Курский государственный медицинский университет
НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ МЫШЕЧНЫХ СУДОРОГ
Шунин Егор Михайлович
Овсянников Никита Игоревич
Мышечные судороги, или крампи (англ. cramps), часто встречаются у молодых людей при энергичных физических нагрузках [1, 2], а также у пожилых, особенно при засыпании, когда в основном задействованы икроножные, бедренные и мышцы стоп [3]. Некоторые особенно подвержены судорогам во время физических упражнений. В эпидемиологическом исследовании среди здорового населения Нидерландов заболеваемость мышечными судорогами в предыдущем году составила 37% [4]. Крампи очень часто встречаются при нейрогенных расстройствах [5], таких как периферические нейропатии и боковой амиотрофический склероз [1,6-8].
При идиопатических судорогах и при спазмах, связанных с хронической частичной денервацией, одиночные моторные единицы (комплекс поперечно-полосатых мышечных волокон и аксона иннервирующего их а-мотонейрона) работают в необычно быстром темпе - 50 Гц. Возможно также, что могут быть синхронно задействованы и большие участки пораженной мышцы. Однако частота потенциалов действия при судороге снижается после первоначального всплеска: примерно с 30 до 17 Гц в первые 10 с [9]. Максимальная частота электрических импульсов, наблюдаемая в начале судороги, составляет 89 Гц, что быстрее, чем при произвольном сокращении и может соответствовать частоте импульсов, исходящих из центрального источника [9,10]. Приступы купируются блокадой нерва, но могут все еще быть вызваны повторяющейся стимуляцией участка нерва, находящегося дистальнее уровня анестезии. Таким образом возникло предположение, что крампи в подавляющем большинстве имеют периферийное нейрогенное начало. Для этих исследований порог был определен как минимальная частота электрической стимуляции, достаточная для возникновения судороги [10,11]. Тем не менее, есть и доказательства того, что начало патологического импульса находится на уровне спинного мозга, и, в дополнение, оттуда может происходить регуляция длительности и интенсивности мышечного спазма. Minetto и др. [10,11] сравнили электрофизиологические особенности спазмов, спровоцированных периферической электрической стимуляцией в заблокированном двигательном нерве, с таковыми, вызванными стимуляцией физиологически нормального нерва. Они обнаружили значительные различия порога судороги (выше, когда нерв был заблокирован), длительности, средней амплитуды ее сигнала и потенциала действия моторной единицы (всегда выше, когда нерв был неповрежденным). Это означает, что два эксперимента вызвали неодинаковые судороги. Другие доводы в поддержку теории центрального начала патологического импульса: ингибирование судороги, которая сопровождает добровольное сокращение мышцы-антагониста или контралатеральной гомологичной мышцы [12], усиление Н-рефлекса после судороги [13], угнетение тонического вибрационного рефлекса после судороги [9] и торможение судороги путем стимуляции гомологичных афферентов сухожилий [14].
В серии экспериментов на людях, страдавших частыми мышечными судорогами без других признаков неврологических заболеваний, Baldissera и др. [15] установили, что судороги могут быть вызваны в трехглавой мышце голени, лучевом сгибателе запястья или сгибателе пальцев сухожильным рефлесом, сухожильной вибрацией или одиночной или кратковременной стимуляцией одноименных 1а-афферентов. Иследователями был произведен поэтапный отбор дополнительных моторных единиц во время повторной стимуляции. Индуцированные мышечные судороги могут быть прекращены одиночным сверхмаксимальным стимулом, применяемым к смешанному двигательному нерву, иннервирующему мышцу, т. е. заднему большеберцовому нерву, иннервирующему трехглавую мышцу голени. Считалось, что этот эффект является результатом антидромного стимулирования клеток переднего рога и ингибирования клеток Реншоу, что приводит к гиперполяризации нижних моторных нейронов (ЛМН) [16]. Судорожное сокращение могло быть также остановлено короткими электрическими импульсами, приложенными к коже над данной мышцей, вызывая ингибирование голевого H-рефлекса (30-80 и 300 мс после стимуляции кожи) [15].
Эти результаты, подразумевая включение-выключение деполяризации моторной единицы, были приписаны к «бистабильности» клеточной мембраны разряжаемых моторных единиц [15,16]. Во время крампи и миокимической разрядки, которые включали меньше моторных единиц, не все сработали одновременно, моторные единицы разрядились на 6-12 Гц, в самостоятельном ритме. Ритмические импульсы двигательных нейронов генерируются в сомадендритном отделе благодаря трансмембранному проведению натрия внутрь клетки во время положительного следового потенциала, периода, в котором при нормальном состоянии внутрь должны поступать ионы калия [15,16]. После потенциала действия, на этапе реполяризации и восстановления концентрация калия внутри мотонейрона, наблюдается перелет (овершут) следового положительного потенциала [17]. Бистабильность описывает баланс нейронной мембраны, находящейся на двух уровнях напряжения, т. е. на обычном отрицательном мембранном потенциале покоя (ПП) около -70 мВ и на более высоком (положительном) ПП. В состоянии «бистабильности», мембранный потенциал может быть меньше или больше порога. Мембранное равновесие определяется как состояние нулевого тока через клеточную мембрану, внутрь калия и наружу натрия, находящихся во взаимной эквивалентности напряжений [15]. Дополнительные факторы, изменяющие проводимость мембраны, такие как 5-гидрокситриптамин и L-3,4-дигидроксифенилаланин, движение кальция посредством активированных AMPA (a-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолепропионовой кислоты)- и NMDA (N-метил-D-аспартат) -каналов могут также изменить текущий баланс мотонейрональной мембраны. Kiehn и Eken [18] описали потенциалы плато, запускаемые кратковременным синаптическим входом в мотонейроны, что приводит к длительному самоподдерживающемуся импульсу низкой или высокой частоты. Потенциал плато, ответственный за повторную импульсацию таким способом, близок к порогу запуска моторных единиц, так что афферентный вход импульса в мотонейрон, например, путем вибрационного возбуждения 1а-афферентов, является достаточным, чтобы увеличить ПП сверх порога благодаря сниженному ионному потоку из клетки, что недостаточно для поддержания нормального ПП. Короткое возбуждение может после этого может стать ритмичным, подобным стрельбе очередью [17]. Baldissera et al. [15,19] предположил, что крампи могут быть задержаны совмещенным влиянием афферентной активности в группе Ia и активности группы II и болевой активация волокна, ведущих к блокаде Н-рефлекса и подавлению непрерывного мотонейронального разряда.
Более полные знания должны стать основой для этио-патогенетического лечения и профилактики крампи, уменьшения их длительности и интенсивности. На сегодняшний день остаются до конца не выясненными механизмы их возникновения при различных неврологических, метаболических и других состояниях, которые так или иначе сопровождаются рассмотренным выше патологическим симптомом. Это, в свою очередь, дает предпосылки для более подробного изучения данной проблемы. ионный клеточный мембрана судорога
Библиографический список
1. Swash M, Czesnik D, de Carvalho M. Muscular cramp: causes and management. European Journal of Neurology 2018, 0: 1-8.
2. Miller TM, Layzer RB. Muscle cramps. Muscle Nerve 2005; 32: 431-442.
3. Abdulla AJ, Jones PW, Pearce VR. Leg cramps in the elderly: prevalence, drug and disease associations. Int J Clin Pract 1999; 53: 494-496.
4. Jansen PH, Joosten EM, Van Dijck JA, Verbeek AL, Durian FW. The incidence of muscle cramp. J Neurol Neurosurg Psychiatry 1991; 54: 1124-1125.
5. Layzer RB, Rowland LP. Cramps. N Engl J Med 1971; 285: 31-40.
6. Katzberg HD. Neurogenic muscle cramps. J Neurol 2015; 262: 1814-1821.
7. Caress JB, Ciarlone SL, Sullivan EA, Griffin LP, Cartwright MS. Natural history of muscle cramps in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve 2016; 53: 513-517.
8. Stephens HE, Joyce NC, Oskarsson B. National study of muscle cramps in ALS in the USA. Amyotroph Lateral Scler Frontotemporal Degener 2017; 18: 32-36.
9. Ross BH, Thomas CK. Human motor unit activity during induced muscle cramp. Brain 1995; 118: 983-993.
10. Minetto MA, Holobar A, Botter A, Farina D. Discharge properties of motor units of the abductor hallucis muscle during cramp contractions. J Neurophysiol 2009; 102: 1890-1901.
11. Minetto MA, Holobar A, Botter A, Ravenni R, Farina D. Mechanisms of cramp contractions: peripheral or central generation? J Physiol 2011; 589: 5759-5773.
12. Norris FH, Gasteiger EL, Chatfield PO. An electromyographic study of induced and spontaneous muscle cramps. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1957; 9: 139-147.
13. Ross BH. Muscle cramp and the Hoffmann reflex. In: Proc 20th World Congress Sports Medicine, Carlton, Australia, 1976: 67-70.
14. Khan SI, Burne JA. Reflex inhibition of normal cramp following electrical stimulation of the muscle tendon. J Neurophysiol 2007; 98: 1102-1107.
15. Baldissera F, Cavallari P, Dworzak F. Motor neuron `bistability': a pathogenetic mechanism for cramps and myokymia. Brain 1994; 117: 929-939.
16. Baldissera F, Cavallari P, Dworzak F. Cramps: a sign of motoneurone `bistability' in a human patient. Neurosci Lett 1991; 133: 303-306.
17. de Carvalho M, Eisen A, Krieger C, Swash M. Motoneuron firing in amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Front Hum Neurosci 2014; 8: 719.
18. Kiehn O, Eken T. Prolonged firing in motor units: evidence of plateau potentials in human motoneurons? J Neurophysiol 1997; 78: 3061-3068
19. Baldissera F, Gustafsson B. Firing behaviour of a neurone model based on the afterhyperpolarization conductance time course and algebraical summation. Adaptation and steady state firing. Acta Physiol 1974; 92: 27-47.
Аннотация
По данным разных источников судороги в мышцах вызывают дискомфорт у довольно большого количества людей. В основе данной патологии лежат нарушения функционирования ионных каналов клеточных мембран. В данной статье приведен обзор основных электрофизиологических аспектов патогенеза судорог.
Ключевые слова: крампи, нейрофизиология судорог, Судороги, электрофизиология судорог.