Описаны случаи модуляции возвратного торможения у лиц с двигательными нарушениями. Так, у больных со спастичностью, возникшей вследствие травмы, усилено возвратное торможение б-мотонейронов m. soleus. У больных детским церебральным параличом обнаружены патологические изменения возвратного торможения б-мотонейронов m. soleus как до, так и после произвольного движения [101]. Относительно высокий уровень проявления возвратного торможения был обнаружен в двигательном центре m. soleus человека при посттравматической иммобилизации [10].
Следует подчеркнуть, что в области возрастной нейрофизиологии сведения о возвратном торможении ограничены немногочисленными исследованиями, констатирующими, что формирование возвратного торможения гетеронимных б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени в состоянии покоя до дефинитивного уровня происходит в юношеском возрасте. Для мальчиков 9-12 лет характерна самая слабая выраженность возвратного торможения гетеронимных б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени. Наибольшая активность этой тормозной внутриспинальной системы наблюдается в подростковом возрасте - у мальчиков 14-15 лет [15, 21, 42]. У лиц зрелого и пожилого возраста выраженность возвратного торможения спинальных б-мотонейронов m. soleus в состоянии мышечного покоя не имеет отличий [41].
Нереципрокное торможение. В связи с появлением экспериментальных фактов, свидетельствующих о тормозном влиянии Ib афферентов не только на мотонейроны собственной мышцы, но и на мышцы-синергисты вместо термина «аутогенное» торможение стали использовать «нереципрокное торможение» [125, 83, 130, 140, 127, 94, 90]. Поэтому в обзоре используется терминология согласно публикациям авторов.
О функциональном значении сухожильных органов Гольджи впервые косвенно упоминается при рассмотрении рефлекторного спинального торможения сокращения собственных мышц [135]. С. Sherrington [135] описал эффект «складного ножа», характеризующийся проявлением начального сопротивления мышцы растяжению, которое при дальнейшем приложении растягивающего усилия исчезает. Позже было показано, что по афферентным волокнам Ib от сухожильных органов Гольджи осуществляется аутогенное торможение, являющееся по своему функциональному значению предохранительным от чрезмерных напряжений мышц. Последующие исследования выявили высокую чувствительность сухожильных рецепторов, реагирующих изменением импульсации на сокращение даже отдельных двигательных единиц [137], и их обширные связи с интернейронным аппаратом спинного мозга. Эти факты доказали важную роль передаваемой ими афферентной информации не только в рефлекторном торможении собственных мышц, но и в координированных сокращениях различных мышечных групп.
R. Granit [66] с помощью внутриклеточной регистрации продемонстрировал аутогенное торможение б-мотонейронов мышцы-разгибателя у кошки во время произвольного сокращения гомонимной мышцы. Используя тестирование моносинаптического рефлекса, Y. Laporte и D.P.C. Lloyd [100] представили первые доказательства кротколатентного аутогенного торможения гомонимных б-мотонейронов разгибателя (обратный миотатический рефлекс) в состоянии мышечного покоя. Затем было установлено, что активация Ib афферентов экстензоров у кошки приводит к облегчению гомонимной мышцы и её синергистов при ходьбе. В дальнейших исследованиях показаны возможности торможения или возбуждения г-мотонейронов через интернейроны Ib при стимуляции афферентов группы I у кошки [83]. Оказалось, что интернейроны, активируемые афферентами группы I, имеют не только моносинаптические связи с Ia и Ib афферентами, но и немоносинаптические связи с высоко- и низкопороговыми мышечными, кожными и суставными афферентами, а также рядом эфферентов нисходящих систем [82]. Так, мышечные афференты группы I, рубро- и кортико-спинальные тракты имеют моно- и дисинаптические проекции на интернейроны нереципрокного торможения, а кожные афференты - только дисинаптические. Существуют и полисинаптические проекции различных афферентов на интернейронах данного типа [2]. Интернейроны, ответственные за нереципрокное торможение мотонейронов от мышечных афферентов группы I, дают коллатерали к другим интернейронам располагающихся в V - VI пластинах по Рекседу [37]. Принято считать, что основная функция Ib интеренейронов - координация активности мышц, обслуживающих разные суставы [3].
P. Hoffman [71] первым обнаружил, что вслед за рефлекторным Н-ответом или сухожильным (ахилловым) рефлексом, вызванным на фоне произвольного сокращения m. gastrocnemius, регистрируется период электрического молчания этих мышц, который длится несколько десятков миллисекунд. Этот феномен получил название «периода молчания» [7, 9]. Аутогенное торможение мотонейронов человека можно косвенно оценить по длительности «периода молчания» - прекращению электрической активности при искусственно вызванном сокращении мышцы на фоне произвольного движения [7, 13].
Метод оценки нереципрокного торможения, предложенный E. Pierrot-Deseilligny с сотрудниками [125], основан на подавлении амплитуды тестирующего Н-рефлекса m. soleus при нанесении кондиционирующего стимула на n. common peroneal и тестирующего раздражения на n. tibialis. В этом случае кондиционирующая стимуляция n. common peroneal вызывает «чистый» эффект Ib торможения б-мотонейронов m. gastrocnemius medialis и m. soleus [125] (рис. 5). Оценивается степень подавления тестирующего Н-рефлекса m. soleus в условиях нанесения кондиционирующей стимуляции n. common peroneal за 2 мс у мальчиков 9-12 лет и 14-15 лет, в 6 мс - у юношей 17-18 лет и мужчин 22-27 лет до тестирующего раздражения n. tibialis [23, 21]. Принималось, что, чем больше подавление амплитуды тестирующего Н-рефлекса m. soleus по отношению к амплитуде контрольного Н-рефлекса, тем более выражено нереципрокное торможение б-мотонейронов. У человека в состоянии покоя, кондиционирующая стимуляция низкопороговых кожных афферентов нижней конечности снижает действие тормозных путей Ib к б-мотонейронам m. quadriceps femoris, но возбуждает их во время произвольного сокращения [126]. Установлено, что стимуляция афферентов m. gastrocnemius med. уменьшает нереципрокное торможение б-мотонейронов m. quadriceps femoris (но не б-мотонейронов m. soleus) во время произвольных сокращения m. triceps surae [65]. Такие эффекты, вероятно, вовлекают пресинаптический компонент, так как в настоящее время имеются данные о пресинаптическом торможение Ib афферентов [97]. В реализации нереципрокного торможения также может участвовать механизм возвратного торможения через клетку Реншоу [130, 22].
Рис. 5. Схематическое описание методики оценки нереципрокного торможения гомонимных б-мотонейронов m. soleus: синяя линия - Ia потоки, идущие от nn. tibialis и common peroneal; зелёная линия - Ib потоки, идущие от n. common peroneal; Мн GM - мотонейроны m. gastrocnemius medialis; Мн Sol - мотонейроны m. soleus; Ин Ib - тормозные интернейроны Ib (зелёным цветом) [22].
M.J. Stephens и J.F. Yang [138] впервые изучили нереципрокное торможение группы I во время локомоции человека. Нереципрокное торможение, опосредованное Ib афферентами на б-мотонейроны m. soleus, уменьшается во время настройки перед совершением шагательных движений. Позже было показано, что нереципрокное торможение во время ходьбы человека инвертируется на облегчение [61]. Разгибание в коленном суставе приводит к пространственному облегчению нереципрокного торможения б-мотонейронов m. vastus lateralis [12]. В исследованиях Л.В. Смирновой [13] раскрыты новые аспекты влияния Ib афферентов на спинальные двигательные центры в условиях утомления. Автором установлено, что по мере развития утомления, вызываемого длительным удержанием статического усилия, выраженность аутогенного торможения возрастает. Уровень двигательной активности у юношей 17-18 лет влияет на выраженность нереципрокного торможения б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени. Процесс нереципрокного торможения б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени наиболее выражен у юношей-самбистов, чем у юношей-неспортсменов [18].
У здоровых испытуемых при произвольных максимальных сокращениях отмечается уменьшение нереципрокного торможения, хотя у больных со спастичностью и цервикальной миелопатией торможение увеличивается [110, 104], а в состоянии относительного мышечного покоя инвертируется на облегчение [47]. У больных детским церебральным параличом нереципрокное торможение в системе мышц-синергистов усилено, что, возможно, связано с компенсаторными процессами в центральной нервной системе [11].
Изучение возрастных особенностей нереципрокного торможения гетеронимных и гомонимных б-мотонейронов скелетных мышц позволило установить, что дефинитивный уровень развития нереципрокного торможения гетеронимных б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени и гомонимных б-мотонейронов мышцы-сгибателя стопы в состоянии мышечного покоя приходится на возраст 14-15 лет [23, 21, 42]. Для 14-15-летних подростков, по сравнению с мальчиками 9-12 лет и юношами 17-18 лет, характерно наиболее выраженное нереципрокное торможение гетеронимных б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени, но наименее выраженное нереципрокное торможение гомонимных б-мотонейронов мышцы-сгибателя стопы. В возрасте 9-12 лет выраженность нереципрокного торможения гетеронимных б-мотонейронов мышцы-разгибателя голени меньше, чем у взрослых, тогда как нереципрокное торможение их гомонимных б-мотонейронов мышцы-сгибателя стопы выражено существенно больше в сравнении со взрослыми людьми. Это может быть связано с морфофункциональной незрелостью скелетных мышц и сухожилий, которая, вероятно, может влиять на афферентные Ib потоки, идущие от сухожильных рецепторов Гольджи к тормозным интернейронам Ib и таким образом изменять нереципрокное торможение б-мотонейронов спинного мозга у детей в возрасте 9-12 лет.
Анализ возрастных изменений нереципрокного торможения б-мотонейронов m. soleus человека при выполнении произвольного движения показал, что у мальчиков 9-12 лет отмечалась самая большая выраженность этого вида торможения по сравнению с другими возрастными группами [20]. Мы предположили, что у детей 9-12 лет произвольное сокращение мышц голени сопровождается более значительной афферентной импульсацией сухожильных рецепторов Гольджи и более выраженными возбуждающими супраспинальными влияниями на тормозные интернейроны Ib по сравнению с другими возрастными группами (рис. 3, 2, 5). Выявленная самая слабая выраженность нереципрокного торможения б-мотонейронов m. soleus при выполнении произвольного движения подростками 14-15 лет и юношами 17-18 лет связана с ослаблением возбуждающих супраспинальных и периферических влияний на тормозные интернейроны Ib, что приводит к усилению облегчающих влияний на мотонейронный пул m. soleus (рис. 3, 2, 5).
Реципрокное торможение. Спинной мозг также включает нейрональные сети через которые осуществляется реципрокное торможение. С. Sherrington в 1906 году впервые показал, что в пределах каждого из основных типов спинальных рефлексов существует реципрокные отношения флексорных и экстензорных групп мышц. Позже P. Hoffman [70] с помощью метода регистрации моносинаптического рефлекса m. soleus при произвольном сокращении мышц претибиальной группы также выявил реципрокное торможение и предположил, что механизм этого торможения локализован в мотонейронах. В 1946 году D.P. Lloyd указал, что торможение мотонейронов мышц-антагонистов вызывается активацией Ia афферентов. С помощью внутриклеточной регистрации активности мотонейронов спинного мозга у кошки J.C. Eccles с соавторами [56] установил, что в тормозных путях реципрокного торможения участвуют интернейроны Ia и торможение является дисинаптическим. Тормозные Ia интернейроны являются интеграторами нисходящей нейрональной активности кортикоспинального, руброспинального и вестибулоспинального трактов [67], а также восходящего потока импульсов афферентов II, III, IV [79, 82].
Реципрокное торможение у человека можно оценить по подавлению амплитуды тестирующего Н-рефлекса m. soleus в условиях кондиционирующей стимуляции n. peroneus [44], произвольной дорсифлексии стопы или сгибания в голеностопном суставе [45, 112], а также по длительности «периода молчания» при электростимуляции периферического нерва [29]. Реципрокное торможение б-мотонейронов m. soleus оценивается по методу C. Crone с соавторами [44]. При этом методе используется кондиционирующая стимуляция n. peroneus profundus, которая активирует афференты m. tibialis anterior и возбуждает Ia тормозные интернейроны, проецирующие на б-мотонейроны m. soleus. В соответствии с данным методом оценивалась степень подавления амплитуды тестирующего Н-рефлекса m. soleus, вызываемого кондиционирующей стимуляцией n. peroneus profundus и наносимой за 2 мс у мальчиков 9-12 лет и 3 мс - у подростков 14-15 лет, юношей 17-18 лет, мужчин 22-27 лет до тестирующего раздражения n. tibialis [14, 21]. Постулируется, чем больше подавление амплитуды тестирующего Н-рефлекса m. soleus по отношению к амплитуде контрольного Н-рефлекса, тем более выражено реципрокное торможение спинальных б-мотонейронов.
Рис. 6. Схематическое описание методики оценки реципрокного торможения б-мотонейронов m. soleus: синяя линия - Ia потоки, идущие от nn. tibialis и peroneus profundus; Мн TA - мотонейроны m. tibialis anterior; Мн Sol - мотонейроны m. soleus; Ин Ia - тормозные интернейроны Ia (жёлтым цветом) [22].
В ранних работах в реципрокном торможении выделяли три тормозных периода: I период - коротколатентное дисинаптическое реципрокное торможение [108, 46], II период - длиннолатентное торможение (D1-торможение) и III-период - длиннолатентное торможение (D2-торможение) [46]. В настоящее время реципрокное торможение на спинальном уровне принято разделять на два периода: дисинаптическое реципрокное торможение через Ia интернейроны и длиннолатентное реципрокное торможение [127]. Описанные выше фазы реципрокного торможения наблюдаются и в мышцах верхних конечностей [46, 116].
Выраженность реципрокного торможения у человека зависит от уровня активности антагониста, агониста и мышц, относящихся к другим суставам [45, 64, 49]. Контроль нейрональных сетей реципрокного торможения может быть различным и определяется характеристиками произвольных двигательных действий [3, 136, 113, 86]. Модуляция реципрокного торможения также наблюдается при патологии: спастичности нижних конечностей [111], верхних конечностей [123], детском церебральном параличе [101, 69] и после травмы спинного мозга [93].
С помощью метода транскраниальной магнитной стимуляции головного мозга установлено, что на спинальных интернейронах реципрокного торможения человека конвергируют нейроны кортикоспинальных путей [79, 127, 96]. Описана конвергенция на общих спинальных интернейронах кортикоспинальных путей и афферентов, осуществляющих коротко- и длиннолатентное дисинаптическое реципрокное торможение [79].
Выраженность реципрокного торможения б-мотонейронов мышцы-сгибателя стопы в состоянии относительного мышечного покоя соответствует дефинитивному уровню в возрастном периоде от 9 до 18 лет [14, 21]. К 9-12-летнему возрасту реципрокное торможение б-мотонейронов мышцы-сгибателя стопы сформировано и характеризуется достаточно высокой функциональной организацией, по-видимому, на основе уже имеющихся морфологически зрелых дисинаптических нейрональных путей. У лиц зрелого возраста спинальное и корковое реципрокное торможение увеличено в сравнении с лицами пожилого возраста [89, 72].
Данные, полученные по изучению реципрокного торможения б-мотонейронов m. soleus человека при выполнении произвольного движения, указывают на то, что в возрасте 9-12 лет наблюдается большая выраженность данного вида торможения, у подростков 14-15 лет - самая малая, а в возрасте 17-18 лет - слабая и достигает дефинитивного уровня [20, 42]. Эти данные позволяют высказать предположение о том, что у детей 9-12-летнего возраста напряжение мышц голени вызывает большее усиление афферентных потоков от m. tibialis anterior к мотонейронам m. soleus по сравнению с подростками 14-15 лет, юношами 17-18 лет и мужчинами 22-27 лет (рис. 3, 1). Возможно, детям 9-12 лет при произвольном усилии требуется также увеличение нисходящих возбуждающих влияний на тормозные Ia и Ib интернейроны для компенсации развивающихся при удержании статического усилия реципрокных и нереципрокных тормозных процессов, снижающих возбудимость спинальных б-мотонейронов (рис. 3, 4, 5).