc.ru
Россия, г. Великие Луки

Р. М. Городничев

Великолукская государственная академия физической культуры и спорта

Email: ivanov@vlgafc.ru
Россия, г. Великие Луки

Список литературы

  1. Nicholls JG, Martin AR, Wallace BG, Fuchs PA (2008) From neuron to brain (4th ed). Sinauer Associates.
  2. Городничев РМ, Шляхтов ВН (2022) Физиология координационных способностей спортсменов. М. Спорт. [Gorodnichev RM, Shlyahtov VN (2022) Physiology of coordination abilities in sport. M. Sport. (In Russ)].
  3. Dixon L, Ibrahim MM, Santora D, Knikou M (2016) Paired associative transspinal and transcortical stimulation produces plasticity in human cortical and spinal neuronal circuits. J Neurophysiol 116(2): 904–916. https://doi.org/10.1152/jn.00259.2016
  4. Al’joboori Y, Hannah R, Lenham F, Borgas P, Kremers CJ, Bunday KL, Duffell LD (2021) The immediate and short-term effects of transcutaneous spinal cord stimulation and peripheral nerve stimulation on corticospinal excitability. Front Neurosci 15: 749042. https://doi.org/10.3389/fnins.2021.749042
  5. Suzuki M, Saito K, Maeda Y, Cho K, Iso N, Okab T, Suzuki T, Yamamoto J (2023) Effects of Paired Associative Stimulation on Cortical Plasticity in Agonist-Antagonist Muscle Representations. Brain Sci 13(3): 475. https://doi.org/10.3390/brainsci13030475
  6. Stefan K, Kunesch E, Cohen LG, Benecke R, Classen J (2000) Induction of plasticity in the human motor cortex by paired associative stimulation. Brain 123(3): 572–584. https://doi.org/10.1093/brain/123.3.572
  7. Roy FD, Bosgra D, Stein RB (2014) Interaction of transcutaneous spinal stimulation and transcranial magnetic stimulation in human leg muscles. Exp Brain Res 232: 1717–1728. https://doi.org/10.1007/s00221-014-3864-6
  8. Wolters A, Sandbrink F, Schlottmann A, Kunesch E, Stefan K, Cohen LG, Classen J (2003) A temporally asymmetric Hebbian rule governing plasticity in the human motor cortex. J Neurophysiol 89(5): 2339–2345. https://doi.org/10.1152/jn.00900.2002
  9. Shulga A, Savolainen S, Kirveskari E, Makela JP (2020) Enabling and promoting walking rehabilitation by paired associative stimulation after incomplete paraplegia: a case report. Spinal Cord Ser Cases 6: 72. https://doi.org/10.1038/s41394-020-0320-7
  10. Pulverenti TS, Zaaya M, Grabowski M, Grabowski E, Islam MA, Li J, Knikou M (2021) Neurophysiological changes after paired brain and spinal cord stimulation coupled with locomotor training in human spinal cord injury. Front Neurol 12: 627975. https://doi.org/10.3389/fneur.2021.627975
  11. MacIntosh BR, Gardiner PF, McComas AJ (2006) Skeletal muscle: form and function. Human kinetics.
  12. Гурфинкель ВС (1985) Скелетная мышца: структура и функция. Наука. [Gurfinkel' VS (1985) Skeletal muscle: Structure and function. Nauka. (In Russ)].
  13. Nishida S, Nakamura M, Kiyono R, Sato S, Yasaka K, Yoshida R, Nosaka K (2022) Relationship between Nordic hamstring strength and maximal voluntary eccentric, concentric and isometric knee flexion torque. PLoS One 17(2): e0264465. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0264465
  14. Gerasimenko Y, Gorodnichev R, Puhov A, Moshonkina T, Savochin A, Selionov V, Edgerton VR (2015) Initiation and modulation of locomotor circuitry output with multisite transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord in noninjured humans. J Neurophysiol 113(3): 834–842. https://doi.org/10.1152/jn.00609.2014
  15. Minassian K, Persy I, Rattay F, Dimitrijevic MR, Hofer C, Kern H (2007) Posterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord. Muscle Nerve 35(3): 327–336. https://doi.org/10.1002/mus.20700
  16. Пухов АМ (2023) Повышение эффективности подготовки стрелков из пистолета посредством электрической стимуляции спинного мозга. Физ воспит спорт тренир 3(45): 116–123. [Puhov AM (2023) Improving the effectiveness of pistol shooter training through electrical stimulation of the spinal cord. Phys educat sports training 3(45): 116–123. (In Russ)].
  17. Tharu NS, Wong AYL & Zheng YP (2024) Transcutaneous Electrical Spinal Cord Stimulation Increased Target-Specific Muscle Strength and Locomotion in Chronic Spinal Cord Injury. Brain Sci 14(7): 640. https://doi.org/10.3390/brainsci14070640
  18. Никитин СС, Куренков АЛ (2003) Магнитная стимуляция в диагностике и лечении болезней нервной системы. М. САШКО. [Nikitin SS, Kurenkov AL (2003) Magnetic stimulation in the diagnosis and treatment of diseases of the nervous system. M. SAShKO. (In Russ)].
  19. Toma K, Honda M, Hanakawa T, Okada T, Fukuyama H, Ikeda A, Shibasaki H (1999) Activities of the primary and supplementary motor areas increase in preparation and execution of voluntary muscle relaxation: an event-related fMRI study. J Neurosci 19(9): 3527–3534. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.19-09-03527.1999
  20. Buccolieri A, Abbruzzese G, Rothwell JC (2004) Relaxation from a voluntary contraction is preceded by increased excitability of motor cortical inhibitory circuits. J Physiol 558(2): 685–695. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2004.064774
  21. Begum T, Mima T, Oga T, Hara H, Satow T, Ikeda A, Shibasaki H (2005) Cortical mechanisms of unilateral voluntary motor inhibition in humans. Neurosci Res 53(4): 428–435. https://doi.org/10.1162/jocn.2009.21248
  22. Motawar B, Hur P, Stinear J, Seo NJ (2012) Contribution of intracortical inhibition in voluntary muscle relaxation. Exp Brain Res 221: 299–308. https://doi.org/10.1007/s00221-012-3173-x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (a) – средняя амплитуда ответов мышц TA, GM и Sol при селективной TMS, tSCS и при PAS (n = 10). (b) – образец нативных записей вызванных ответов исследуемых мышц при разных вариантах стимуляционного воздействия (по 10 стимулов в каждом варианте). TA – передняя большеберцовая мышца, GM – медиальная головка икроножной мышцы, Sol – камбаловидная мышца. TMS – транскраниальная магнитная стимуляция (тестовый стимул 110% от порога); tSCS – чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (тестовый стимул 130% от порога); PAS – парная ассоциативная стимуляция (110% TMS + 130% tSCS). * – достоверные изменения (p < 0.05) относительно амплитуд ответов на селективные стимулы TMS и tSCS.

Скачать (206KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние однократного сеанса PAS на амплитуду MEPs TA, GM и Sol при TMS моторной коры (амплитуда стимула = 110% от моторного порога). TA – передняя большеберцовая мышца, GM – медиальная икроножная мышца, Sol – камбаловидная мышца. * – достоверные изменения (n = 10, p < 0.05) относительно показателей до стимуляционного воздействия.

Скачать (79KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Время достижения MVC, 50% от MVC, полурасслабления и расслабления с 50% от MVC под воздействием сеанса PAS. * – достоверные изменения (n = 10, p < 0.05) относительно показателей до стимуляционного воздействия.

Скачать (124KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривая нарастания 50% от максимального произвольного усилия (50% MVC) при выполнении подошвенного сгибания стопы под воздействием однократного сеанса PAS (n = 10).

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025