RU2642384C1

RU2642384C1 - Method for regulation of patient's visceral functions by noninvasive stimulation of spinal cord

Info

Publication number: RU2642384C1
Application number: RU2016148238A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Ромульевна Мошонкина; Арина Владимировна Миняева; Сергей Александрович Моисеев; Руслан Михайлович Городничев; Александр Алексеевич Гришин; Юрий Петрович Герасименко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Косима" (ООО "Косима")
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2018-01-24
Also published as: WO2018106152A1

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: cathode is placed on the patient's skin dorsally above the segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs. Two anodes are placed on skin ventrally symmetrically relative to the vertical axis of the patient's body near clavicles, ribs, iliac bone ridges or hip joint bends depending on the regulated functions. The exposure is provided by a sequence of electric rectangular pulses with pulse amplitude of 10-150 mA, pulse repetition rate of 0.2-100 Hz, and a pulse duration of 0.5-1 ms.

EFFECT: method expands the arsenal of non-invasive drugs that provide visceral functions regulation.

9 cl, 9 dwg, 6 tbl, 2 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к медицине, а также к физиологии человека и животных в частности к регуляции висцеральных функций у человека и животных путем неинвазивной стимуляции спинного мозга. Кроме того, способ может быть использован для проведения экспериментальных исследований.The invention relates to medicine, as well as to the physiology of humans and animals, in particular to the regulation of visceral functions in humans and animals by non-invasive stimulation of the spinal cord. In addition, the method can be used for experimental studies.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Из существующего уровня развития физиологической и медицинской науки известно, что спинной мозг является важнейшим уровнем регуляции висцеральных функций. Поэтому при электрическом воздействии на спинной мозг можно ожидать влияние на сердечно-сосудистую систему, дыхательную, выделительную, пищеварительную, сексуальную функции.From the existing level of development of physiological and medical science it is known that the spinal cord is the most important level of regulation of visceral functions. Therefore, with an electrical effect on the spinal cord, one can expect an effect on the cardiovascular system, respiratory, excretory, digestive, sexual functions.

Травмы позвоночника и спинного мозга часто приводят к нарушениям деятельности сердечно-сосудистой системы как в остром, так и в хроническом периодах заболевания (Макарова М.Р., Лядов К.В., Шаповаленко Т.В. Влияние циклической тренировки на системе "Локомат" на сердечно-сосудистую систему у больных с последствиями травм спинного мозга // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. - 2012. - №.1.), таким образом, стимулируя спинной мозг пациента, можно либо усугубить проблемы сердечно-сосудистой системы, либо уменьшить их последствия. Эпидуральная электрическая стимуляция спинного мозга на уровне его люмбарных сегментов L2-L5 вызывает вазодилатацию артерий нижних конечностей (Foreman R.D., Linderoth В. Neural mechanisms of spinal cord stimulation // Int. Rev. Neurobiol. 2012. V. 107. P. 87;. Naoum J.J., Arbid E.J. Spinal cord stimulation for chronic limb ischemia // Methodist Debakey Cardiovasc. J. 2013. V. 9. №2. P. 99). Электрическая стимуляция спинного мозга на верхнеторакальном и верхнецервикальном уровнях приводит к смягчению боли, связанной с ишемией сердца, однако механизмы, обеспечивающие обезболивание и нормализацию работы сердца, мало изучены (Foreman R.D., Linderoth В. Neural mechanisms of spinal cord stimulation // Int. Rev. Neurobiol. 2012. V. 107. P. 87).Injuries of the spine and spinal cord often lead to disturbances in the activity of the cardiovascular system in both acute and chronic periods of the disease (Makarova M.R., Lyadov K.V., Shapovalenko T.V. Influence of cyclic training on the Lokomat system on the cardiovascular system in patients with consequences of spinal cord injuries // Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. - 2012. - No. 1.), thus, by stimulating the patient’s spinal cord, one can either aggravate the problems of the cardiovascular system or reduce them effects. Epidural electrical stimulation of the spinal cord at the level of its lumbar segments L2-L5 causes vasodilation of the arteries of the lower extremities (Foreman RD, Linderoth B. Neural mechanisms of spinal cord stimulation // Int. Rev. Neurobiol. 2012. V. 107. P. 87 ;. Naoum JJ, Arbid EJ Spinal cord stimulation for chronic limb ischemia // Methodist Debakey Cardiovasc. J. 2013. V. 9. No. 2. P. 99). Electrical spinal cord stimulation at the upper thoracic and upper cervical levels alleviates pain associated with cardiac ischemia, but the mechanisms that provide pain relief and normalization of the heart are poorly understood (Foreman RD, Linderoth B. Neural mechanisms of spinal cord stimulation // Int. Rev. Neurobiol. 2012. V. 107. P. 87).

Известна возможность использования стимуляции спинного мозга как средства лечения нарушений сердечного ритма. (Shen М.J., Zipes D.P. Role of the autonomic nervous system in modulating cardiac arrhythmias //Circulation research. - 2014. - T. 114. - №.6. - C. 1004-1021.).There is a known possibility of using spinal cord stimulation as a means of treating cardiac arrhythmias. (Shen M.J., Zipes D.P. Role of the autonomic nervous system in modulating cardiac arrhythmias // Circulation research. - 2014. - T. 114. - No. 6. - C. 1004-1021.).

Электрическая стимуляция цервикального отдела спинного мозга приводит к увеличению объема кровотока в сосудах головного мозга, увеличению его скорости, а также к снижению церебральной васкулярной резистентности (Wu М., Linderoth В., Foreman R.D. Putative mechanisms behind effects of spinal cord stimulation on vascular diseases: a review of experimental studies // Auton. Neurosci. 2008. V. 138. №1-2. P. 9). Другими результатами такой стимуляции являются уменьшение объема инфаркта головного мозга (Sagher О., Huang D.L., Keep R.F. Spinal cord stimulation reducing infarct volume in a model of focal cerebral ischemia in rats // J. Neurosurg. 2003. V. 99. P. 131) и предотвращение артериальных вазоспазмов (Goellner Е., Slavin K.V. Cervical spinal cord stimulation may prevent cerebral vasospasm by modulating sympathetic activity of the superior cervical ganglion at lower cervical spinal level // Med. Hypotheses. 2009. V. 73. P. 410). Предполагается, что цервикальная электростимуляция спинного мозга (ЭССМ) подавляет или тормозит развитие болезни Паркинсона, а ее нейропротективный эффект связан с увеличением уровня сосудистого эндотелиального фактора роста в поврежденном стриатуме (Shinko A., Agari Т., Kameda М. et al. Spinal cord stimulation exerts neuroprotective effects against experimental Parkinson's disease. PLoS One. 2014. Jul 10. V. 9. №7.: e101468). Показано, что стимуляция сегментов С1-С3 спинного мозга эффективнее для увеличения церебрального кровотока, чем стимуляция других шейных сегментов (Yang X., Farber J.P., Wu M. et al. Roles of dorsal column pathway and transient receptor potential vanilloid type 1 in augmentation of cerebral blood flow by upper cervical spinal cord stimulation in rats // Neuroscience. 2008. V. 152. P. 950).Electrical stimulation of the cervical spinal cord leads to an increase in blood flow in the vessels of the brain, an increase in its speed, as well as a decrease in cerebral vascular resistance (Wu M., Linderoth B., Foreman RD Putative mechanisms behind effects of spinal cord stimulation on vascular diseases: a review of experimental studies // Auton. Neurosci. 2008. V. 138. No. 1-2. P. 9). Other results of such stimulation are a decrease in the volume of cerebral infarction (Sagher O., Huang DL, Keep RF Spinal cord stimulation reducing infarct volume in a model of focal cerebral ischemia in rats // J. Neurosurg. 2003. V. 99. P. 131 ) and prevention of arterial vasospasm (Goellner E., Slavin KV Cervical spinal cord stimulation may prevent cerebral vasospasm by modulating sympathetic activity of the superior cervical ganglion at lower cervical spinal level // Med. Hypotheses. 2009. V. 73. P. 410) . It is believed that cervical electrical stimulation of the spinal cord (ESSM) inhibits or inhibits the development of Parkinson's disease, and its neuroprotective effect is associated with an increase in the level of vascular endothelial growth factor in the damaged striatum (Shinko A., Agari T., Kameda M. et al. Spinal cord stimulation exerts neuroprotective effects against experimental Parkinson's disease. PLoS One. 2014. Jul 10. V. 9. No. 7 .: e101468). It has been shown that stimulation of C1-C3 segments of the spinal cord is more effective for increasing cerebral blood flow than stimulation of other cervical segments (Yang X., Farber JP, Wu M. et al. Roles of dorsal column pathway and transient receptor potential vanilloid type 1 in augmentation of cerebral blood flow by upper cervical spinal cord stimulation in rats // Neuroscience. 2008. V. 152. P. 950).

Проблемы с дыханием у спинальных больных - это, прежде всего, проблемы острого периода травмы (Баран Ю.В. и др. Травма позвоночника и спинного мозга: диагностика и лечение //Украинский медицинский журнал. - 2004. - №. 1. - С. 39.), когда эпидуральную электрическую стимуляцию спинного мозга еще не проводят. Но из-за тесной связи между сердечно-сосудистой и дыхательной системами, а также в связи с тем, что иннервация дыхательных мышц осуществляется на уровне C1-L1 сегментов спинного мозга (Fishman А.Р., Elias J.A., Fishman J.A., Grippi M.A., Senior R.M., Pack A. Fishman's Pulmonary Diseases and Disorders. 2vol. set, 4th ed., McGraw-Hill, 2008, 2895 p), можно предположить, что, стимулируя спинной мозг на этом уровне, можно влиять на параметры дыхания.Respiratory problems in spinal patients are, first of all, problems of the acute period of trauma (Baran Yu.V. et al. Injury of the spine and spinal cord: diagnosis and treatment // Ukrainian Medical Journal. - 2004. - No. 1. - C . 39.) when the epidural electrical stimulation of the spinal cord has not yet been performed. But due to the close connection between the cardiovascular and respiratory systems, as well as due to the fact that the innervation of the respiratory muscles is carried out at the level of C1-L1 segments of the spinal cord (Fishman A.R., Elias JA, Fishman JA, Grippi MA, Senior RM, Pack A. Fishman's Pulmonary Diseases and Disorders. 2vol. Set, 4th ed., McGraw-Hill, 2008, 2895 p), it can be assumed that by stimulating the spinal cord at this level, it is possible to influence respiration parameters.

Электрическая стимуляция спинного мозга влияет также и на инспираторную функцию. Такие влияния были показаны в опытах на собаках при эпидуральной стимуляции сегментов Т2-ТЗ спинного мозга как при дорсальном (DiMarco A.F., Altose M.D., Cropp A., Durand D. Activation of the inspiratory intercostal muscles by electrical stimulation of the spinal cord // Am. Rev. Respir. Dis. 1987. V. 136. P. 1385), так и при вентральном (DiMarco A.F., Kowalski K.E. High frequency spinal cord stimulation of inspiratory muscles in dogs: a new method of inspiratory muscle pacing // J. Appl. Physiol. 2009. V. 107. P. 662) позиционировании стимулирующего электрода.Electrical stimulation of the spinal cord also affects inspiratory function. Such effects have been shown in experiments on dogs with epidural stimulation of T2-TK segments of the spinal cord as with the dorsal (DiMarco AF, Altose MD, Cropp A., Durand D. Activation of the inspiratory intercostal muscles by electrical stimulation of the spinal cord // Am Rev. Respir. Dis. 1987. V. 136. P. 1385) and ventral (DiMarco AF, Kowalski KE High frequency spinal cord stimulation of inspiratory muscles in dogs: a new method of inspiratory muscle pacing // J. Appl. Physiol. 2009. V. 107. P. 662) positioning of the stimulating electrode.

Повреждения спинного мозга выше его поясничного отдела нарушает произвольный контроль мочеиспускания и вначале приводят к арефлексии мочевого пузыря, которая сменяется нейрогенной гиперактивностью m. detrusor urinae (de Groat W.C., Yoshimura N. Plasticity in reflex pathways to the lower urinary tract following spinal cord injury // Exp. Neurol. 2012. V. 235. №1. P. 123). Есть отдельные данные о том, что электрическая стимуляция поясничного утолщения спинного мозга вызывает учащение мочеиспускания у экспериментальных животных (Gad PN, Roy RR, Zhong H, Lu DC, Gerasimenko YP, et al. (2014) Initiation of Bladder Voiding with Epidural Stimulation in Paralyzed, Step Trained Rats. PLoS ONE 9 (9): e108184. doi:10.1371/journal.pone.0108184).Damage to the spinal cord above its lumbar region disrupts arbitrary control of urination and first leads to bladder areflexia, which is replaced by neurogenic hyperactivity m. detrusor urinae (de Groat W.C., Yoshimura N. Plasticity in reflex pathways to the lower urinary tract following spinal cord injury // Exp. Neurol. 2012. V. 235. No. 1. P. 123). There is some evidence that electrical stimulation of lumbar thickening of the spinal cord causes an increase in urination in experimental animals (Gad PN, Roy RR, Zhong H, Lu DC, Gerasimenko YP, et al. (2014) Initiation of Bladder Voiding with Epidural Stimulation in Paralyzed , Step Trained Rats. PLoS ONE 9 (9): e108184. Doi: 10.1371 / journal.pone.0108184).

Эпидуральная электрическая стимуляция спинного мозга влияет на функционирование желудочно-кишечного тракта, в частности, показано, что стимуляция статистически значимо ослабляла висцеро-моторный рефлекс - сокращение мышц живота в ответ на колоректальное растяжение. Этот результат наблюдался у наркотизированных крыс при стимуляции сегментов L2-L3 с частотой 100 Гц (Qin С., Martinez М., Tang R. et al. Is Constant Current or Constant Voltage Spinal Cord Stimulation Superior for the Suppression of Nociceptive Visceral and Somatic Stimuli? A Rat Model // Neuromodulation. 2012. V. 15. P. 132) или с частотой 40 Гц (Tang R., Martinez M., Goodman-Keiser M. et al. Comparison of burst and tonic spinal cord stimulation on spinal neural processing in an animal model // Neuromodulation. 2014. V. 17. №2. P. 143) в течение 20 минут при длительности импульса 0.3 мс и интенсивности стимула 90% моторного порога.Epidural electrical stimulation of the spinal cord affects the functioning of the gastrointestinal tract, in particular, it was shown that stimulation statistically significantly weakened the visceromotor reflex - contraction of the abdominal muscles in response to colorectal distension. This result was observed in anesthetized rats upon stimulation of L2-L3 segments with a frequency of 100 Hz (Qin C., Martinez M., Tang R. et al. Is Constant Current or Constant Voltage Spinal Cord Stimulation Superior for the Suppression of Nociceptive Visceral and Somatic Stimuli ? A Rat Model // Neuromodulation. 2012. V. 15. P. 132) or at a frequency of 40 Hz (Tang R., Martinez M., Goodman-Keiser M. et al. Comparison of burst and tonic spinal cord stimulation on spinal neural processing in an animal model // Neuromodulation. 2014. V. 17. No. 2. P. 143) for 20 minutes with a pulse duration of 0.3 ms and stimulus intensity of 90% of the motor threshold.

Известен способ лечения энуреза (RU 2308302 C2, опубл. 20.10.2007), по которому последовательно проводят двустороннее магнитное воздействие на парацентральные доли медиальной поверхности полушарий головного мозга. Затем воздействуют инфракрасным лазерным излучением на T12-L1-L2 сегменты спинного мозга и надлобковую зону. Проводят эпидуральную электрическую стимуляцию сегментов S2-S4 спинного мозга и сегментов S4-S5-C1 позвоночника, электростимуляцию прямой кишки и надлобковой зоны. Заканчивают процедуры воздействием инфракрасным излучением на зрительный анализатор. Предлагаемый способ позволяет восстановить баланс процессов возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга, улучшить функциональное состояние центральных, спинальных структур мозга и периферических нервных образований, отвечающих за произвольное мочеиспускание, осуществить стимуляцию симпатических структур, иннервирующих мочевой пузырь.A known method of treating enuresis (RU 2308302 C2, publ. 20.10.2007), which consistently conduct bilateral magnetic action on the paracentral lobes of the medial surface of the cerebral hemispheres. Then, infrared laser radiation is applied to the T12-L1-L2 segments of the spinal cord and the suprapubic zone. Epidural electrical stimulation of the S2-S4 segments of the spinal cord and segments S4-S5-C1 of the spine, electrical stimulation of the rectum and suprapubic zone are performed. Finish the procedure by exposure to infrared radiation on the visual analyzer. The proposed method allows you to restore the balance of the processes of excitation and inhibition in the cerebral cortex, improve the functional state of the central, spinal structures of the brain and peripheral nerve structures responsible for voluntary urination, stimulate the sympathetic structures innervating the bladder.

Согласно указанному способу проводят биполярную стимуляцию электрическими импульсами с длительностью пачки и паузы по 2 с, с частотой заполнения пачки 3000 Гц сегментов S2-S4 спинного мозга и сегментов S4-S5-C1 позвоночника при слабом ощущении прохождения электрического тока в течение 15 мин.According to the indicated method, bipolar stimulation is performed with electric pulses with a burst and pause duration of 2 s, with a burst filling frequency of 3000 Hz of the S2-S4 segments of the spinal cord and segments of the spine S4-S5-C1 with a weak sensation of the passage of electric current for 15 minutes.

Известен способ лечения эректильной дисфункции (RU 2334458 C2, опубл. 27.09.2008), по которому последовательно осуществляют электромиографический (ЭМГ) тренинг седалищно-пещеристых мышц по исходным ЭМГ сигналам биологической обратной связи, вызывая попеременное сокращение длительностью 5 секунд и расслабление длительностью 10 секунд мышц промежности в течение 15 минут. Затем попеременное сокращение до 30% от максимального уровня ЭМГ длительностью 10 секунд и расслабление длительностью 10 секунд в течение 15 минут. После этого выполняют эпидуральную электрическую стимуляцию седалищно-пещеристых мышц и между сегментами спинного мозга S2-S4 и S4-S5-C1 позвоночника, проводят лазерное облучение сегментов S2-S4 спинного мозга, сегментов S4-S5-C1 позвоночника и верхней поверхности тела полового члена. При этом лазерное воздействие проводят низкоинтенсивными инфракрасными волнами с амплитудно-частотной модуляцией с частотой до 3 Гц и глубиной модуляции до 30 процентов, энергией до 50 Дж, длиной волны 960 нм; электростимуляцию седалищно-пещеристых мышц проводят биполярно импульсным током при их слабом тетаническом сокращении с длительностью пачки и паузы по 2 секунды с частотой заполнения пачки 3000 Гц и проводят биполярную электростимуляцию между сегментами S2-S4 спинного мозга и S4-S5-C1 позвоночника инфранизкими электрическими волнами с частотой до 3 Гц и амплитудой до 100 мкА. Время лазерного воздействия на каждую область по 5 минут, время воздействия импульсным током 30 минут, время воздействия инфранизким током 24 часа; курс лечения 15 дней. Известен способ эпидуральная стимуляция высокой плотности для облегчения локомоции, позы, произвольных движений и для восстановления автономных, сексуальных, сосудодвигательных и когнитивных функций после неврологических нарушений (WO 2012094346 А2, опубл. 12.07.2012), заключающийся в восстановлении локомоторного и постурального контроля, произвольного контроля за движениями тела и/или автономными (висцеральными) функциям у людей, имеющих поражение спинного, головного мозга или неврологические заболевания, приводящие к нарушениям движения. Способ состоит в стимуляции спинного мозга человека с использованием эпидуральных электродных матриц, которые помещаются в шейный, грудной или пояснично-крестцовый отдел спинного мозга, применение физических тренировок, чтобы генерировать проприоцептивные и/или супраспинальные сигналы и, возможно, введение фармакологических препаратов.There is a method of treating erectile dysfunction (RU 2334458 C2, publ. September 27, 2008), in which electromyographic (EMG) training of the sciatic-cavernous muscles is sequentially performed using the initial EMG signals of biological feedback, causing an alternating contraction of 5 seconds and relaxation of 10 seconds of muscles perineum for 15 minutes. Then alternate reduction to 30% of the maximum level of EMG lasting 10 seconds and relaxation lasting 10 seconds for 15 minutes. After this, epidural electrical stimulation of the sciatic-cavernous muscles and between the segments of the spinal cord S2-S4 and S4-S5-C1 of the spine is performed, laser irradiation of the segments S2-S4 of the spinal cord, segments S4-S5-C1 of the spine and the upper surface of the body of the penis is performed. In this case, laser exposure is carried out by low-intensity infrared waves with amplitude-frequency modulation with a frequency of up to 3 Hz and a modulation depth of up to 30 percent, energy up to 50 J, wavelength 960 nm; electrical stimulation of the sciatic-cavernous muscles is carried out by a bipolar pulse current with a weak tetanic contraction with a duration of a pack and a pause of 2 seconds with a filling frequency of a pack of 3000 Hz and bipolar electrical stimulation is carried out between segments S2-S4 of the spinal cord and S4-S5-C1 of the spine with infralow electric waves with frequency up to 3 Hz and amplitude up to 100 μA. The laser exposure time for each area is 5 minutes, the exposure time with a pulsed current is 30 minutes, the exposure time with an infra-low current is 24 hours; the course of treatment is 15 days. The known method of epidural stimulation of high density to facilitate locomotion, posture, voluntary movements and to restore autonomous, sexual, vasomotor and cognitive functions after neurological disorders (WO 2012094346 A2, publ. 12.07.2012), which consists in restoring locomotor and postural control, voluntary control for body movements and / or autonomic (visceral) functions in people with damage to the spinal cord, brain or neurological diseases leading to impaired movement. The method consists in stimulating the human spinal cord using epidural electrode arrays that are placed in the cervical, thoracic or lumbosacral spinal cord, using physical training to generate proprioceptive and / or supraspinal signals and, possibly, administering pharmacological drugs.

Электрическая стимуляция спинного мозга согласно известным способам для регуляции той или иной висцеральной функции пациента является эпидуральной. Проведение инвазивной процедуры для позиционирования электрода вблизи спинного мозга хирургическим методом добавляет нежелательные риски операционных и послеоперационных осложнений. Кроме того, инвазивный электрод, электростимулятор и аккумуляторная батарея находятся в теле пациента непрерывно, тем самым накладывая ряд бытовых и медицинских ограничений, что ухудшает качество жизни человека.Electrical stimulation of the spinal cord according to known methods for regulating a particular visceral function of a patient is epidural. Surgical invasive procedures for positioning an electrode near the spinal cord add undesirable risks to surgical and postoperative complications. In addition, the invasive electrode, electrical stimulator and battery are continuously in the patient's body, thereby imposing a number of domestic and medical restrictions, which impairs the quality of human life.

Известен способ стимуляции млекопитающих путем чрескожного воздействия на спинной мозг, реализуемый с помощью устройства для неинвазивной нейромодуляции для облегчения восстановления двигательных, сенсорных, автономных, сексуальных, сосудодвигательных и когнитивных функций (СА 2856202 A1, опубл. 16.05.2013). Воздействие осуществляется импульсами частотой 0.5-100 Гц с несущей частотой 5 или 10 кГц, интенсивностью 0.5-200 мА. Электроды помещают на шею, чтобы стимулировать ствол спинного мозга или шейный отдел спинного мозга, в нижнюю часть спины, чтобы стимулировать поясничную, или крестцовую область спинного мозга, или область Т11-Т12 позвонков. Использование изобретения позволяет восстановить двигательные функции, утраченные вследствие травмы спинного мозга, ишемии головного мозга, болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, болезни Хантингтона и т.д.), состоящие в стоянии, ходьбе, произвольных движениях, сидении, переходе в положение лежа, в хватательных, отталкивающих и притягивающих движениях. При этом не раскрыто, каким образом осуществляется влияние на сенсорные, автономные, сексуальные, сосудодвигательные и когнитивные функции, в частности не раскрыты области, на которые необходимо установить электроды для воздействия на ту или иную висцеральную систему и подбор режима воздействия. В указанной заявке раскрыт только диапазон воздействия на двигательную функцию.A known method of stimulating mammals by percutaneous exposure to the spinal cord, implemented using a device for non-invasive neuromodulation to facilitate the restoration of motor, sensory, autonomous, sexual, vasomotor and cognitive functions (CA 2856202 A1, publ. 16.05.2013). The impact is carried out by pulses with a frequency of 0.5-100 Hz with a carrier frequency of 5 or 10 kHz, intensity of 0.5-200 mA. Electrodes are placed on the neck to stimulate the trunk of the spinal cord or cervical spinal cord, in the lower back to stimulate the lumbar, or sacral region of the spinal cord, or region T11-T12 of the vertebrae. Using the invention allows to restore motor functions lost due to spinal cord injury, cerebral ischemia, Parkinson’s disease, Alzheimer's disease, Huntington’s disease, etc.), consisting of standing, walking, voluntary movements, sitting, moving to a lying position, in grasping repulsive and attractive movements. At the same time, it is not disclosed how the effect on sensory, autonomous, sexual, vasomotor and cognitive functions is carried out, in particular, the areas on which it is necessary to install electrodes to influence a particular visceral system and the selection of an exposure regimen are not disclosed. This application discloses only a range of effects on motor function.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ электрической поверхностной стимуляции в области спины, оказывающий влияние на автономную нервную систему (Kaur В. et al. Effect of surface spinal stimulation on autonomic nervous system in the patients with spinal cord injury //Archives of Medicine and Health Sciences. -2014. - T. 2. - №. 2. - C. 126.). В ходе исследований было установлено, что электрическая стимуляция с использованием прямоугольных электродов (4.5*9 см²), расположенных накожно паравертебрально на уровне T10-L2 на расстоянии 5 см друг от друга, биполярных импульсов с частотой 20 Гц, модулированных частотой 2.5 кГц, проводимая непрерывно в течение 45 минут, влияет на функции мочевого пузыря, на сопротивление кожи и на температуру кожи.The closest analogue of the proposed method is a method of electrical surface stimulation in the back, affecting the autonomic nervous system (Kaur B. et al. Effect of surface spinal stimulation on autonomic nervous system in the patients with spinal cord injury // Archives of Medicine and Health Sciences. -2014. - T. 2. - No. 2. - C. 126.). In the course of studies, it was found that electrical stimulation using rectangular electrodes (4.5 * 9 cm ² ) located percutaneously paravertebrally at a level of T10-L2 at a distance of 5 cm from each other, bipolar pulses with a frequency of 20 Hz, modulated at a frequency of 2.5 kHz, carried out continuously for 45 minutes, affects the function of the bladder, skin resistance and skin temperature.

При этом согласно указанному способу нет возможности судить о том, какие органы и функции задействованы в достижении заявленного влияния. Таким образом, нет возможности влиять на данный результат, вследствие чего регулировать выделительную функцию. В известном способе отсутствует воздействие именно над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа.Moreover, according to the specified method, it is not possible to judge which organs and functions are involved in achieving the declared influence. Thus, there is no way to influence this result, as a result of which it is possible to regulate the excretory function. In the known method there is no effect on the segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, является невозможность контролируемой регуляции висцеральных функций человека и животных путем неинвазивного электрического воздействия на спинной мозг на уровне иннервации соответствующего органа или органов.A technical problem that can be solved by using the invention is the impossibility of the controlled regulation of the visceral functions of humans and animals by non-invasive electrical effects on the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является обеспечение регуляции висцеральных функций человека и животных посредством неинвазивной стимуляции спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов.The technical result provided by the invention is the provision of regulation of visceral functions of humans and animals through non-invasive stimulation of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs.

Технический результат достигается за счет того, что располагают по меньшей мере один электрод на коже пациента дорсально над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов, а два электрода располагают вентрально симметрично относительно вертикальной оси тела пациента, далее воздействуют последовательностью электрических прямоугольных импульсов через указанные электроды с амплитудой импульсов 10-150 мА, частотой следования импульсов 0,2-100 Гц, длительностью импульса 0,5-1 мс.The technical result is achieved due to the fact that at least one electrode is placed on the patient’s skin dorsally above the spinal cord segment at the level of innervation of the corresponding organ or organs, and two electrodes are located ventrally symmetrically with respect to the vertical axis of the patient’s body, then they are acted upon by a sequence of rectangular electric pulses through the indicated electrodes with a pulse amplitude of 10-150 mA, a pulse repetition rate of 0.2-100 Hz, a pulse duration of 0.5-1 ms.

Под термином «висцеральные функции» в указанной заявке понимают физиологические функции организма человека и животных, которые регулирует висцеральная (автономная) нервная система, а именно системы дыхания, система пищеварения, система терморегуляции, система кровообращения, выделительная система и т.д. При этом в качестве висцеральных функций выбирают одну из дыхательной, пищеварительной, выделительной, половой, сердечно-сосудистой функций, функций кровоснабжения головного мозга, периферического кровоснабжения.The term "visceral functions" in this application refers to the physiological functions of the human and animal body, which are regulated by the visceral (autonomous) nervous system, namely the respiratory system, digestive system, thermoregulatory system, circulatory system, excretory system, etc. At the same time, one of the respiratory, digestive, excretory, sexual, cardiovascular functions, functions of the blood supply to the brain, and peripheral blood supply is chosen as visceral functions.

Подбор сочетания амплитуды импульсов и формы импульсов осуществляют индивидуально путем выбора параметров, которые не вызывают болезненные ощущения у пациентов.The selection of a combination of the amplitude of the pulses and the shape of the pulses is carried out individually by selecting parameters that do not cause pain in patients.

Выбор амплитуды импульсов осуществляют в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов на единичные немодулированные импульсы длительностью 0.5-1 мс или на непрерывную последовательность монополярных немодулированных импульсов с частотой 0.2-1 Гц и длительностью импульса 0.5-1 мс.The choice of the amplitude of the pulses is carried out within 50-100% of the minimum amplitude of the pulses causing contraction of the skeletal muscles over the segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs to single unmodulated pulses of 0.5-1 ms duration or to a continuous sequence of monopolar unmodulated pulses with a frequency of 0.2- 1 Hz and a pulse duration of 0.5-1 ms.

Воздействие через указанные электроды осуществляют последовательностью электрических прямоугольных импульсов, при этом форма импульсов может быть выбрана из: монополярные немодулированные импульсы, монополярные модулированные несущей частотой 2-10 кГц импульсы, биполярные немодулированные импульсы, биполярные модулированные несущей частотой 2-10 кГц импульсы.The impact through these electrodes is carried out by a sequence of rectangular electric pulses, while the shape of the pulses can be selected from: monopolar unmodulated pulses, monopolar pulses modulated with a carrier frequency of 2-10 kHz, bipolar pulses of unmodulated pulses, bipolar pulses of a carrier frequency of 2-10 kHz pulses.

Для регуляции дыхательной функции электроды располагают между остистыми отростками позвонков в области T6-L2 позвонков и вентрально в области ребер или гребней подвздошных костей и воздействуют последовательностью электрических прямоугольных импульсов через указанные электроды с частотой 20-50 Гц.To regulate respiratory function, the electrodes are located between the spinous processes of the vertebrae in the region of the T6-L2 vertebrae and ventrally in the area of the ribs or crests of the ilium and are affected by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 20-50 Hz.

Для регуляции выделительной и половой функций электроды располагают между остистыми отростками позвонков в области T12-L2 позвонков или в области копчика и вентрально в области гребней подвздошных костей и воздействуют последовательностью электрических прямоугольных импульсов через указанные электроды с частотой 1-20 Гц.To regulate excretory and sexual functions, the electrodes are placed between the spinous processes of the vertebrae in the region of the T12-L2 vertebrae or in the coccyx and ventrally in the area of the crests of the ilium and act by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 1-20 Hz.

Для регуляции пищеварительных функций электроды располагают между остистыми отростками позвонков в области Т6-Т12 позвонков и вентрально в области ребер и воздействуют последовательностью электрических прямоугольных импульсов через указанные электроды с частотой 30-50 Гц.To regulate the digestive functions, the electrodes are located between the spinous processes of the vertebrae in the region of the T6-T12 vertebrae and ventrally in the region of the ribs and are affected by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 30-50 Hz.

Расположение катодов накожно по центральной линии позвоночника между остистыми отростками позвонков позволяет стимулировать непосредственно спинной мозг. Предварительный подбор амплитуды связан с тем, что необходимо убедиться, что электроды стоят над нужным сегментом.The location of the cathodes cutaneous in the central line of the spine between the spinous processes of the vertebrae allows you to directly stimulate the spinal cord. The preliminary selection of the amplitude is connected with the fact that it is necessary to make sure that the electrodes are above the desired segment.

Длительность импульса ~1 мс выбрана та же, что используется для вызова движений при чрескожной стимуляции спинного мозга, чтобы двигательная реакция на стимуляцию была предсказуемой. Только при таком расположении электродов можно стимулировать спинной мозг (Gerasimenko Y. et al. Transcutaneous electrical spinal-cord stimulation in humans // Annals of physical and rehabilitation medicine. - 2015. - T. 58. - №. 4. - C. 225-231.).The pulse duration of ~ 1 ms was chosen to be the same as that used to cause movements during percutaneous stimulation of the spinal cord, so that the motor response to stimulation was predictable. Only with this arrangement of electrodes can the spinal cord be stimulated (Gerasimenko Y. et al. Transcutaneous electrical spinal cord stimulation in humans // Annals of physical and rehabilitation medicine. - 2015. - T. 58. - No. 4. - C. 225 -231.).

Таким образом, зарегистрировав двигательный ответ в определенных мышцах в ответ на одиночный электрический импульс, устанавливают, что силы тока достаточно для активации спинного мозга. Исходя из того, какие скелетные мышцы отвечают, подтверждают, что стимулируют требуемые, нужные сегменты спинного мозга.Thus, by registering a motor response in certain muscles in response to a single electrical impulse, it is established that the current strength is sufficient to activate the spinal cord. Based on which skeletal muscles respond, they confirm that they stimulate the required, necessary segments of the spinal cord.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют осуществление изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the present description, illustrate an embodiment of the invention and together with the above general description of the invention and the following detailed description of embodiments, serve to explain the principles of the present invention.

На фиг. 1 изображен реабилитационный тренажер, обеспечивающий принудительные движения ног.In FIG. 1 shows a rehabilitation simulator providing forced leg movements.

На фиг. 2 изображено положение испытуемого в положении лежа на боку, при этом каждая нога испытуемого вывешена на независимых качелях-подвесках.In FIG. 2 shows the position of the test subject in a supine position, with each test subject hanging on independent swing pendants.

На фиг. 3-9 схематично показаны результаты экспериментальных данных, в частности, прирост вентиляции легких, частоты дыхания, снижения дыхательного объема.In FIG. 3-9 schematically show the results of experimental data, in particular, increase in lung ventilation, respiratory rate, decrease in tidal volume.

На фиг. 3 изображено изменение вентиляции легких во время произвольного движения (черные столбики) и движения, вызванного чрескожной электростимуляцией спинного мозга (белые столбики), относительно вентиляции легких до этого движения (покой) или после движения (восстановление).In FIG. Figure 3 shows the change in lung ventilation during voluntary movement (black columns) and movement caused by percutaneous electrical stimulation of the spinal cord (white columns), relative to lung ventilation before this movement (rest) or after movement (recovery).

На фиг. 4 изображено изменение частоты дыхания во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг. 3.In FIG. 4 shows a change in respiratory rate during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in FIG. 3.

На фиг. 5 изображено изменение дыхательного объема во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг. 3.In FIG. 5 shows the change in tidal volume during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in FIG. 3.

На фиг. 6 изображено изменение длительности выдоха во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг. 3.In FIG. Figure 6 shows the change in the duration of expiration during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in FIG. 3.

На фиг. 7 изображено изменение длительности вдоха во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг. 3.In FIG. 7 shows the change in inspiration duration during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in FIG. 3.

На фиг. 8 изображено изменение потребления кислорода во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг.3.In FIG. Figure 8 shows the change in oxygen consumption during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in figure 3.

На фиг. 9 изображено изменение парциального давления кислорода в альвеолярном газе во время произвольного движения и движения, вызванного чрескожной стимуляцией спинного мозга. Обозначения как на фиг. 3.In FIG. Figure 9 shows the change in the partial pressure of oxygen in the alveolar gas during voluntary movement and movement caused by percutaneous stimulation of the spinal cord. Designations as in FIG. 3.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ регуляции показателей активности дыхательной, сердечно-сосудистой, желудочно-кишечной (пищеварительной), выделительной, половой систем, функций кровоснабжения головного мозга, периферического кровоснабжения осуществляется путем неинвазивной стимуляции спинного мозга.The method of regulating the activity indicators of the respiratory, cardiovascular, gastrointestinal (digestive), excretory, reproductive systems, functions of the blood supply to the brain, peripheral blood supply is carried out by non-invasive stimulation of the spinal cord.

На первом этапе накладывают по меньшей мере один катод на кожу пациента между остистыми отростками позвонков или в области копчика над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов, а по меньше мере два анода - вентрально симметрично относительно вертикальной оси тела пациента, например, над правой и левой ключицами (вдоль ключиц), или симметрично справа и слева над ребрами (вдоль ребер), или над гребнями подвздошных костей справа и слева (вдоль гребней), или на сгибах тазобедренных суставов (вдоль сгибов).At the first stage, at least one cathode is applied to the patient’s skin between the spinous processes of the vertebrae or in the coccyx above the segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs, and at least two anodes are ventrally symmetric with respect to the vertical axis of the patient’s body, for example, above right and left clavicles (along the clavicles), or symmetrically to the right and left above the ribs (along the ribs), or over the iliac crests to the right and left (along the ridges), or on the bends of the hip joints (along the bends )

При этом катоды могут быть выполнены круглой или прямоугольной формы, размером не менее 3 см, но не более 5 см, аноды - овальной или прямоугольной формы, размером 5-10 см по длинной оси.In this case, the cathodes can be made round or rectangular in shape, with a size of at least 3 cm, but not more than 5 cm, and the anodes can be oval or rectangular, with a size of 5-10 cm along the long axis.

На электроды подают ток в виде монополярных или биполярных импульсов прямоугольной формы с длительностью импульса 0.5-1 мс с частотой 0.2-100 Гц, модулированные или не модулированные частотой 2-10 кГц с амплитудой тока 10-250 мА.The electrodes are supplied with current in the form of monopolar or bipolar pulses of rectangular shape with a pulse duration of 0.5-1 ms with a frequency of 0.2-100 Hz, modulated or not modulated with a frequency of 2-10 kHz with a current amplitude of 10-250 mA.

Расположение электродов, частоту и амплитуду импульсов выбирают в зависимости от требуемого воздействия на висцеральную систему.The location of the electrodes, the frequency and amplitude of the pulses is selected depending on the desired effect on the visceral system.

Сочетание амплитуды импульсов и формы импульсов осуществляют индивидуально путем выбора параметров, которые не вызывают болезненные ощущения у пациентов.The combination of the amplitude of the pulses and the shape of the pulses is carried out individually by selecting parameters that do not cause pain in patients.

Амплитуду тока выбирают в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов на единичные немодулированные импульсы длительностью 0.5-1 мс или на непрерывную последовательность монополярных немодулированных импульсов с частотой 0.2-1 Гц и длительностью импульса 0.5-1 мс.The current amplitude is selected within 50-100% of the minimum amplitude of the pulses that cause skeletal muscle contractions over the spinal cord segment at the level of innervation of the corresponding organ or organs to single unmodulated pulses of 0.5-1 ms duration or to a continuous sequence of monopolar unmodulated pulses with a frequency of 0.2-1 Hz and a pulse duration of 0.5-1 ms.

После определения амплитуды тока, который подают на электроды, выбирают форму импульсов (биполярные или монополярные, модулированные или не модулированные, модулированные с частотой 2-10 кГц). Известно, что для уменьшения болезненности любой электростимуляции длительность импульса уменьшают до 0.5 мс и меньше.After determining the amplitude of the current that is supplied to the electrodes, a pulse shape is selected (bipolar or monopolar, modulated or non-modulated, modulated at a frequency of 2-10 kHz). It is known that to reduce the pain of any electrical stimulation, the pulse duration is reduced to 0.5 ms or less.

Монополярные импульсы мощнее биполярных, но и болезненнее, Для монополярных импульсов требуется меньшая интенсивность тока, чтобы достигнуть одинакового эффекта.Monopolar impulses are more powerful than bipolar impulses, but also more painful. Monopolar impulses require a lower current intensity in order to achieve the same effect.

Частоты меньше 0.5 Гц (например, 0.2-1 Гц) используют для вызова рефлекторных ответов тех или иных органов, при больших частотах ответы будут накладываться или влиять предыдущий на последующий, т.е. эти частоты нужны для исполнения диагностической функции.Frequencies less than 0.5 Hz (for example, 0.2-1 Hz) are used to invoke reflex responses of various organs; at high frequencies, the responses will overlap or influence the previous one on the next one, i.e. these frequencies are needed to perform a diagnostic function.

При выборе формы импульсов тока (модулированные или немодулированные) также ориентируются на возникновение болезненных ощущений у пациентов. В частности, немодулированные импульсы вызывают более болезненные ощущения, чем модулированные несущей частотой, однако, они являются более эффективными при воздействии для вызова рефлекторных ответов.When choosing the shape of current pulses (modulated or unmodulated) they are also guided by the occurrence of painful sensations in patients. In particular, unmodulated pulses cause a more painful sensation than those modulated by the carrier frequency, however, they are more effective when exposed to trigger reflex responses.

На модулированные низкочастотные импульсы ответная функция, в частности, сокращение скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа или органов, смазанная. Поэтому для вызова рефлекторного ответа необходимо увеличивать амплитуду тока. Стабильные рефлекторные ответы вызывают только немодулированными монополярными импульсами.The response function to modulated low-frequency impulses, in particular, the contraction of skeletal muscles over a segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs, is blurred. Therefore, to cause a reflex response, it is necessary to increase the amplitude of the current. Stable reflex responses cause only unmodulated monopolar impulses.

Немодулированные монополярные импульсы ранее использовали для вызова двигательных ответов при стимуляции спинного мозга парализованных спинальных пациентов при стимуляции ниже места травмы, у них там нет чувствительности, спинальные нейронные сети «спят» через много лет после травмы (Noninvasive Reactivation of Motor Descending Control after Paralysis. Gerasimenko YP1,2,3, Lu DC4.5, Modaber M4.5, Zdunowski S1, Gad P1, Sayenko DG1, Morikawa E4,5, Haakana P4,5, Ferguson AR6,Roy RR1.7, Edgerton VR1,4,7. J Neurophysiol. 2016 Jul 1; 116 (1): 98-105. doi: 10.1152/jn.00146.2016. Epub 2016 Apr 13.). Для неинвазивной стимуляции спинного мозга детей с ДЦП использовали модулированные биполярные импульсы (Никитюк И.Е., Мошонкина Т.Р., Герасименко Ю.П., Виссарионов С.В., Баиндурашвили А.Г. Регуляция баланса у детей с тяжелыми формами детского церебрального паралича после локомоторных тренировок в комбинации с электростимуляцией мышц и спинного мозга. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2016. т. 93. №5. с. 23-28.).Unmodulated monopolar impulses were previously used to induce motor responses during spinal cord stimulation of paralyzed spinal patients during stimulation below the injury site, they have no sensitivity there, spinal neural networks “sleep” many years after the injury (Noninvasive Reactivation of Motor Descending Control after Paralysis. Gerasimenko YP1,2,3, Lu DC4.5, Modaber M4.5, Zdunowski S1, Gad P1, Sayenko DG1, Morikawa E4.5, Haakana P4.5, Ferguson AR6, Roy RR1.7, Edgerton VR1,4,7. J Neurophysiol. 2016 Jul 1; 116 (1): 98-105. Doi: 10.1152 / jn.00146.2016. Epub 2016 Apr 13.). For non-invasive stimulation of the spinal cord of children with cerebral palsy, modulated bipolar pulses were used (Nikityuk I.E., Moshonkina TR, Gerasimenko Yu.P., Vissarionov S.V., Baindurashvili A.G. Balance regulation in children with severe forms of childhood cerebral palsy after locomotor training in combination with electrical stimulation of muscles and spinal cord. Issues of balneology, physiotherapy and physiotherapy. 2016. v. 93. No. 5. p. 23-28.).

Возможны следующие варианты расположения электродов и диапазоны параметров тока, подаваемого на указанные выше электроды.The following options for the location of the electrodes and ranges of the parameters of the current supplied to the above electrodes are possible.

Например, для регуляции инспираторной функции дыхания катод располагают над позвонками Т2-Т3, а аноды - над нижними ребрами, используют частоту тока 30-50 Гц, биполярные или монополярные модулированные импульсы и амплитуды тока в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующих органов.For example, to regulate the inspiratory function of respiration, the cathode is placed above the T2-T3 vertebrae, and the anodes are above the lower ribs, a current frequency of 30-50 Hz, bipolar or monopolar modulated pulses and current amplitudes within 50-100% of the minimum pulse amplitude causing contraction of skeletal muscles over a segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organs.

Например, для регуляции экспираторной функции дыхания катод располагают над позвонками T11-L2, а аноды - над подвздошными костями, используют частоту тока 30-50 Гц, биполярные или монополярные модулированные импульсы, амплитуда тока которых равна или находится в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующих органов.For example, to regulate the expiratory function of respiration, the cathode is placed above the T11-L2 vertebrae, and the anodes are above the iliac bones, a current frequency of 30-50 Hz, bipolar or monopolar modulated pulses with a current amplitude equal to or in the range of 50-100% of the minimum the amplitudes of the impulses causing skeletal muscle contractions above the spinal cord segment at the level of innervation of the corresponding organs.

Например, для регуляции мозгового кровообращения катод располагают в области С1-С3 позвонков, а аноды над ключицами, используют частоту тока 50 Гц, биполярные или монополярные модулированные импульсы, амплитуда которых находится в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа.For example, to regulate cerebral circulation, the cathode is located in the C1-C3 region of the vertebrae, and the anodes above the clavicle use a current frequency of 50 Hz, bipolar or monopolar modulated pulses, the amplitude of which is in the range of 50-100% of the minimum amplitude of the pulses that cause skeletal muscle contractions over a segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ.

Например, для регуляции выделительной системы катод ставят в область L3-S1 позвонков, а анод - в складки тазобедренного сустава, используют частоту тока 0.2-3 Гц, биполярные или монополярные модулированные импульсы, амплитуда которых находится в пределах 50-100% от минимальной амплитуды импульсов, вызывающих сокращения скелетных мышц над сегментом спинного мозга на уровне иннервации соответствующего органа. Например, для регуляции желудочно-кишечной системы катод ставят между остистыми отростками позвонков в области Т6-Т12 позвонков, а аноды вентрально в области ребер и воздействуют последовательностью электрических прямоугольных импульсов через указанные электроды с частотой 30-50 Гц.For example, to regulate the excretory system, the cathode is placed in the region of the L3-S1 vertebrae, and the anode is placed in the folds of the hip joint, a current frequency of 0.2-3 Hz, bipolar or monopolar modulated pulses with an amplitude in the range of 50-100% of the minimum pulse amplitude are used causing skeletal muscle contractions over a segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ. For example, to regulate the gastrointestinal system, the cathode is placed between the spinous processes of the vertebrae in the T6-T12 region of the vertebrae, and the anodes are ventrally in the region of the ribs and act by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 30-50 Hz.

Длительность воздействия составляет от 1 мин до 60 мин. Стимуляция может проводиться курсами.The exposure duration is from 1 minute to 60 minutes. Stimulation can be done in courses.

Чрескожная стимуляция спинного мозга может сопровождаться механотерапией.Percutaneous spinal cord stimulation may be accompanied by mechanotherapy.

Чрескожная стимуляция спинного мозга может сопровождаться фармакотерапией.Percutaneous spinal cord stimulation may be accompanied by pharmacotherapy.

Пример 1. Влияние чрескожной электрической стимуляции спинного мозга на характеристики внешнего дыхания.Example 1. The effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the characteristics of external respiration.

Из предшествовавшего уровня техники известно, что электрическая эпидуральная стимуляция спинного мозга влияет как на инспираторную, так и на экспираторную функцию дыхания. Цель исследования - показать, что, используя чрескожную стимуляцию спинного мозга, можно управлять параметрами дыхания.From the prior art it is known that electrical epidural stimulation of the spinal cord affects both inspiratory and expiratory respiratory function. The purpose of the study is to show that, using percutaneous stimulation of the spinal cord, it is possible to control respiration parameters.

Исследование проведено на здоровом добровольце мужского пола. Испытуемый во время исследований был помещен в реабилитационный тренажер (БИОКИН, производитель ООО «Косима»), обеспечивающий принудительные движения ног в шагательном ритме, а также, в другом режиме, позволяющий испытуемому самостоятельно совершать шагательные движения. Во время исследований испытуемый находился в положении полулежа (Фиг. 1).The study was conducted on a healthy male volunteer. During the research, the test subject was placed in a rehabilitation simulator (BIOKIN, manufacturer of Kosima LLC), which provides forced leg movements in a walking rhythm, as well as in another mode, allowing the test subject to make walking movements on his own. During the study, the subject was in a reclining position (Fig. 1).

Для чрескожной стимуляции спинного был использован 5-канальный стимулятор Биостим-5 (производитель ООО «Косима»). Катоды располагали накожно по центральной линии позвоночника между остистыми отростками позвонков Th12-L1 и L1-L2. В качестве электродов использовали круглые электроды диаметром 2.5 см с адгезивным слоем (Syrtenty®). В качестве анодов использовали пару овальных электродов размером 5*10 см² с адгезивным слоем (Syrtenty®), их размещали накожно в области живота, над подвздошными костями справа и слева. Аноды были соединены между собой.For percutaneous spinal stimulation, a 5-channel stimulator Biostim-5 (manufacturer Kosima LLC) was used. The cathodes were placed percutaneously in the central line of the spine between the spinous processes of the vertebrae Th12-L1 and L1-L2. As electrodes, round electrodes with a diameter of 2.5 cm with an adhesive layer (Syrtenty®) were used. A pair of oval electrodes 5 * 10 cm ² with an adhesive layer (Syrtenty®) were used as anodes; they were placed cutaneously in the abdomen, above the iliac bones on the right and left. Anodes were interconnected.

Стимуляция спинного мозга проводилась монополярными модулированными импульсами частотой 30 Гц, частота модуляции 5 кГц, длительность импульса - 1 мс. Интенсивность тока подбирали для каждого из двух уровней стимуляции до появления сокращений мышц нижних конечностей, амплитуда тока составляла 50-70 мА.Spinal cord stimulation was carried out by unipolar modulated pulses with a frequency of 30 Hz, a modulation frequency of 5 kHz, and a pulse duration of 1 ms. The current intensity was selected for each of the two levels of stimulation until the contraction of the muscles of the lower extremities, the amplitude of the current was 50-70 mA.

Для регистрации параметров вентиляции легких и газообмена использовали систему для проведения нагрузочных кардио-респираторных тестов и оценки метаболизма Cosmed Quark СРЕТ, включающую турбинный датчик измерения потока воздуха, фотоэлектрический оксигемометр, инфракрасный датчик углекислого газа и парамагнитный кислородный датчик.To record the parameters of lung ventilation and gas exchange, we used a Cosmed Quark CPET system for conducting cardio-respiratory stress tests and evaluating metabolism, including a turbine sensor for measuring air flow, a photoelectric oximeter, an infrared carbon dioxide sensor and a paramagnetic oxygen sensor.

Исследование проводили не менее чем через два часа после приема пищи. Перед каждым исследованием дезинфицировали лицевые маски и трубки и калибровали систему. Спонтанное дыхание осуществлялось через маску.The study was conducted no less than two hours after a meal. Before each study, face masks and tubes were disinfected and the system calibrated. Spontaneous breathing was carried out through the mask.

Исследование состояло из трех этапов.The study consisted of three stages.

На этапе I параметры спонтанного дыхания регистрировали в режиме нагрузочного тестирования "дыхание за дыханием". В результате автоматической расшифровки данных определяли следующие параметры: частота дыхания (Rf, цикл/мин), дыхательный объем (V_T, л), минутный объем вентиляции легких (V_E, л/мин), минутный объем потребления кислорода (V_O2, мл/мин), парциальное давление кислорода (Р_O2, мм рт.ст.) и углекислого газа (Р_CO2, мм рт.ст.) в альвеолярном газе, время вдоха (Т_I, с), время выдоха (Т_E, с) и степень оксигенации крови (S_O2, %). Система Cosmed Quark СРЕТ вычисляла дыхательный коэффициент (RQ) и общий обмен энергии (Е, кКал/мин).At stage I, spontaneous respiration parameters were recorded in the breath-by-breath exercise test mode. As a result of automatic data decryption, the following parameters were determined: respiratory rate (Rf, cycle / min), tidal volume (V _T , l), minute volume of ventilation of the lungs (V _E , l / min), minute volume of oxygen consumption (V _O2 , ml / min), the partial pressure of oxygen (P _O2 , mm Hg) and carbon dioxide (P _CO2 , mm Hg) in the alveolar gas, inspiratory time (T _I , s), expiratory time (T _E , s ) and the degree of blood oxygenation (S _O2 ,%). The Cosmed Quark CPET system calculated the respiratory coefficient (RQ) and total energy exchange (E, kcal / min).

На этапе II испытуемый дышал через одноразовый мундштук. Параметры регистрировали в режиме тестирования "SVC". В результате автоматической расшифровки данных, в лучшей из выполненных проб, определяли жизненную емкость легких (EVC, л), резервный объем вдоха (IRV, л), резервный объем выдоха (ERV, л), дыхательный объем (VT, л) и емкость вдоха (IС, л).In stage II, the test subject was breathing through a disposable mouthpiece. The parameters were recorded in the test mode "SVC". As a result of automatic decryption of the data, in the best of the performed tests, the lung capacity (EVC, l), reserve inspiratory volume (IRV, l), reserve expiratory volume (ERV, l), tidal volume (VT, l) and inspiratory capacity were determined (IC, l).

На этапе III испытуемый также дышал через одноразовый мундштук. Параметры регистрировали в режиме тестирования "FVC". В результате автоматической расшифровки данных, в лучшей из выполненных проб, определяли форсированную жизненная емкость легких (FVC, л), пиковый экспираторный поток (PEF, л/сек), экспираторные потоки при выдохе 75%, 50% и 25% от форсированной жизненной емкости легких (MEF 75%, MEF 50%, MEF 35%, л/сек), объем форсированного выдоха за 1 сек (FEV1, л), время форсированного выдоха (FET100%, сек).In stage III, the subject also breathed through a disposable mouthpiece. Parameters were recorded in the "FVC" test mode. As a result of automatic decryption of the data, in the best of the performed samples, the forced vital capacity of the lungs (FVC, l), the peak expiratory flow (PEF, l / s), expiratory flows at expiration of 75%, 50% and 25% of the forced vital capacity were determined lungs (MEF 75%, MEF 50%, MEF 35%, l / s), forced expiratory volume in 1 sec (FEV1, l), forced expiratory time (FET100%, sec).

I этап - изучение влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на спонтанную вентиляцию легких, включал 5 серий. Между сериями испытуемый не менее 5 мин лежал в тренажере-кровати в состоянии покоя для исключения влияния предыдущих воздействий на результаты последующих серий.Stage I - the study of the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on spontaneous ventilation of the lungs, included 5 series. Between series, the test subject lay for at least 5 minutes in the simulator-bed at rest to exclude the influence of previous influences on the results of subsequent series.

1. Определение параметров вентиляции легких, газообмена и энергообмена, соответствующих состоянию покоя, параметры спокойного дыхания регистровали на протяжении 5 минут.1. Determination of the parameters of lung ventilation, gas exchange and energy exchange corresponding to the state of rest, the parameters of calm breathing were recorded for 5 minutes.

2. Исследование реакции системы дыхания на чрескожную электростимуляцию спинного мозга. Параметры дыхания регистрировали последовательно: 1 мин в исходном состоянии покоя, 30 сек во время стимуляции спинного мозга на уровне Th12-L1 позвонков, 30 сек во время одновременной стимуляции спинного мозга на уровнях Th12-L1 и L1-L2 позвонков, 30 сек восстановления после полной отмены стимуляции.2. The study of the reaction of the respiratory system to percutaneous electrical stimulation of the spinal cord. Respiratory parameters were recorded sequentially: 1 min in the initial state of rest, 30 sec during spinal cord stimulation at the level of the vertebrae Th12-L1, 30 sec during simultaneous spinal cord stimulation at the levels of Th12-L1 and L1-L2 of the vertebrae, 30 sec of recovery after complete withdrawal of stimulation.

3. Исследование реакции системы дыхания на чрескожную электростимуляцию спинного мозга на фоне выполнения произвольных шагательных движений, с преодолением сопротивления ~50-70 Н в тренажере-кровати. Параметры дыхания регистрировали последовательно: 30 сек во время выполнения произвольных шагательных движений, 30 сек во время стимуляции спинного мозга на уровне Th12-L1 позвонков на фоне выполнения произвольных шагательных движений, 30 сек во время одновременной стимуляции спинного мозга на уровнях Th12-L1 и L1-L2 позвонков на фоне выполнения произвольных шагательных движений, 30 сек во время выполнения произвольных шагательных движений после полной отмены стимуляции.3. Investigation of the reaction of the respiratory system to percutaneous electrical stimulation of the spinal cord against the background of performing arbitrary walking movements, with overcoming resistance of ~ 50-70 N in the simulator bed. Respiratory parameters were recorded sequentially: 30 seconds during the execution of voluntary walking movements, 30 seconds during stimulation of the spinal cord at the level of Th12-L1 vertebrae against the background of performing arbitrary walking movements, 30 seconds during simultaneous stimulation of the spinal cord at levels of Th12-L1 and L1- L2 vertebrae on the background of performing arbitrary walking movements, 30 seconds during the execution of arbitrary walking movements after the complete cancellation of stimulation.

4. Контрольное исследование реакции системы дыхания на выполнение произвольных шагательных движений. Параметры дыхания регистрировали последовательно: 1 мин в исходном состоянии покоя, 2 мин во время выполнения произвольных шагательных движений, 1 мин восстановления после прекращения движений.4. A control study of the reaction of the respiratory system to the execution of arbitrary walking movements. Respiratory parameters were recorded sequentially: 1 min in the initial state of rest, 2 min during the execution of arbitrary walking movements, 1 min of recovery after the cessation of movements.

5. Исследование реакции системы дыхания на чрескожную электростимуляцию спинного мозга на фоне осуществления тренажером-кроватью пассивных шагательных движений ногами испытуемого. Параметры дыхания регистрировали последовательно: 30 сек во время осуществления пассивных шагательных движений, 30 сек во время стимуляции спинного мозга на уровне TM2-L1 позвонков на фоне осуществления пассивных шагательных движений, 30 сек во время одновременной стимуляции спинного мозга на уровнях TM2-L1 и L1-L2 позвонков на фоне осуществления пассивных шагательных движений, 30 сек во время осуществления пассивных шагательных движений после полной отмены стимуляции.5. The study of the reaction of the respiratory system to percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the background of the exercise machine-bed passive walking movements of the legs of the subject. Respiratory parameters were recorded sequentially: 30 sec during passive walking movements, 30 sec during spinal cord stimulation at the level of TM2-L1 vertebrae against the background of passive walking movements, 30 sec during simultaneous spinal cord stimulation at levels TM2-L1 and L1- L2 vertebrae on the background of the implementation of passive walking movements, 30 seconds during the implementation of passive walking movements after the complete cancellation of stimulation.

II этап - изучение влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на функциональные резервы аппарата дыхания включал 3 серии.Stage II - the study of the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the functional reserves of the respiratory apparatus included 3 series.

1. Определение основных объемов и емкостей легких, соответствующих состоянию физического покоя. Параметры дыхания регистрировали во время выполнения испытуемым три раза подряд следующего комплекса манипуляций: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально глубокий выдох.1. Determination of the main volumes and capacities of the lungs corresponding to the state of physical rest. Respiratory parameters were recorded during the test three times in a row by the subject of the following set of manipulations: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the deepest exhalation.

2. Контрольное исследование влияния выполнения произвольных шагательных движений на основные объемы и емкости легких. Параметры дыхания регистрировали во время выполнения движений с преодолением сопротивления ~50-70 Н в тренажере-кровати. Испытуемый три раза подряд выполнял следующие дыхательные упражнения: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально глубокий выдох.2. A control study of the effect of performing arbitrary walking movements on the main volumes and capacities of the lungs. Respiratory parameters were recorded during movements with overcoming resistance of ~ 50-70 N in the simulator bed. The subject performed the following breathing exercises three times in a row: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the deepest exhalation.

3. Исследование влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на основные объемы и емкости легких. Параметры дыхания регистрировали во время электростимуляции спинного мозга спинного мозга на уровнях Th12-L1 и L1-L2 позвонков. Испытуемый три раза подряд выполнял следующие дыхательные упражнения: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально глубокий выдох.3. The study of the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the main volumes and capacities of the lungs. Respiratory parameters were recorded during electrical stimulation of the spinal cord of the spinal cord at the levels of Th12-L1 and L1-L2 vertebrae. The subject performed the following breathing exercises three times in a row: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the deepest exhalation.

III этап - изучение влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на работоспособность дыхательной мускулатуры и сопротивление воздухоносных путей потоку воздуха включал 3 серии.Stage III - the study of the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the performance of the respiratory muscles and the resistance of the airways to the air flow included 3 series.

1. Определение основных параметров форсированного выдоха, соответствующих состоянию физического покоя. Испытуемый три раза подряд выполнял следующие дыхательные упражнения: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально резкий и глубокий выдох.1. Determination of the main parameters of forced expiration corresponding to the state of physical rest. The subject performed the following breathing exercises three times in a row: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the sharpest and deepest exhalation.

2. Контрольное исследование влияния выполнения произвольных шагательных движений на основные параметры форсированного выдоха. Параметры дыхания регистрировали во время выполнения произвольных шагательных движений с преодолением сопротивления ~50-70 Н в тренажере-кровати. Испытуемый три раза подряд выполняют следующий комплекс манипуляций: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально резкий и глубокий выдох.2. A control study of the effect of performing arbitrary walking movements on the main parameters of forced expiration. Respiratory parameters were recorded during the execution of arbitrary walking movements with overcoming resistance of ~ 50-70 N in the simulator bed. The subject performs the following set of manipulations three times in a row: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the sharpest and deepest exhalation.

3. Исследование влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на основные параметры форсированного выдоха. Параметры дыхания регистрировали во время электростимуляции спинного мозга спинного мозга на уровнях Th12-L1 и L1-L2 позвонков. Испытуемый три раза подряд выполняют следующий комплекс манипуляций: три спокойных вдоха и выдоха, максимально глубокий вдох, максимально резкий и глубокий выдох.3. The study of the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the main parameters of forced expiration. Respiratory parameters were recorded during electrical stimulation of the spinal cord of the spinal cord at the levels of Th12-L1 and L1-L2 vertebrae. The subject performs the following set of manipulations three times in a row: three calm inhalations and exhalations, the deepest inhalation, the sharpest and deepest exhalation.

Результатыresults

Этап IStage I

1. У испытуемого, находящегося лежа на спине и соблюдающего физический покой на протяжении пяти минут, параметры вентиляции легких, газообмена и метаболизма соответствовали диапазону физиологических колебаний. Дыхание осуществлялось в нормопноическом режиме. Время вдоха было короче времени выдоха (табл. 1). Показатели газообмена также соответствовали норме. Дыхательный коэффициент был ниже единицы, общий обмен энергии составил 1,87 кКал/мин (табл. 1).1. In a test subject lying on his back and observing physical rest for five minutes, the parameters of ventilation, gas exchange and metabolism corresponded to the range of physiological fluctuations. Breathing was carried out in a normopoic mode. The inspiratory time was shorter than the expiratory time (Table 1). Gas exchange rates were also in line with the norm. The respiratory coefficient was below unity; the total energy exchange was 1.87 kcal / min (Table 1).

2. При исследовании влияния чрескожной электростимуляции спинного мозга на параметры вентиляции легких, газообмена и метаболизма в исходном фоновом состоянии покоя исследуемые параметры незначительно отличались от значений полученных в предыдущем контрольном исследовании (покой в течение 5 минут) (табл. 1). Большая частота дыхания, обусловленная, вероятно, предстартовым эмоциональным состоянием, приводила к увеличению объему вентиляции легких, повышению содержания кислорода, вымыванию углекислого газа из альвеолярного воздуха и повышению степени оксигенации гемоглобина (табл. 1). При этом потребление кислорода, дыхательный коэффициент и уровень общего обмена энергии не отличались от данных контрольного исследования, что еще раз подтверждает эмоциональную природу отмеченных изменений в характере вентиляции легких (табл. 1).2. When studying the effect of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord on the parameters of ventilation of the lungs, gas exchange, and metabolism in the initial background state of rest, the parameters studied did not differ significantly from the values obtained in the previous control study (rest for 5 minutes) (Table 1). The high respiration rate, probably due to the pre-launch emotional state, led to an increase in lung ventilation, an increase in oxygen content, leaching of carbon dioxide from the alveolar air and an increase in the degree of hemoglobin oxygenation (Table 1). At the same time, oxygen consumption, respiratory coefficient, and the level of total energy exchange did not differ from the control study data, which once again confirms the emotional nature of the noted changes in the nature of lung ventilation (Table 1).

Чрескожная электростимуляция спинного мозга на уровне TM2-L1 позвонков сопровождалась выраженными изменениями характера дыхания. За счет уменьшения времени вдоха и выдоха происходило значительное учащение дыхания (табл. 1). Которое, несмотря на сокращение дыхательного объема, привело к увеличению минутного объема вентиляции легких. Поскольку данная реакция сопровождалась дальнейшим повышением содержания кислорода и вымыванием углекислоты из альвеолярного воздуха, не смотря на некоторый прирост потребления кислорода (табл. 1), можно говорить о том, что вентиляция легких, в условии чрескожной электростимуляции спинного мозга на уровне Th12-L1 позвонков, осуществлялась в гипервентиляционном режиме.Percutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of TM2-L1 vertebrae was accompanied by pronounced changes in the nature of respiration. By reducing the time of inhalation and exhalation, there was a significant increase in respiration (Table 1). Which, despite the reduction in tidal volume, led to an increase in minute volume of ventilation. Since this reaction was accompanied by a further increase in oxygen content and leaching of carbon dioxide from the alveolar air, despite some increase in oxygen consumption (Table 1), we can say that ventilation of the lungs, in the condition of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of the vertebrae Th12-L1, carried out in hyperventilation mode.

Одновременная электростимуляция спинного мозга на уровне Th12-L1 и L1-L2 позвонков вызывала дальнейшее увеличение частоты и снижение глубины дыхания (табл. 1). Причем частота дыхания увеличивалась исключительно за счет уменьшения времени выдоха (табл. 1). Интенсивность вентиляции легких снижалась, однако дыхание было очень частым и поверхностным, поэтому последние порции выдыхаемого воздуха не соответствовали по составу альвеолярному газу, что проявилось в аппаратном завышении показателей парциального давления кислорода и занижении показателей парциального давления углекислого газа, потребления кислорода и общего обмена энергии (табл. 1). Судя по данным оксигенации значительной гиповентиляции не было, но оксигенация гемоглобина является очень устойчивым показателем и изменяется лишь при значительном снижении содержания растворенного в плазме артериальной крови кислорода (табл. 1).Simultaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of the Th12-L1 and L1-L2 vertebrae caused a further increase in the frequency and decrease in the depth of breathing (Table 1). Moreover, the respiratory rate increased solely due to a decrease in exhalation time (Table 1). The intensity of ventilation was reduced, but breathing was very frequent and shallow, so the last portions of exhaled air did not match the composition of the alveolar gas, which was manifested in a hardware overestimation of the partial pressure of oxygen and the underestimation of the partial pressure of carbon dioxide, oxygen consumption and general energy exchange (table . one). Judging by the oxygenation data, there was no significant hypoventilation, but hemoglobin oxygenation is a very stable indicator and changes only with a significant decrease in the content of oxygen dissolved in the arterial blood plasma (Table 1).

Полное прекращение электростимуляции спинного мозга сопровождалось снижением частоты дыхания и увеличением дыхательного объема, в результате которого значительно возрос минутный объем вентиляции легких (табл. 1). Парциальные давления кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе и дыхательный коэффициент нормализовались и стали соответствовать исходным фоновым значениям (табл. 1). Потребление кислорода и оксигенация гемоглобина росли (табл. 1). Значительное увеличение показателей потребления кислорода и общего энергообмена можно попытаться объяснить как более точным анализом состава альвеолярного газа при глубоком дыхании, так и покрытием кислородного долга, который мог возникнуть в предыдущий период исследования.The complete cessation of spinal cord electrical stimulation was accompanied by a decrease in respiratory rate and an increase in tidal volume, as a result of which the minute volume of ventilation was significantly increased (Table 1). The partial pressures of oxygen and carbon dioxide in the exhaled air and the respiratory coefficient normalized and began to correspond to the initial background values (Table 1). Oxygen consumption and hemoglobin oxygenation increased (Table 1). A significant increase in oxygen consumption and total energy exchange can be explained by a more accurate analysis of the composition of the alveolar gas during deep breathing, and by the coating of oxygen debt that could arise in the previous period of the study.

Таким образом, чрескожная стимуляция спинного мозга вызывает значимые изменения как в вентиляции легких, так и в газо- и энергообмене. Если электростимуляция спинного мозга на уровне TM2-L1 позвонков сопровождается увеличением вентиляции легких, потребления кислорода и уровня общего энергообмена, то одновременная стимуляция на уровне TM2-L1 и L1-L2 позвонков вызывает снижение вентиляции легких, потребления кислорода и показателей энергообмена.Thus, percutaneous stimulation of the spinal cord causes significant changes in both ventilation of the lungs and gas and energy metabolism. If electrical stimulation of the spinal cord at the level of TM2-L1 vertebrae is accompanied by an increase in lung ventilation, oxygen consumption and total energy exchange, then simultaneous stimulation at the level of TM2-L1 and L1-L2 vertebrae causes a decrease in lung ventilation, oxygen consumption and energy metabolism.

3. При исследовании влияния чрескожной стимуляции спинного мозга на динамику параметров вентиляции легких, газообмена и метаболизма в процессе выполнения произвольных шагательных движений исходным фоновым состоянием были первые 30 с произвольного "шагания" в тренажере-кровати. Реакция системы дыхания на физическую нагрузку соответствовала норме (табл. 2). Так, по сравнению с контрольным исследованием в состоянии покоя (табл. 1), дыхание в начальной реакции на физическую нагрузку характеризовалось повышением частоты, за счет сокращения времени вдоха и выдоха, увеличением минутной вентиляции легких, потребления кислорода и уровня общего энергообмена (табл. 2). Дыхательный коэффициент был несколько снижен. Показатели газообмена соответствовали норме (табл. 2), что говорит об адекватной реакции дыхательной системы на выполняемую физическую работу.3. When studying the influence of percutaneous spinal cord stimulation on the dynamics of lung ventilation, gas exchange, and metabolism in the process of performing arbitrary walking movements, the initial background state was the first 30 seconds of arbitrary “walking” in the simulator bed. The response of the respiratory system to physical activity was in line with the norm (Table 2). So, in comparison with the control study at rest (Table 1), breathing in the initial reaction to physical activity was characterized by an increase in frequency, due to a reduction in inspiration and expiration times, an increase in minute ventilation, oxygen consumption and the level of general energy exchange (Table 2 ) The respiratory rate was slightly reduced. The gas exchange rates corresponded to the norm (Table 2), which indicates an adequate reaction of the respiratory system to the physical work performed.

Чрескожная электростимуляция спинного мозга на уровне Th12-L1 позвонков на фоне выполнения произвольных шагательных движений сопровождалась увеличением минутного объема вентиляции легких за счет углубления дыхания (табл. 2). Частота дыхания при стимуляции несколько снижалась, за счет синхронного увеличения времени вдоха и выдоха (табл. 2). Несмотря на повышение потребления кислорода, его парциальное давление в выдыхаемом воздухе уменьшилось, а углекислого газа - увеличилось, относительно предыдущего периода выполнения движений без стимуляции (табл. 2), однако содержание углекислого газа в выдыхаемом воздухе оставалось несколько заниженным относительно контрольного состояния покоя (табл. 1), что свидетельствует о достаточности и нормализации реакции системы дыхания направленной на обеспечение растущего уровня энергообмена (табл. 2). Значение дыхательного коэффициента продолжало снижаться (табл. 2). При одновременной электростимуляции спинного мозга на уровне Th12-L1 и L1-L2 позвонков на фоне выполнения произвольных шагательных движений наблюдался дальнейший прирост минутного объема вентиляции легких за счет увеличения дыхательного объема (табл. 2). Частота дыхания практически не менялась. Был отмечен дальнейший рост потребления кислорода и уровня общего энергообмена. Парциальное напряжение кислорода в альвеолярном газе продолжало падать, а углекислого газа - расти (табл. 2).Percutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of the Th12-L1 vertebrae against the background of performing arbitrary walking movements was accompanied by an increase in the minute volume of ventilation of the lungs due to deepening of breathing (Table 2). Respiratory rate during stimulation decreased slightly due to a synchronous increase in inspiration and expiration time (Table 2). Despite the increase in oxygen consumption, its partial pressure in exhaled air decreased, and carbon dioxide increased, relative to the previous period of movements without stimulation (Table 2), however, the carbon dioxide content in exhaled air remained somewhat underestimated relative to the control state of rest (table. 1), which indicates the adequacy and normalization of the reaction of the respiratory system aimed at ensuring a growing level of energy exchange (table. 2). The value of the respiratory coefficient continued to decrease (table. 2). With simultaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of the Th12-L1 and L1-L2 vertebrae against the background of performing arbitrary walking movements, a further increase in the minute volume of ventilation was observed due to an increase in tidal volume (Table 2). The respiratory rate remained virtually unchanged. A further increase in oxygen consumption and overall energy exchange was noted. The partial tension of oxygen in the alveolar gas continued to fall, while the carbon dioxide continued to grow (Table 2).

После полного прекращения электростимуляции спинного мозга на фоне продолжения выполнения произвольных шагательных движений вентиляции легких продолжала расти за счет углубления дыхания (табл. 2). Частота дыхания уменьшилась и стала ниже чем в исходном фоновом состоянии начала выполнения произвольных шагательных движений (табл. 2). Потребление кислорода и уровень общего энергообмена несколько снизились, но остались значительно выше исходного фонового уровня. Показатели содержания кислорода и углекислого газа оставались в пределах нормы (табл. 2).After the complete cessation of spinal cord electrical stimulation, while continuing to perform voluntary walking movements of the lung ventilation, it continued to grow due to the deepening of breathing (Table 2). The respiratory rate decreased and became lower than in the initial background state of the beginning of the execution of arbitrary walking movements (Table 2). Oxygen consumption and the level of total energy exchange decreased slightly, but remained significantly higher than the initial background level. Indicators of oxygen and carbon dioxide remained within normal limits (Table 2).

Таким образом, чрескожная стимуляция спинного мозга на фоне выполнения произвольных шагательных движений вызывает некоторые изменения как в вентиляции легких, так и в газо- и энергообмене. Тот факт, что отмена электростимуляции, в условии продолжения выполнения движений, вызывает снижение частоты дыхания, потребления кислорода и уровня общего энергообмена может говорить о наличии активируемых стимуляцией энергопотребителей, которыми может оказаться вспомогательная дыхательная мускулатура.Thus, percutaneous stimulation of the spinal cord against the background of performing arbitrary walking movements causes some changes both in ventilation of the lungs and in gas and energy metabolism. The fact that the cancellation of electrical stimulation, while continuing to perform movements, causes a decrease in respiratory rate, oxygen consumption and the level of general energy exchange can indicate the presence of stimulated energy consumers, which may be auxiliary respiratory muscles.

4. Исследование динамики параметров вентиляции легких, газообмена и метаболизма в процессе выполнения произвольных шагательных движений осуществлялось с целью выявления особенностей реакции системы дыхания на работу, осуществляемую в тренажере-кровати. В исходном состоянии покоя параметры вентиляции легких и газообмена соответствовали диапазону физиологических колебаний (табл. 3), но несколько отличались от значений контрольного исследования состояния покоя (табл. 1). Так минутный объем вентиляции легких, частота дыхания, уровень энергообмена, потребление кислорода и его парциальное давление в выдыхаемом воздухе были несколько выше, а глубина дыхания, дыхательный коэффициент и парциальное давление углекислого газа - незначительно ниже (табл. 3) величин контрольного исследования (табл. 1).4. The study of the dynamics of the parameters of lung ventilation, gas exchange and metabolism in the process of performing arbitrary walking movements was carried out in order to identify the characteristics of the reaction of the respiratory system to the work carried out in the simulator bed. In the initial resting state, the parameters of lung ventilation and gas exchange corresponded to the range of physiological oscillations (Table 3), but slightly differed from the values of the control study of the resting state (Table 1). So the minute volume of ventilation, respiratory rate, energy exchange, oxygen consumption and its partial pressure in exhaled air were slightly higher, and the depth of breathing, respiratory coefficient and carbon dioxide partial pressure were slightly lower (Table 3) of the control study values (Table. one).

Динамика вентиляторного ответа при выполнении произвольных шагательных движений в тренажере-кровати соответствовала нормальной реакции организма на физическую работу (табл. 3). Так, в начале произвольных шагательных движений был отмечен резкий прирост минутной вентиляции легких за счет увеличения глубины (табл. 3), вызвавший увеличение парциального давления кислорода в альвеолярном газе. На всем протяжении выполнения шагательных движений был отмечен постоянный прирост минутного объема вентиляции легких, дыхательного объема, потребления кислорода и уровня энергообмена. При этом до девяностой секунды выполнения работы было отмечено снижение парциального давления кислорода в выдыхаемом воздухе и степени оксигенации гемоглобина, что говорит о недостаточности вентиляторного ответа на выполняемую нагрузку.The dynamics of the ventilatory response when performing arbitrary walking movements in the simulator-bed corresponded to the normal reaction of the body to physical work (Table 3). So, at the beginning of voluntary walking movements, there was a sharp increase in minute ventilation of the lungs due to an increase in depth (Table 3), which caused an increase in the partial pressure of oxygen in the alveolar gas. Throughout the implementation of walking movements, there was a constant increase in the minute volume of ventilation of the lungs, tidal volume, oxygen consumption and energy exchange level. In this case, until the ninetieth second of the work, a decrease in the partial pressure of oxygen in the exhaled air and the degree of oxygenation of hemoglobin was noted, which indicates a lack of a ventilatory response to the load performed.

В течение одной минуты после прекращения произвольных шагательных движений было отмечено снижение вентиляции легких, потребления кислорода и уровня общего энергообмена (табл. 3), однако полное восстановление, до исходных параметров, не происходило (табл. 3).Within one minute after the cessation of voluntary walking movements, there was a decrease in lung ventilation, oxygen consumption and the level of general energy exchange (Table 3), however, a complete restoration to the initial parameters did not occur (Table 3).

5. При исследовании влияния чрескожной стимуляции спинного мозга на динамику параметров вентиляции легких, газообмена и метаболизма в процессе осуществления пассивных шагательных движений исходным фоновым состоянием были первые тридцать секунд пассивного "шагания" в тренажере-кровати. По сравнению с контрольным исследованием в состоянии покоя (табл. 1), дыхание во время стартовой реакции на пассивные движения ног характеризовалось повышением частоты, за счет сокращения времени вдоха и выдоха, увеличением минутной вентиляции легких, потребления кислорода, дыхательного коэффициента и уровня общего энергообмена (табл. 4). Парциальное давление кислорода в выдыхаемом воздухе было значительно выше, а углекислого газа - ниже, чем в контрольном состоянии покоя (табл. 1, 4), что говорит об гипервентиляционной реакции дыхательной системы на осуществление пассивных движений.5. When examining the effect of percutaneous spinal cord stimulation on the dynamics of lung ventilation, gas exchange, and metabolism during passive walking movements, the initial thirty seconds were the first thirty seconds of passive “walking” in the bed simulator. Compared to the control study at rest (Table 1), breathing during the initial reaction to passive leg movements was characterized by an increase in frequency due to a decrease in inspiration and expiration times, an increase in minute ventilation, oxygen consumption, respiratory coefficient and the level of general energy exchange ( table 4). The partial pressure of oxygen in the exhaled air was significantly higher, and carbon dioxide - lower than in the control state of rest (Tables 1, 4), which indicates a hyperventilation of the respiratory system to the implementation of passive movements.

Чрескожная электростимуляция спинного мозга на уровне Th12-L1 позвонков на фоне осуществления пассивных шагательных движений сопровождалась очень незначительным приростом минутного объема вентиляции легких и уровня энергообмена (табл. 4). Частота дыхания при стимуляции росла, прежде всего, за счет сокращения времени выдоха (табл. 4). Потребление кислорода несколько снизилось, а его парциальное давление в выдыхаемом воздухе существенно возросло. Также произошло снижение парциального давления углекислого газа в выдыхаемом воздухе, что свидетельствует об усугублении гипервентиляции (табл. 4). Зафиксированное снижение значения оксигенации гемоглобина могло быть следствием гипокапнической вазоконстрикции. Значение дыхательного коэффициента продолжало снижаться (табл. 4).Percutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of the Th12-L1 vertebrae against the background of passive walking movements was accompanied by a very small increase in the minute volume of ventilation of the lungs and the level of energy exchange (Table 4). Respiratory rate during stimulation increased, primarily due to a reduction in expiratory time (Table 4). Oxygen consumption decreased slightly, and its partial pressure in exhaled air increased significantly. There was also a decrease in the partial pressure of carbon dioxide in the exhaled air, which indicates an exacerbation of hyperventilation (Table 4). A recorded decrease in hemoglobin oxygenation value could be due to hypocapnic vasoconstriction. The value of the respiratory coefficient continued to decrease (table. 4).

При одновременной электростимуляции спинного мозга на уровне Th12-L1 и L1-L2 позвонков на фоне осуществления пассивных шагательных движений продолжался медленный прирост минутного объема вентиляции легких и уровня общего энергообмена (табл. 2). Частота дыхания практически не менялась, поскольку уменьшение времени выдоха компенсировалось увеличением времени вдоха. Показатели потребление кислорода и степень оксигенации гемоглобина незначительно росли. Парциальное напряжение кислорода и углекислого газа не изменялись (табл. 4).With simultaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level of Th12-L1 and L1-L2 vertebrae against the background of passive walking movements, a slow increase in the minute volume of ventilation of the lungs and the level of general energy exchange continued (Table 2). The respiratory rate did not practically change, since the decrease in the expiratory time was compensated by the increase in the inspiratory time. Indicators of oxygen consumption and the degree of oxygenation of hemoglobin increased slightly. The partial tension of oxygen and carbon dioxide did not change (Table 4).

После полного прекращения электростимуляции спинного мозга на фоне продолжения осуществления пассивных шагательных движений вентиляции легких продолжала расти за счет углубления дыхания (табл. 4). Частота дыхания уменьшилась и стала ниже чем в исходном фоновом состоянии начала осуществления пассивных шагательных движений (табл. 4). Потребление кислорода, оксигенация крови, дыхательный коэффициент и уровень общего энергообмена продолжали расти. Показатели содержания кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе несколько приблизились к уровню контрольного исследования состояния покоя (табл. 1, 4).After the complete cessation of electrical stimulation of the spinal cord against the background of the continued implementation of passive walking movements of the lung ventilation, it continued to grow due to the deepening of breathing (Table 4). The respiratory rate decreased and became lower than in the initial background state of the beginning of the implementation of passive walking movements (Table 4). Oxygen consumption, blood oxygenation, respiratory coefficient and the level of general energy exchange continued to grow. Indicators of oxygen and carbon dioxide in exhaled air somewhat approached the level of the control study of the state of rest (Tables 1, 4).

Таким образом, чрескожная электростимуляция спинного мозга на фоне осуществления пассивных шагательных движений вызывает определенные изменения в вентиляции легких, газо и энергообмене. Тот факт, что отмена электростимуляции, в условии продолжения осуществления пассивных движений, вызывает снижение частоты дыхания, прежде всего за счет удлинения выдоха, может говорить об активирующем действии применяемой стимуляции на экспираторную мускулатуру.Thus, percutaneous electrical stimulation of the spinal cord against the background of passive walking movements causes certain changes in lung ventilation, gas and energy metabolism. The fact that the cancellation of electrical stimulation, while continuing to carry out passive movements, causes a decrease in the respiratory rate, primarily due to lengthening of the expiration, may indicate the activating effect of the applied stimulation on the expiratory muscles.

Этап II.Stage II.

1. Зарегистрированные в состоянии покоя лежа на спине основные объемы и емкости легких не выходили за границы диапазона физиологических колебаний. Резервный объем вдоха был выше резервного объема выдоха (табл. 5). Значение дыхательного объема было несколько завышено, относительно серий предыдущего этапа исследования (табл. 1, 2, 3, 4, 5), вероятно из-за предстартового состояния готовности к осуществлению максимально возможных дыхательных движений.1. The main volumes and capacities of the lungs recorded at rest lying on their backs did not go beyond the range of physiological oscillations. The reserve volume of inspiration was higher than the reserve volume of exhalation (Table 5). The value of tidal volume was slightly overestimated relative to the series of the previous stage of the study (Tables 1, 2, 3, 4, 5), probably due to the pre-launch state of readiness for the implementation of the maximum possible respiratory movements.

2. При регистрации основных объемов и емкостей легких на фоне выполнения произвольных шагательных движений произошло значительное увеличение резервного объема вдоха за счет уменьшения резервного объема выдоха (табл. 5). То есть произошло снижение наиболее статически устойчивого уровня спокойного выдоха в сторону уровня максимального выдоха. Причиной данного явления может быть напряжение экспираторных мышц живота в следствии их участия в выполнении произвольных шагательных движений.2. When registering the main volumes and capacities of the lungs against the background of performing arbitrary walking movements, there was a significant increase in the reserve volume of inspiration due to a decrease in the reserve volume of exhalation (Table 5). That is, there was a decrease in the most statically stable level of calm expiration towards the maximum expiration level. The cause of this phenomenon may be the tension of the expiratory abdominal muscles as a result of their participation in the performance of voluntary walking movements.

3. При регистрации основных объемов и емкостей легких на фоне чрескожной стимуляции спинного мозга произошло еще более значительное уменьшение резервного объема выдоха, которое не компенсировалось увеличением резервного объема вдоха (табл. 5). В результате чего произошло уменьшение жизненной емкости легких (табл. 5). Причиной значительного снижения уровня спокойного выдоха, скорее всего, является активация мотонейронов экспираторных мышц живота, расположенных в подвергающихся электростимуляции сегментах спинного мозга.3. When registering the main volumes and capacities of the lungs against the background of percutaneous stimulation of the spinal cord, there was an even more significant decrease in the reserve volume of expiration, which was not offset by an increase in the reserve volume of inspiration (Table 5). As a result, there was a decrease in the vital capacity of the lungs (Table 5). The reason for a significant decrease in the level of calm exhalation, most likely, is the activation of motor neurons of the expiratory abdominal muscles located in the segments of the spinal cord undergoing electrical stimulation.

Таким образом, как произвольные шагательные движения, так и чрескожная электростимуляция спинного мозга оказывают однонаправленные влияния на основные объемы и емкости легких, снижая резервный объем выдоха. Тот факт, что при произвольных движениях данный эффект компенсируется увеличением резервного вдоха, а при стимуляции компенсации не происходит, можно попытаться объяснить цикличностью выполнения произвольных движений, когда максимальный вдох приходится на момент минимального напряжения экспираторной мускулатуры живота и не препятствует вдоху, а при стимуляции активация экспираторной мускулатуры носит постоянный характер и препятствует экспирации.Thus, both voluntary walking movements and percutaneous electrical stimulation of the spinal cord have unidirectional effects on the main volumes and capacities of the lungs, reducing the reserve volume of expiration. The fact that this effect is compensated by an increase in the reserve inspiration during voluntary movements, but does not occur when stimulation is compensated, can be explained by the cyclical nature of the voluntary movements, when the maximum inspiration occurs at the time of the minimum tension of the expiratory muscles of the abdomen and does not interfere with inspiration, while activation stimulates expiratory The musculature is permanent and inhibits expiration.

Этап III.Stage III.

1. Зарегистрированные в состоянии покоя лежа на спине показатели форсированного выдоха не выходили за границы диапазона физиологических колебаний (табл. 6). Форсированная жизненная емкость легких была несколько меньше жизненной емкости легких зарегистрированной на предыдущем этапе исследования в аналогичных условиях (табл. 5, 6). Данный факт соответствует норме, поскольку при выполнении форсированно выдоха сопротивление воздухоносных путей потоку воздуха гораздо выше, чем при спокойном глубоком выдохе. Пиковая скорость форсированного выдоха была несколько меньше индивидуально должной величины (табл. 6), что можно объяснить нахождением испытуемого в положении лежа, тогда как принятые нормы составляются для регистрации форсированного выдоха в положении стоя.1. Forced expiration recorded at rest lying on the back did not go beyond the range of physiological fluctuations (Table 6). The forced vital capacity of the lungs was slightly less than the vital capacity recorded at the previous stage of the study under similar conditions (Tables 5, 6). This fact is consistent with the norm, because when performing forced expiration, the resistance of the airways to the air flow is much higher than with a quiet deep exhalation. The peak forced expiratory flow rate was slightly lower than the individually required value (Table 6), which can be explained by the subject being in the supine position, while the accepted standards are compiled to record forced expiratory flow in the standing position.

2. При регистрации форсированного выдоха на фоне выполнения произвольных шагательных движений форсированная жизненная емкость легких была больше, чем в состоянии покоя, что согласуется с данными предыдущего этапа исследования (табл. 5, 6). Пиковая скорость экспираторного потока также была выше, чем в состоянии покоя (табл. 6). Вероятно, при выполнении шагательных движений сокращаются дополнительные мышечные группы, участвующие в экспирации или сокращение экспираторной мускулатуры осуществляется более синхронно, чем в состоянии покоя. Однако мгновенная скорость экспираторного потока после выдоха 25% от объема форсированного выдоха уже была значительно ниже, чем в состоянии покоя (табл. 6). Это так же можно объяснить более синхронным сокращением экспираторных мышц в начальный момент осуществления форсированного выдоха, в результате чего некоторые мышцы, обеспечивающих вторую фазу форсированного выдоха в состоянии покоя, при выполнении произвольных движений на этот момент оказывается уже сокращенными. Мгновенные скорости экспираторного потока после выдоха 50% и 75% от объема форсированного выдоха в условии выполнения движений практически не отличались аналогичных скоростей в условии покоя (табл. 6). В результате, объем форсированного выдоха за первую секунду при выполнении произвольных шагательных движений не изменился относительно состояния покоя.2. When registering forced expiration against the background of performing arbitrary walking movements, the forced vital capacity of the lungs was greater than at rest, which is consistent with the data from the previous stage of the study (Tables 5, 6). The peak velocity of the expiratory flow was also higher than at rest (Table 6). Probably, when performing walking movements, additional muscle groups participating in expiration are reduced or the reduction of expiratory muscles is carried out more synchronously than at rest. However, the instantaneous expiratory flow rate after exhalation of 25% of the forced expiratory volume was already significantly lower than at rest (Table 6). This can also be explained by a more synchronous contraction of the expiratory muscles at the initial moment of forced expiration, as a result of which some muscles providing the second phase of forced expiration at rest, when performing arbitrary movements at this point, are already reduced. The instantaneous expiratory flow rates after exhalation are 50% and 75% of the forced expiratory volume under the condition of performing movements that did not differ at the same rates at rest (Table 6). As a result, the volume of forced expiration in the first second during the execution of arbitrary walking movements did not change relative to the state of rest.

3. При регистрации форсированного выдоха на фоне чрескожной электростимуляции спинного мозга форсированная жизненная емкость легких была меньше, чем в состоянии покоя, что также согласуется с данными предыдущего этапа исследования (табл. 5, 6). Пиковая скорость экспираторного потока при стимуляции была выше пиковой скорости выдоха зарегистрированной не только в состоянии покоя, но и при выполнении произвольных шагательных движений (табл. 6). Это можно объяснить тем, что при стимуляции, в начальный момент форсированного выдоха происходит синхронное сокращение большего количества экспираторной мышечных групп, чем в состоянии покоя и при выполнении шагательных движений. Мгновенная скорость экспираторного потока после выдоха 25% от объема форсированного выдоха при стимуляции была ниже значения аналогичного параметра в условии физического покоя, но выше, чем в условиях выполнения шагательных движений. Вероятно, что при стимуляции в первую фазу форсированного выдоха дополнительно сокращается меньше, чем при шагании, мышечных групп, реализующих в состоянии покоя вторую фазу форсированного выдоха. В то же время мгновенная скорость экспираторного потока после выдоха 75% от объема форсированного выдоха при стимуляции была больше, чем в состоянии покоя и в условии выполнения произвольных шагательных движений. Объем форсированного выдоха за первую секунду при выполнении произвольных шагательных движений практически не изменился относительно состояний покоя и произвольного шагания.3. When a forced expiration was recorded against the background of percutaneous electrical stimulation of the spinal cord, the forced vital capacity of the lungs was less than at rest, which is also consistent with the data of the previous stage of the study (Tables 5, 6). The peak velocity of the expiratory flow during stimulation was higher than the peak expiratory flow recorded not only at rest, but also when performing arbitrary walking movements (Table 6). This can be explained by the fact that during stimulation, at the initial moment of forced expiration, there is a synchronous contraction of a larger number of expiratory muscle groups than at rest and when performing walking movements. The instantaneous speed of the expiratory flow after exhalation of 25% of the forced expiratory volume during stimulation was lower than the value of the same parameter in the condition of physical rest, but higher than under the conditions of performing walking movements. It is likely that during stimulation in the first phase of forced expiration, it is additionally reduced less than when walking, muscle groups that realize, at rest, the second phase of forced expiration. At the same time, the instantaneous expiratory flow rate after exhalation of 75% of the forced expiratory volume during stimulation was greater than at rest and under the condition of performing arbitrary walking movements. The volume of forced exhalation in the first second when performing arbitrary walking movements remained practically unchanged relative to the states of rest and voluntary walking.

Пример 2. Влияние чрескожной стимуляции спинного мозга, вызывающей локомоторный ответ, на характеристики внешнего дыхания и на общий энергообмен.Example 2. The effect of percutaneous stimulation of the spinal cord, causing a locomotor response, on the characteristics of external respiration and on general energy exchange.

Из предшествовавшего уровня техники известно, что чрескожная стимуляция спинного мозга в области T11-L2 позвонков вызывает двигательную реакцию и может быть использована для реабилитации двигательных функций. Неизвестно, что чрескожная стимуляция спинного мозга может быть использована для регуляции дыхания и обмена веществ. Цель исследования - показать, что реакция дыхательной системы на стимуляцию спинного мозга не является реакцией на движения, которые вызывает стимуляция спинного мозга, что стимуляция спинного мозга не только вызывает локомоторные движения, но и меняет параметры дыхания и общего обмена веществ.It is known from the prior art that percutaneous spinal cord stimulation in the T11-L2 region of the vertebrae causes a motor reaction and can be used to rehabilitate motor functions. It is not known that transdermal stimulation of the spinal cord can be used to regulate respiration and metabolism. The purpose of the study is to show that the reaction of the respiratory system to spinal cord stimulation is not a reaction to the movements that spinal cord stimulation causes, that spinal cord stimulation not only causes locomotor movements, but also changes the parameters of respiration and general metabolism.

Исследование проводили с участием 10 здоровых добровольцев мужского пола. Параметры вентиляции легких и газообмена регистрировали посредством метаболографа Cosmed Quark СРЕТ, подробнее описано в Примере 1. Для чрескожной электростимуляции спинного мозга использовали электростимулятор БиокинЭС-5 (производитель ООО «Косима»), особенности метода те же, что описаны в Примере 1.The study was conducted with 10 healthy male volunteers. The parameters of lung ventilation and gas exchange were recorded using a Cosmed Quark CPET metabolograph, described in more detail in Example 1. For percutaneous electrical stimulation of the spinal cord, we used the BiokinES-5 electric stimulator (manufactured by Kosima LLC), the method features are the same as described in Example 1.

Испытуемые находились в положении лежа на боку. С целью облегчения выполнения движений, каждую ногу испытуемых вывешивали на независимых качелях-подвесках (фиг. 2). Исследование включало две серии:The subjects were in a supine position. In order to facilitate the execution of movements, each test subject was hung on independent swing swings (Fig. 2). The study included two series:

В первой серии параметры вентиляции легких и газообмена регистрировали 1 минуту в исходном состоянии покоя, 2 минуты при чрескожной электростимуляции спинного мозга посредством электродов, расположенных над грудными позвонками Т11-Т12 током 30-150 мА частотой 30 Гц с целью вызова спонтанных шагательных движений, 1 минуту в процессе восстановления.In the first series, the parameters of lung ventilation and gas exchange were recorded for 1 minute in the initial state of rest, 2 minutes during percutaneous electrical stimulation of the spinal cord by means of electrodes located above the thoracic vertebrae T11-T12 with a current of 30-150 mA at a frequency of 30 Hz to cause spontaneous walking movements, 1 minute in the process of recovery.

Во второй серии параметры вентиляции легких и газообмена регистрировали 1 мин в исходном состоянии покоя, 2 мин при произвольном выполнении шагательных движений с амплитудой, соответствующей амплитуде спонтанных движений в 1 серии исследования, 1 мин в процессе восстановления.In the second series, the parameters of lung ventilation and gas exchange were recorded for 1 min in the initial state of rest, 2 min with arbitrary performance of walking movements with an amplitude corresponding to the amplitude of spontaneous movements in 1 series of studies, 1 min in the recovery process.

Результаты:Results:

Спонтанные шагательные движения, вызванные чрескожной электростимуляцией на уровне Т11 и Т12 позвонков, сопровождаются достоверным приростом (P<0,05) вентиляции легких (Фиг. 3) за счет увеличения (P<0,01) частоты дыхания (Фиг. 4). Дыхательный объем, при этом, достоверно (P<0,01) снижается (Фиг. 5). При произвольном воспроизведении шагательных движений вентиляция легких растет (P<0,01) за счет увеличения и частоты дыхания (P<0,01), и дыхательного объема (P<0,05) (Фиг. 3-5).Spontaneous walking movements caused by percutaneous electrical stimulation at the level of T11 and T12 vertebrae are accompanied by a significant increase (P <0.05) in lung ventilation (Fig. 3) due to an increase (P <0.01) in respiratory rate (Fig. 4). The tidal volume, however, significantly (P <0.01) decreases (Fig. 5). With arbitrary reproduction of walking movements, lung ventilation increases (P <0.01) due to an increase in both respiratory rate (P <0.01) and tidal volume (P <0.05) (Fig. 3-5).

Прирост частоты дыхания при движениях, вызванных электростимуляцией спинного мозга (Фиг. 4), осуществляется, в большей мере, за счет укорочения (P<0,01) времени выдоха (Фиг. 6), чем вдоха (Фиг. 7). При произвольном воспроизведении движений, частота дыхания увеличивается в большей мере, за счет укорочения времени вдоха (P<0,01), чем выдоха (Фиг. 6, 7).The increase in respiratory rate during movements caused by electrical stimulation of the spinal cord (Fig. 4) is carried out, to a greater extent, due to the shortening (P <0.01) of the expiratory time (Fig. 6) than the inspiration (Fig. 7). With arbitrary reproduction of movements, the respiratory rate increases to a greater extent due to the shortening of the inhalation time (P <0.01) than the expiration (Fig. 6, 7).

Вызванные стимуляцией шагательные движения сопровождаются меньшим (P<0,05) приростом потребления кислорода, чем произвольно воспроизводимые движения (P<0,01) (Фиг. 8). Однако парциальное давление кислорода в альвеолярном газе при вызванных движениях незначительно увеличивается, а при произвольных падает (P<0,01) (Фиг. 9).The walking movements caused by stimulation are accompanied by a smaller (P <0.05) increase in oxygen consumption than randomly reproduced movements (P <0.01) (Fig. 8). However, the partial pressure of oxygen in the alveolar gas slightly increases with evoked movements, and decreases with arbitrary movements (P <0.01) (Fig. 9).

Таким образом, изменения параметров дыхания при стимуляции спинного мозга иные, чем при произвольных движениях, несмотря на то, что они сопровождаются вызванными движениями, следовательно, эти изменения - реакция на стимуляцию спинного мозга, а не на движенияThus, changes in respiration parameters during spinal cord stimulation are different than during voluntary movements, despite the fact that they are accompanied by induced movements, therefore, these changes are a reaction to spinal cord stimulation, and not to movements

Таким образом, неинвазивное воздействие на спинной мозг на том уровне, где находятся центры управления дыхательными мышцами, приводит к увеличению/уменьшению частоты дыхания, к изменению дыхательного объема легких.Thus, a non-invasive effect on the spinal cord at the level where the control centers of the respiratory muscles are located, leads to an increase / decrease in respiratory rate, to a change in the respiratory volume of the lungs.

Указанный эксперимент позволяет сделать вывод о том, что при накожной электрической стимуляции спинного мозга на том уровне, где находятся центры управления сердечным ритмом, пищеварением, выделительной и половой функций и так далее, можно изменить параметры сердечного ритма, пищеварения, к восстановлению произвольного контроля за функциями прямой кишки и/или мочевого пузыря в случае его нарушения, к восстановлению сексуальной потенции в случае ее отсутствия так далее.This experiment allows us to conclude that with cutaneous electrical stimulation of the spinal cord at the level where the control centers for heart rhythm, digestion, excretory and sexual functions are located, and so on, you can change the parameters of the heart rhythm, digestion, and restore voluntary control of functions rectum and / or bladder in case of its violation, to restore sexual potency in the absence of it, and so on.

Claims

1. The method of regulation of visceral functions of the patient by non-invasive stimulation of the spinal cord, characterized in that

- at least one cathode is placed on the patient’s skin dorsally above the spinal cord segment at the level of innervation of the corresponding organ or organs, and two anodes are placed on the skin ventrally symmetrically with respect to the vertical axis of the patient’s body in the area of clavicles, ribs, iliac crests or on the bends of the hip joints depending on adjustable functions;

- act by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a pulse amplitude of 10-150 mA, a pulse repetition rate of 0.2-100 Hz, a pulse duration of 0.5-1 ms.

2. The method according to p. 1, characterized in that as a visceral function, one of the respiratory, digestive, excretory, sexual, cardiovascular functions, functions of the blood supply to the brain, peripheral blood supply is selected.

3. The method according to p. 1, characterized in that the selection of a combination of the amplitude of the pulses and the shape of the pulses is carried out individually by selecting parameters that do not cause pain in patients.

4. The method according to p. 3, characterized in that the choice of the amplitude of the pulses is carried out within 50-100% of the minimum amplitude of the pulses causing contraction of skeletal muscles over a segment of the spinal cord at the level of innervation of the corresponding organ or organs in response to single unmodulated pulses of duration 0.5 -1 ms or per continuous sequence of monopolar unmodulated pulses with a frequency of 0.2-1 Hz and a pulse duration of 0.5-1 ms.

5. The method according to p. 4, characterized in that the impact through these electrodes is carried out by a sequence of monopolar or bipolar electric rectangular pulses.

6. The method according to p. 5, characterized in that the impact through these electrodes is carried out by a sequence of unmodulated or modulated carrier frequency of 2-10 kHz electric rectangular pulses.

7. The method according to p. 6, characterized in that for the regulation of respiratory function, the electrodes are placed between the spinous processes of the vertebrae in the region of the T6-L2 vertebrae and ventrally in the area of the ribs or crests of the ilium and act by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 20 50 Hz.

8. The method according to p. 6, characterized in that for the regulation of excretory and sexual functions, the electrodes are placed between the spinous processes of the vertebrae in the region T12-L2 of the vertebrae or in the coccyx and ventrally in the area of the crests of the ilium and act by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 1-20 Hz.

9. The method according to p. 6, characterized in that for the regulation of digestive functions, the electrodes are located between the spinous processes of the vertebrae in the region of T6-T12 vertebrae and ventrally in the region of the ribs and are affected by a sequence of rectangular electric pulses through these electrodes with a frequency of 30-50 Hz.