vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2026-23-1-68-76vestim-1076Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEФункциональное состояние спинальных центров билатеральных нижних конечностей у спортсменов-легкоатлетовFunctional state of the spinal centers of the bilateral lower limbs in athleteshttps://orcid.org/0000-0003-0502-5752ЧелноковА. А.ChelnokovA. A.

Челноков Андрей Алексеевич – д-р биол. наук, профессор, заведующий кафедрой

 

Andrey A. Chelnokov – D. Sc. (Biol.), Professor, Head of the Department

4, Yubileynaya Square, 182100, Velikiye Luki

and-chelnokov@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2006-0863БаркановМ. Г.BarkanovM. G.

Максим Геннадьевич Барканов – преподаватель кафедры

пл. Юбилейная, 4, 182100, г. Великие Луки

Maxim G. Barkanov – Lecturer of the Department

4, Yubileynaya Square, 182100, Velikiye Luki

barckanov.max@yandex.ruВеликолукская государственная академия физической культуры и спортаVelikiye Luki State Academy of Physical Culture and Sports2026030320262316876Copyright © Челноков А.А., Барканов М.Г., 20262026Челноков А.А., Барканов М.Г.Chelnokov A.A., Barkanov M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/1076

Цель исследования – оценить рефлекторную возбудимость моторных ответов билатеральных нижних конечностей у легкоатлетов при одиночном воздействии чрескожной электрической стимуляции спинного мозга (ЧЭССМ) в области копчикового сплетения на уровне Со1-Со2 и постактивационный эффект кратковременной неинвазивной ритмической электрической стимуляции (рЭС) копчикового сплетения на функциональное состояние спинальных центров билатеральных мышц-антагонистов бедра и голени.

У 30 спортсменов в возрасте 18–27 лет, специализирующихся в беге на короткие дистанции, оценивались амплитуды вызванных моторных ответов (ВМО) мышц бедра (RF – musculus rectus femoris, BF – m. biceps femoris) и голени (TA – m. tibialis anterior, GM – m. gastrocnemius medialis) при максимальной одиночной силе стимула (90 мА) по средней линии копчикового сплетения Со1-Со2 и влияние 10и 60-секундной рЭС на возбудимость мотонейронов (МН) мышц нижних конечностей, вызываемую одиночной силой стимула на уровне Т11-Т12 позвонков.

Однократная стимуляция копчикового сплетения вызывает большую рефлекторную возбудимость мотонейронных пулов экстензоров (GM) голени билатеральных конечностей. Рефлекторная возбудимость МН, вызываемая стимуляцией в области копчикового сплетения, выражена больше в спинальных центрах флексора (BF) бедра и экстензора (GM) голени левой конечности, чем в симметричных мышцах правой конечности. рЭС копчикового сплетения приводит к разнонаправленным изменениям в возбудимости МН мышц бедра и голени билатеральных конечностей: у одних спортсменов возбудимость повышалась, у других – снижалась. Постактивационный эффект рЭС копчикового сплетения, независимо от продолжительности ее воздействия, оказывает преимущественно в среднем по группе спортсменов облегчающие влияния на мотонейронные пулы спинальных центров мышц-антагонистов билатеральных конечностей.

Методики регистрации ВМО билатеральных нижних конечностей в ответ на умеренную одиночную чрескожную электрическую стимуляцию копчикового сплетения в области Со1-Со2 и рЭС копчикового сплетения могут быть использованы в клинической и спортивной медицине в качестве одного из методов интраоперационного нейрофизиологического мониторинга у пациентов.

The aim of the study was to estimate the reflex excitability of motor responses of the bilateral lower limbs in athletes under single exposure to transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord (tSCES) in the coccygeal plexus at the Co1-Co2 level and the post-activation effect of short-term noninvasive rhythmic electrical stimulation (rES) of the coccygeal plexus on the functional state of the spinal centers of the bilateral antagonist muscles of the thigh and tibial leg.

In 30 athletes aged 18-27 years, specializing in short-distance running, the amplitude of the MERs of the muscles of the thigh (RF – musculus rectus femoris, BF – m. biceps femoris) and tibial (TA – m. tibialis anterior, GM – m. gastrocnemius medialis) leg was evaluated at a maximum single stimulus force (90 mA) along the midline of the coccygeal plexus Co1-Co2 and the effect of 10and 60-second rES on the excitability of MNs of the muscles of the lower limbs caused by a single stimulus force at the level of the T11-T12 vertebrae.

A single electrical stimulation of the coccygeal plexus causes a greater reflex excitability of the motor neuronal pools of the extensor of the tibia of the bilateral extremities. The reflex excitability of MNs caused by stimulation in the coccygeal plexus is more pronounced in the spinal flexor centers of the thigh and tibial extensor of the left limb than in the symmetrical muscles of the right limb. rES of the coccygeal plexus leads to multidirectional changes in the excitability of MNs of the muscles of the thigh and tibial leg of the bilateral lower limbs: in some athletes, the excitability increased, in others it decreased. The post-activation effect rES of the coccygeal plexus, regardless of its duration of effect, has mainly, on average, a group of athletes, facilitating effect on the motor neuronal pools of the spinal centers of the antagonist muscles of the bilateral lower limbs.

The methods of registering the MERs of the bilateral lower extremities in response to moderate single percutaneous electrical stimulation of the coccygeal plexus in the area of Co1-Co2 and rES coccygeal plexus can be used in clinical and sports medicine, and as one of the methods of intraoperative neurophysiological monitoring in patients.

чрескожная электрическая стимуляция спинного мозга (ЧЭССМ)ритмическая электрическая стимуляция (рЭС)вызванные моторные ответы (ВМО)облегчениеторможениемотонейроны (МН)мышцыкопчиковое сплетениеtranscutaneous electrical stimulation spinal cord (tSCES)rhythmic electrical stimulation (rES)motor evoked responses (MERs)facilitationinhibitionmotor neurons (MNs)musclescoccygeal plexusReferencesPosterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord / K. Minassian, I. Persy, F. Rattay [et al.] // Muscle and Nerve. – 2007. – Vol. 35, N 3. – P. 327–336. https://doi.org/10.1002/mus.20700Minassian K., Persy I., Rattay F., Dimitrijevic M. R., Hofer C., Kern H. Posterior root-muscle reflexes elicited by transcutaneous stimulation of the human lumbosacral cord. Muscle and Nerve, 2007, vol. 35, no. 3, pp. 327–336. https://doi.org/10.1002/mus.20700Modulation of multisegmental monosynaptic responses in a variety of leg muscles during walking and running in humans / G. Courtine, S. J. Harkema, C. J. Dy [et al.] // The Journal of Physiology. – 2007. – Vol. 582, N 3. – P. 1125–1139. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.128447Courtine G., Harkema S. J., Dy C. J., Gerasimenko Y. P., Dyhre-Poulsen P. Modulation of multisegmental monosynaptic responses in a variety of leg muscles during walking and running in humans. The Journal of Physiology, 2007, vol. 582, no. 3, pp. 1125–1139. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.128447Minassian, K. The posterior root-muscle reflex / K. Minassian, B. Freundl, U. S. Hofstoetter // Neurophysiology in Neurosurgery: A Modern Approach / eds.: V. Deletis, J. L. Shils, F. Sala, K. Seidel. – 2nd ed. – London, 2020. – P. 239–253. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815000-9.00018-6Minassian K., Freundl B., Hofstoetter U. S. The posterior root-muscle reflex. Neurophysiology in Neurosurgery: A Modern Approach. 2nd ed. London, 2020, pp. 239–253. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815000-9.00018-6Advancing Intraoperative Neurophysiological Monitoring with Human Reflexes / J. Choi, A. Díaz-Baamonde, M. L. Á. Sánchez Roldán [et al.] // Journal of Clinical Neurology. – 2024. – Vol. 20, N 2. – Р. 119–130. https://doi.org/10.3988/jcn.2023.0416Choi J., Díaz-Baamonde A., Sánchez Roldán M. L. Á., Pescador A. M., Kim J.-S., Téllez M. J., Park K. S, Deletis V. Advancing Intraoperative Neurophysiological Monitoring with Human Reflexes. Journal of Clinical Neurology, 2024, vol. 20, no. 2, pp. 119–130. https://doi.org/10.3988/jcn.2023.0416Transcutaneous Spinal Cord Stimulation and Motor Rehabilitation in Spinal Cord Injury: A Systematic Review / A. M. García, D. Serrano-Muñoz, J. Taylor [et al.] // Neurorehabilitation and Neural Repair. – 2020. – Vol. 34, N 1. – Р. 3–12. https://doi.org/10.1177/1545968319893298García A. M., Serrano-Muñoz D., Taylor J., Avendaño-Coy J., Gómez-Soriano J. Transcutaneous Spinal Cord Stimulation and Motor Rehabilitation in Spinal Cord Injury: A Systematic Review. Neurorehabil Neural Repair, 2020, vol. 34, no. 1, pp. 3–12. https://doi.org/10.1177/1545968319893298Noninvasive Reactivation of Motor Descending Control after Paralysis / Y. P. Gerasimenko, D. C. Lu, M. Modaber [et al.] // Journal of Neurotrauma. – 2015. – Vol. 32, N 24. – P. 1968–1980. https://doi.org/10.1089/neu.2015.4008Gerasimenko Y. P., Lu D. C., Modaber M., Zdunowski S., Gad P., Sayenko D. G., Morikawa E., Haakana P., Ferguson A. R, Roy R. R., Edgerton V. R. Noninvasive Reactivation of Motor Descending Control after Paralysis. Journal of Neurotrauma, 2015, vol. 32, no. 24, pp. 1968–1980. https://doi.org/10.1089/neu.2015.4008Барканов, М. Г. Особенности вызванных мышечных ответов и кинематических параметров скоростных локомоторных движений при чрескожной электрической стимуляции разных зон спинного мозга / М. Г. Барканов, Р. М. Городничев // Физиология человека. – 2022. – Т. 48, № 5. – С. 49–59.Barkanov M. G., Gorodnichev R. M. Peculiarities of Induced Muscle Responses and Kinematic Parameters of HighSpeed Locomotor Movements under Percutaneous Electrical Stimulation of Different Spinal Cord Areas. Human Physiology, 2022, vol. 48, no. 5, pp. 526–534. https://doi.org/10.1134/S036211972204003XЛанская, О. В. Физиологические механизмы функциональной пластичности спинальных систем двигательного контроля при занятиях спортом / О. В. Ланская, Е. Ю. Андриянова. – Великие Луки: Великолук. гос. акад. физ. культуры и спорта, 2013. – 231 с.Lanskaya O. V., Andriyanova E. Yu. Physiological mechanisms of functional plasticity of spinal motor control systems during sports. Velikiye Luki, Velikiye Luki State Academy of Physical Culture and Sports, 2013. 231 p. (in Russian).Моносинаптическое тестирование локомоторных мышц как дополнительный метод мониторирования нейромышечного статуса спортсменов / Е. А. Михайлова, А. А. Челноков, А. В. Лапченков, Ю. А. Поварещенкова // Лечебная физкультура и спортивная медицина. – 2010. № 10 (82). – С. 25–30.Mikhailova E. A., Chelnokov A. A., Lapchenkov A. V., Povareshchenkova Yu. A. Monosynaptic testing of lokomotor muscles as an additional method to monitor neuromuscular status of athletes. Lechebnaya fizkul’tura i sportivnaya meditsina [Exercise therapy and Sports Medicine], 2010, vol. 10, no. 82, pp. 25–30 (in Russian).Spinal maps of motoneuron activity during human locomotion: neuromechanical considerations / P. Avaltroni, G. Cappellini, F. Sylos-Labini [et al.] // Frontiers in Physiology. – 2024. – Vol. 15. – Art. е1389436. https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1389436Avaltroni P., Cappellini G., Sylos-Labini F., Ivanenko Y., Lacquaniti F. Spinal maps of motoneuron activity during human locomotion: neuromechanical considerations. Frontiers in Physiology, 2024, vol. 15, art. е1389436. https://doi.org/10.3389/fphys.2024.1389436Эффект чрескожной электрической стимуляции спинного мозга на функциональную активность спинального торможения в системе мышц-синергистов голени у человека / А. А. Челноков, Л. В. Рощина, Д. А. Гладченко [и др.] // Физиология человека. – 2022. – Т. 48, № 2. – С. 14–27.Chelnokov A. A., Roshchina L. V., Gladchenko D. A., Pivovarova E. A., Piskunov I. V., Gorodnichev R. M. The Effect of Transcutaneous Electrical Spinal Cord Stimulation on the Functional Activity of Spinal Inhibition in the System of Synergistic Muscles of the Lower Leg in Humans. Human Physiology, 2022, vol. 48, no. 2, pp. 121–133. https://doi.org/10.1134/S0362119722020037P208. The effects of transcutaneous spinal cord stimulation on spinal reciprocal inhibition in healthy persons / T. Yamaguchi, T. Fujiwara, T. Takahara [et al.] // Clinical Neurophysiology. – 2017. – Vol. 128, N 3. – Р. e115–e116. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2016.10.326Yamaguchi T., Fujiwara T., Takahara T., Takahashi Y., Mizuno K., Ushiba J., Masakado Y., Liu M. P208. The effects of transcutaneous spinal cord stimulation on spinal reciprocal inhibition in healthy persons. Clinical Neurophysiology, 2017, vol. 128, no. 3, pp. e115–e116. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2016.10.326Effect Of Transcutaneous Electrical Spinal Cord Stimulation On The Functional Activity Of Reciprocal And Presynaptic Inhibition In Healthy Subjects / D. A. Gladchenko, L. V. Roshchina, S. M. Bogdanov, A. A. Chelnokov // Russian Open Medical Journal. – 2022. – Vol. 11, N 3. – Art. e0302. https://doi.org/10.15275/rusomj.2022.0302Gladchenko D. A., Roshchina L. V., Bogdanov S. M., Chelnokov A. A. Effect of transcutaneous electrical spinal cord stimulation on the functional activity of reciprocal and presynaptic inhibition in healthy subjects. Russian Open Medical Journal, 2022, vol. 11, no. 3, art. e0302. https://doi.org/10.15275/rusomj.2022.0302The effects of transcutaneous spinal cord stimulation delivered with and without high-frequency modulation on spinal and corticospinal excitability / S. Massey, D. Konig, P. Upadhyay [et al.] // Artificial Organs. – 2024. – Vol. 48, N 3. – P. 297–308. https://doi.org/10.1111/aor.14660Massey S., Konig D., Upadhyay P., Evcil Z. B., Melin R., Fatima M., Hannah R., Duffell L. The effects of transcutaneous spinal cord stimulation delivered with and without high-frequency modulation on spinal and corticospinal excitability. Artificial Organs, 2024, vol. 48, no. 3, pp. 297–308. https://doi.org/10.1111/aor.14660Optimizing Transcutaneous Spinal Stimulation: Excitability of Evoked Spinal Reflexes is Dependent on Electrode Montage / K. L. Thatcher, K. E. Nielsen, E. B. Sandler [et al.] // Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. – 2025. – Vol. 22, N 1. – Art. 2. https://doi.org/10.1186/s12984-024-01524-5Thatcher K. L., Nielsen K. E., Sandler E. B., Daliet O. J., Iddings J. A., Field-Fote E. C. Optimizing Transcutaneous Spinal Stimulation: Excitability of Evoked Spinal Reflexes is Dependent on Electrode Montage. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 2025, vol. 22, no. 1, аrt. 2. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-4719031/v1Transcutaneous spinal cord stimulation neuromodulates preand postsynaptic inhibition in the control of spinal spasticity / K. Minassian, B. Freundl, P. Lackner, U. S. Hofstoetter // Cell Reports Medicine. – 2024. – Vol. 5, N 11. – Art. е101805. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101805Minassian K., Freundl B., Lackner P., Hofstoetter U. S. Transcutaneous spinal cord stimulation neuromodulates preand postsynaptic inhibition in the control of spinal spasticity. Cell Reports Medicine, 2024, vol. 5, no. 11, art. 101805. https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101805

The authors declare that there are no conflicts of interest present.