Транскраниальная электростимуляция как новый метод воздействия на организм животных и человека

ТРАНСКРАНИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИЯ КАК НОВЫЙ МЕТОД ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА

О.Б. Сеин, доктор биологических наук, профессор, декан факультета ветеринарной медицины,

заведующий кафедрой терапии и акушерства Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора И.И. Иванова

В настоящее время известен большой арсенал фармакологических средств, оказывающих влияние на различные функции организма. В то же время применение многих из них существенно ограничено из-за развития побочных эффектов. Поэтому в последние годы внимание исследователей привлекает возможность использования разнообразных способов немедикаментозного воздействия. Среди этих способов значительный интерес представляет мезо-диэнцефальная модуляция, разновидностью которой является транскраниальная электростимуляция (ТКЭС).

ТКЭС применяется в различных областях медицины с целью анальгезии, коррекции психоэмоционального состояния, повышения работоспособности, стимуляции иммунной системы, нормализации гемодинамики у больных с лабильной артериальной гипертензией. Особенностью ТКЭС является то, что её осуществляют через покровы черепа. При этом электрический ток проникает через мягкие ткани головы и действует в конечном итоге на мозг.

Касаясь предыстории применения ТКЭС, следует отметить, что попытки использования электрического воздействия на мозг животных и человека проводились ещё в 19 веке. В основе их лежали результаты физиологических исследований Э. Дюбуа-Реймона и Э. Пфлюгера, согласно которым при определенных условиях действия тока возбудимые ткани могут не только активизироваться, но и тормозиться.

Первые эксперименты по изучению влияния электрического тока на головной мозг были проведены французским физиологом С. Ледю-ком, который сконструировал специальный аппарат для получения постоянного прерывистого тока, вошедшего в литературу под названием токов Ледюка. Исследователем было обнаружено, что такой ток, пропущенный через центральную нервную систему животного, вызывает состояние «электрического сна», при котором после небольших судорожных сокращений мускулатуры животное переходит «из состояния бодрствования в спокойный нормальный сон».

Дальнейшее изучение ТКЭС показало, что с ее помощью может быть получен отчетливый анальгетический эффект. Было высказано предположение, что механизмы возникновения этого эффекта сводятся к стимуляции лимбической системы мозга, активация которой ведет к высвобождению эндогенных веществ с аналь-гезирующим свойством - энкефалинов и эн-дорфинов, относящихся к эндогенным опиоид-ным пептидам.

Опиоидные пептиды представляют собой класс биоорганических соединений, выполняющих в организме роль межклеточных и межтканевых нейрорегуляторов. Широкий и пристальный интерес, проявляемый к этим соединениям со стороны исследователей самого различного профиля, обусловлен целым рядом обстоятельств. Прежде всего, эндогенные опиоиды - особая группа нейромедиаторов и нейромодуляторов, специализированных в отношении небольших групп нейронов головного и спинного мозга, физиологическая функция которых сводится к обеспечению анальгетиче-ских эффектов, а также деятельности экстрапи-рамидальной, лимбической и нейроэндокринной систем. Открытие опиоидных пептидов создало предпосылки для формирования новых направлений в области нейрофизиологии. Вместе с тем изучение физиологических функций эндогенных опиоидов обусловило развитие широкого фронта исследований по выяснению их роли в патогенезе многих заболеваний человека и животных.

В настоящей статье приводится краткий обзор и подводятся итоги исследований влияния ТКЭС на биологические объекты, которые выполнялись в течение 11 лет на кафедре терапии и акушерства Курской ГСХА.

На основании полученных результатов были разработаны оригинальные способы неинвазивного воздействия на ряд физиологических процессов у животных и человека.

Первые эксперименты проводились на лабораторных животных и свиньях. Электростимуляцию осуществляли с использованием "Трансаир-2".

После длительных постановочных опытов и испытаний нами были выбраны оптимальные режимы ТКЭС для разных животных и человека.

Апробация выбранных режимов показала, что у большинства подопытных свиней в первые минуты электростимуляции наблюдалось кратковременное возбуждение, которое проявлялось преимущественно в виде повышенной двигательной активности. Однако через 2-5 минут животные успокаивались. У них наступало сонливое состояние (рис.1), они ложились на пол, многие животные закрывали глаза, изредка издавали короткие и негромкие звуки.

При этом реакция на внешние раздражители у всех животных была сохранена. Такое состояние наблюдалось в течение всего периода ТКЭС и последующие 10-15 мин после неё. Затем животные активизировались и их поведение не отличалось от поведения контрольных животных, которые ТКЭС не подвергались.

Исследования общего анализа крови у подопытных животных показали, что во время и после ТКЭС скорость оседания эритроцитов, гематокрит, содержание эритроцитов, лейкоцитов и гемоглобина находились в пределах физиологических норм. В то же время отмечалась характерная динамика содержания р-эндорфина

в крови животных. Уровень этого нейропептида в крови до ТКЭС находился в пределах 6,0±0,35 - 6,7±0,40 пмоль/л, после завершения стимуляции он достоверно увеличивался до 8,9±0,25 - 9,8±0,54 пмоль/л, а в последующие 60 мин достигал 17,5±0,47 - 18,9±0,55 пмоль/л. Через сутки содержание р-эндорфина понижалось, приближаясь к исходным величинам (6,8±0,27 пмоль/л).

Таким образом, результаты клинических и интерьерных показателей свидетельствуют о том, что выбранные нами параметры ТКЭС не оказывали отрицательного влияния на организм животных.

Учитывая, что опиоидные пептиды имеют причастность к половой функции, мы разработали способ её стимуляции у свиней с использованием ТКЭС (Сеин О.Б., Бабанин Н.А., Пи-чугин В.В., Новиков В.В., патент на изобретение № 2041738). Принцип данного способа заключается в том, что неполовозрелых свинок подвергают 30-минутной транскраниальной электростимуляции в течение трёх суток. В последующие 10 суток после окончания ТКЭС у большинства свинок наступает полноценная половая охота, которая заканчивается овуляцией.

Рис. 1. Аппарат для проведения транскраниальной электростимуляции "Трансаир-2"

Рис. 2. Подопытная свинка с фистулой для наблюдения за процессом фолликулогенеза после

транскраниальной электростимуляции: а - фистула, зафиксированная в брюшной стенке; б - созревающий фолликул

Как можно объяснить, в данном случае, механизм действия ТКЭС? Мы представляем его следующим образом: при дозированной электростимуляции у свинок повышается уровень р-эндорфина, который блокирует поступление в кровь лютеинизирующего гормона. Содержание фолликулостимулирующего гормона в это время, как показали наши исследования, повышается, что обеспечивает рост фолликулов в яичниках до преовуляторного состояния. После окончания действия ТКЭС «бета-эндорфиновый блок» снимается, что вызывает повышенный выброс в кровь лютеинизирующего гормона и в результате наступает овуляция.

За процессом овуляции мы наблюдали через специально сконструированную фистулу (Сеин О.Б., Бабанин Н А., патент на изобретение № 1766398), которую фиксировали у подопытных животных в области голодной ямки (рис.2). Прозрачное «окно» фистулы позволяло следить за всеми процессами, происходящими в яичнике до и после ТКЭС.

Принимая во внимание, что рецепторы многих опиоидов локализуются в эндокринных клетках антрального отдела желудка и двенадцатиперстной кишки, мы предположили о возможности их участия в регуляции функции органов пищеварения.

Результаты проведённых экспериментов (Сеин О.Б., Беседин М.В., 2002; Сеин О.Б., Ки* зилов С.А., 2004; Сеин О.Б., Истомин С.А. Найденков А.В., 2006) подтвердили наши предположения. На самом деле, опиоидные пептиды, которые «выбрасывались» в кровь после ТКЭС, оказывали выраженное стимулирующее влияние на функциональную активность желудка у телят, свиней и овец. Так, если до электростимуляции амплитуда сокращений желудка у свиней составляла 16,0±1,2 мм рт ст., продолжительность сокращений - 18,2±1.2 мин, частота - 1,5±0,2, конгракционный индекс - 291,2±9,4, то через 15 мин после ТКЭС данные показатели заметно увеличились. На гаст рограммах сокращения желудка отражалисі более высокими и ритмичными волнами, кого рые характеризовались равномерным подъёмом и спуском: амплитуда составляла 17,0±1,4 мь рт.ст., продолжительность сокращений -20,6±1,4 мин, частота сокращений - 2,2±0,2 контракционный индекс - 350,1± 10,7. Чере: три часа после ТКЭС у свиней наблюдался са мый высокий подъём моторики желудка. Н< гастрограммах хорошо были видны ритмичньн продолжительные волны с менее заметным} границами пауз. Амплитуда сокращений со ставляла 18,0± 1,1 мм рт. ст., продолжитель

ность - 23,8± 1,5 мин, частота - 38,3±0,3, кон-тракционный индекс - 428,4±12,0.

Проведённые нами сравнительные опыты показали, что в отличие от фармакологических препаратов, в частности прозерина - препарата, используемого для стимуляции моторики гладкой мускулатуры внутренних органов, ТКЭС оказывает на гладкую мускулатуру желудка постепенное и более «мягкое» действие.

В последующем ТКЭС была применена нами (Сеин О.Б., Беседин М.В. 1997) для лечения телят с заболеваниями органов пищеварения. Результаты показали, что у телят, больных диспепсией, после лечения с использованием ТКЭС в комплексе с регидроном или фитосорбентом «ФСЭ» исчезали симптомы обезвоживания организма, улучшалось общее состояние, нормализовались биохимические показатели крови. При этом терапевтическая эффективность составляла 94,4-100,0%.

Полученные нами результаты в ходе выполнения экспериментов на животных позволили перейти к проведению исследований на человеке.

Принимая во внимание то, что опиоидные пептиды участвуют в регуляции функции сердечно-сосудистой системы и наряду с другими биологически активными веществами являются эндогенными модуляторами стресса, мы использовали ТКЭС с целью коррекции гемодинамики и психофизиологических процессов у борцов после максимальной и субмаксималь-ной (соревновательной) нагрузки.

На основании проведённых исследований нами был разработан способ восстановления организма дзюдоистов после интенсивной нагрузки (Сеин О.Б., Иванов В.А., Милостной Ю.П., Сеин Д.О., 2003, патент на изобретение №2239465).

Для реализации разработанного способа у дзюдоистов после максимальной тренировочной нагрузки, которую задавали по методике, разработанной B.C. Дохновским и др. (1979) путём выполнения бросков «прогибом» чучела в определённом ритме, а также после соревновательной нагрузки мы проводили ТКЭС. С этой целью на электроды с гидрофильными прокладками, которые закрепляются в области лобной и затылочной костей спортсмена специальными фиксаторами (рис.3), подавался постоянный ток, а затем прямоугольные импульсы в оптимальном режиме.

Результаты исследований показали, что в процессе проведения ТКЭС у дзюдоистов нормализуется работа центров адаптационной системы и восстанавливается гемодинамика. Так, после 30-минутной электростимуляции частота сердечных сокращений, артериальное кровяное давление, пульсовое давление, систолический объём, минутный объём и сердечный индекс у дзюдоистов не имели достоверных различий (Р>0,05) с фоновыми данными (до нагрузки). В то же время у дзюдоистов, которые ТКЭС не подвергались, изучаемые показатели и через 120 мин после нагрузки находились в «стадии восстановления».

Рис. 3. Выполнение борцом максимальной тренировочной нагрузки с использованием чучела

О положительном влиянии ТКЭС на организм дзюдоистов свидетельствуют и гематологические показатели, которые возвращались к исходным данным быстрее, чем в контроле. При этом у спортсменов, не подвергавшихся электростимуляции, показатели крови указывали на наличие остаточных явлений «нагрузочного стресса». У них регистрировалось повышенное содержание лейкоцитов и кортизола, отмечалась эозинопения. Содержание «гормонов стресса»- адреналина и норадреналина после нагрузки было достоверно выше, чем у дзюдоистов, подвергавшихся ТКЭС.

Наблюдения показали, что после интенсивной нагрузки такие психофизиологические параметры, как концентрация внимания, нижний порог зрительных ощущений, максимальная и оптимальная статическая выносливость, максимальный и оптимальный психомоторный темпы, у многих дзюдоистов понижались в 1,22,8 раза, а динамический и статический тремор повышались в 2,1-8,8 раза. Через 60 мин после окончания сеанса ТКЭС большинство изучаемых нами психофизиологических показателей у дзюдоистов возвращались к фоновым значениям (до нагрузки). То есть их восстановление происходило параллельно с восстановлением гемодинамических процессов.

Положительной стороной наших исследований являлось то, что ТКЭС оказывала выраженное нормализующее влияние на эмоциональное состояние спортсменов как выигравших соревнования, так и проигравших. У дзюдоистов исчезали симптомы послесоревнова-тельного адаптационного синдрома, наступало временное состояние сонливости или эйфории, исчезали симптомы «спортивной агрессивности» и усталости, наступало общее расслабление. Через 1-2 часа после окончания сеанса ТКЭС дзюдоисты ощущали бодрость, прилив сил, повышение работоспособности.

Таким образом, разработанный нами способ позволяет значительно сократить период восстановления работоспособности после интенсивных нагрузок и его можно рекомендовать к использованию при подготовке борцов.

Чем можно объяснить положительное влияние ТКЭС на гемодинамику и психофизиологические процессы у борцов? Почему восстановительный период у спортсменов, подвергавшихся интенсивной нагрузке, значительно сокращается после ТКЭС? Учитывая современные представления о мезодиэнцефальной мо-

дуляции и в том числе транскраниальной элек тростимуляции, ответить однозначно на поставленные вопросы, мы полагаем, нельзя. Тем не менее, с большой уверенностью можно предположить, что коррективы, которые «вно сит» ТКЭС в гемодинамические и психофизио логические процессы у спортсменов, связаны с активацией опиоидных систем.

Обобщая литературные данные и результа ты собственных исследований, мы представля ем, что под влиянием ТКЭС в структурах го ловного мозга вырабатываются нейротрансми теры (эндорфины и энкефалины), которые «вы брасываются» в кровяное русло и ликво (рис.4). С кровью они приносятся к клеткам мишеням, на которые воздействуют по нейрок ринному или медиаторному типу, участвуя та ким образом в регуляции местных рефлексов.

ТКЭС

Рис.4. Схема влияния транскраниальной электростимуляции на гемодинамические процессы

Возможен и другой путь воздействия ТКЭС на гемодинамические процессы - через центры, расположенные в продолговатом мозге. Нейротрансмиттеры, вырабатываемые после электростимуляции в таламусе и гипоталамусе, трансформируются в нервные импульсы и через «длинную» рефлекторную дугу, включающую сосудодвигательный центр в продолговатом мозге, по эфферентным нервам поступают

в местные внутрисердечные и сосудистые рефлексогенные зоны.

Что касается психофизиологических процессов, то и в этом случае, первостепенную роль играют опиоидные пептиды, являющиеся эндогенными антистрессорными факторами. По нашему мнению, нормализацию психофизиологического состояния борцов нельзя рассматривать вне проблемы стресса, который несомненно присутствует при максимальных нагрузках и, тем более, во время соревнований.

Многие спортсмены в период длительных тренировок, максимальных и субмаксимальных нагрузок начинают страдать от усталости психического происхождения, что является субъективным показателем биоэнергетики индивидуума. Возникает симптоматика перехода обычного реагирования в патологическую стрессовую реакцию. К признакам такого реагирования можно отнести жалобы на трудности в восстановлении работоспособности после обычной нагрузки, на отсутствие восстанавливающего эффекта сна, на тревожное настроение перед предстоящими соревнованиями. Поэтому опиоидные пептиды, вырабатываемые под действием ТКЭС, в данном случае, являются одним из средств восстановления биоэнергетики спортсмена.

Учитывая, что в настоящее время получены синтетические аналоги некоторых эндогенных опиоидных пептидов, многие исследователи отводят именно им первостепенную роль по сравнению с ТКЭС. Однако это весьма ошибочное мнение, о чём свидетельствуют факты, подтверждённые экспериментально.

Во-первых, синтетические опиаты практически не проходят через гематоэнцефалический барьер, что не позволяет им проявлять эффекты на уровне центральной нервной системы, в то время как при ТКЭС опиаты вырабатываются в мозге и в первую очередь поступают в ликвор.

Во-вторых, использование синтетических препаратов требует строгую их дозировку и индивидуальный подход к пациенту. При ТКЭС происходит активизация опиоидных систем самого организма, и выделение эндогенных опиатов происходит в физиологически оптимальных концентрациях.

В-третьих, после введения синтетических аналогов опиатов они разрушаются эндопептидазами, как правило, в течение часа, тогда как при ТКЭС концентрация эндогенных опиоид-ных пептидов сохраняется от нескольких часов до суток.

В-четвертых, синтетические опиаты могут вызывать аллергические реакции, а некоторые из них могут обладать наркотической зависимостью. Эндогенные опиаты, выделяемые самим организмом, после ТКЭС такими свойствами не обладают.

Существуют и другие факты, подтверждающие преимущество ТКЭС перед синтетическими аналогами эндогенных опиоидных пептидов.

Обобщая результаты проведённых нами экспериментов, с уверенностью можно констатировать, что за транскраниальной электростимуляцией будущее, несомненно, она найдет широкое применение как в области медицины, ветеринарии, так и биологии в целом.