Peculiarities of the interneuronal pool influence on the spinal motoneurons under the conditions of prolonged hypoestrogenemia

The purpose of research is to study the peculiarities of the interneuronal networks influence on the activity of spinal anterior horns motoneurons under the conditions of experimental menopause. Materials and methods. The study was performed on 51 mature Wistar rats (females). Menopause was induced by a minimally invasive ovariohysterectomy. L5 dorsal root was stimulated by single and paired square-wave impulses. The response was recorded on the dorsal surface of the spinal cord and the ventral root at the same level. Results. An increase in the excitation threshold of the spinal cord afferent fibers and the latent period of 102.14 % and 94.12 %, respectively, were established in animals after ovariectomy. Supramaximal stimulation of the dorsal root L5 induced an increase in the amplitude of components N1 by 10.14 %, N2 by 11.82 %, N3 by 48.28 %, and P-wave by 31.58 %, and the duration of N3 component was increased by 26.54 % in the experimental group. In stimulation by paired pulses over a time interval of 2 ms to 3 ms, a significant increase was observed, and from 6 ms to 100 ms there was a suppression of the N1 component of the second PDP in the group of animals with experimental menopause. The threshold for excitation of motoneurons was decreased to 54.17 ± 19.80 %, the latent period was decreased to 85.39 ± 2.63 %, and the response amplitude was reduced to 127.59 ± 3.78 %. When paired stimuli were applied, there was delayed recovery of evoked response amplitude in the same range (2–100 ms) as in the interneuronal pool study and matching the positive component of potential duration of the spinal cord dorsal surface. Conclusions. Thus, the overall effect of the long-term estrogen deficiency is an increase in the spinal cord motoneurons excitability, facilitation of nerve transmission in the structures of the anterior and posterior horns at high-frequency of dorsal root stimulation, and marked inhibition of low-frequency input due to deepening of the presynaptic inhibition processes mediated by significantly increased activity of substantia gelatinosa neurons

ОСОБЛИВОСТІ МЕТОДОЛОГІЧНОГО ПІДХОДУ ДО ВИКЛАДАННЯ КУРСУ ФІЗІОЛОГІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ КОМП`ЮТЕРНОЇ СИМУЛЯЦІЇ В СИСТЕМІ СУЧАСНОЇ МЕДИЧНОЇ ОСВІТИ В УКРАЇНІ

The aim of the study – a review of modern computer simulation of physiological functions and evaluation of experience and implementation of these technologies in the educational process of the Department of Physiology, State establishment “Dnipropetrovsk Medical Academy of the Ministry of Health of Ukraine”, Dnipro.Materials and Methods. Theoretical and methodological analysis of modern simulation technologies for teaching the curse of physiology, including next software: “Virtual Physiology” (LuPraFi-Sim, program presented by the International Union of humane education – InterNICHE, and supported WSPA), Sim Nerv, Six Second ECG. Descriptive analyze the quality of passing of licensed test examination “Step 1” in the specialty “Dentistry” of Ukrainian students in 2017.Results and Discussion. At present, there are available and successfully implemented in teaching of physiology software simulators in the following sections: physiology of excitable structures, the central and peripheral nervous system, autonomic nervous system, humoral regulation of visceral functions, urinary system, respiratory system, blood, physiology of the digestive tract, cardiovascular system. The results of the license test examination “Step 1” in the specialty “Dentistry” of Ukrainian students in 2017 the average mark of the discipline “Physiology” is 74.9 %, while the overall average score on the exam of 72.5 %.Conclusions. 1. New software have merged text information, graphics, video and animation of physiological processes, enables high-quality mastering theoretical information and promotes more successful integration of the student in clinical sciences. 2. These developments are actively implemented in all sections of the course Physiology and focused on continuity and consistency of training, based on historical experience and humanistic values, development of new educational technologies. 3. The use of modern simulation technology in teaching physiology course has a positive effect on student performance quality and their preparation to the licensed test exam “Step1”.Мета дослідження – огляд сучасних засобів комп’ютерної симуляції фізіологічних функцій та оцінка і досвід впровадження цих технологій  у навчальний процес кафедри фізіології ДЗ “Дніпропетровська медична академія МОЗ України” м. Дніпро.Матеріали та методи дослідження. Теоретичний та методологічний аналіз сучасних симуляційних технологій, які використовуються для викладання курсу фізіології, зокрема програмне забезпечення: “Віртуальна фізіологія” (LuPraFi-Sim, програма представлена Міжнародною спілкою гуманної освіти – InterNICHE, та за підтримки WSPA), Sim Nerv, Six Second ECG. Дескриптивний аналіз якості складання ліцензійного тестового іспиту “Крок-1” за фахом “Стоматологія” вітчизняними студентами у 2017р.Результати й обговорення. На сьогодні доступні та успішно впроваджені у викладання курсу фізіології програми-симулятори з таких розділів, як: фізіологія збудливих структур, центральна та периферична нервова система, автономна нервова система, гуморальна регуляція вісцеральних функцій, система виділення, дихальна система, кров, фізіологія шлунково-кишкового тракту та харчування, серцево-судинна система. За результатами складання ліцензійного тестового іспиту “Крок-1” за фахом “Стоматологія” вітчизняними студентами у 2017 р. середній результат із дисципліни “Фізіологія” складає 74,9 %, при загальному середньому балі по іспиту 72,5 %.Висновки. 1. Нові розробки програмного забезпечення, у яких об’єднані текстова інформація, графіка, відео та анімація фізіологічних процесів, а також можливості впливати на їх перебіг, дають змогу якісного засвоєння теоретичної інформації та більш успішної інтеграції студента до клінічних дисциплін. 2.  Згадані розробки активно реалізуються у всіх розділах курсу фізіології й орієнтовані на безперервність і послідовність навчання, основані на історичному досвіді та гуманістичних цінностях, розвитку нових педагогічних технологій. 3.  Використання сучасних симуляційних технологій у викладанні курсу фізіології чинить позитивний вплив на якісну успішність студентів при складанні ліцензійного тестового екзамену “Крок-1”

Особливості впливу інтернейронного пулу на мотонейрони спинного мозку за умов тривалої гіпоестрогенемії

The purpose of research is to study the peculiarities of the interneuronal networks influence on the activity of spinal anterior horns motoneurons under the conditions of experimental menopause.Materials and methods. The study was performed on 51 mature Wistar rats (females). Menopause was induced by a minimally invasive ovariohysterectomy. L5 dorsal root was stimulated by single and paired square-wave impulses. The response was recorded on the dorsal surface of the spinal cord and the ventral root at the same level.Results. An increase in the excitation threshold of the spinal cord afferent fibers and the latent period of 102.14 % and 94.12 %, respectively, were established in animals after ovariectomy. Supramaximal stimulation of the dorsal root L5 induced an increase in the amplitude of components N1 by 10.14 %, N2 by 11.82 %, N3 by 48.28 %, and P-wave by 31.58 %, and the duration of N3 component was increased by 26.54 % in the experimental group. In stimulation by paired pulses over a time interval of 2 ms to 3 ms, a significant increase was observed, and from 6 ms to 100 ms there was a suppression of the N1 component of the second PDP in the group of animals with experimental menopause.The threshold for excitation of motoneurons was decreased to 54.17 ± 19.80 %, the latent period was decreased to 85.39 ± 2.63 %, and the response amplitude was reduced to 127.59 ± 3.78 %. When paired stimuli were applied, there was delayed recovery of evoked response amplitude in the same range (2–100 ms) as in the interneuronal pool study and matching the positive component of potential duration of the spinal cord dorsal surface.Conclusions. Thus, the overall effect of the long-term estrogen deficiency is an increase in the spinal cord motoneurons excitability, facilitation of nerve transmission in the structures of the anterior and posterior horns at high-frequency of dorsal root stimulation, and marked inhibition of low-frequency input due to deepening of the presynaptic inhibition processes mediated by significantly increased activity of substantia gelatinosa neurons.Цель работы – изучить особенности влияния интернейронных цепей на активность мотонейронов передних рогов спинного мозга в условиях экспериментальной менопаузы.Материалы и методы. Исследование проведено на 51 половозрелых крысах-самках линии Вистар. Менопаузу моделировали малоинвазивной овариогистерэктомией. Дорсальный корешок L5 стимулировали прямоугольными одиночными и парными импульсами, ответ регистрировали на дорсальной поверхности спинного мозга и вентральном корешке того же уровня.Результаты. Установлено повышение порога возбуждения афферентных волокон спинного мозга на 102,14 % и латентного периода на 94,12 % у животных после овариоэктомии. В условиях супрамаксимальной стимуляции дорсального корешка L5 выявлен рост амплитуды компонентов N1 на 10,14 %, N2 – на 11,82 %, N3 – на 48,28 %, Р-волны – на 31,58 % и увеличение продолжительности N3-компонента на 26,54 % в опытной группе. При стимуляции парными импульсами на временном промежутке от 2 до 3 мс наблюдалось достоверное увеличение, а с 6 мс по 100 мс – угнетение N1-компонента второго ПДП в группе животных с экспериментальной менопаузой. Порог возбуждения мотонейронов снизился до 54,17 ± 19,80 %, латентный период –до 85,39 ± 2,63 %, амплитуда ответа – до 127,59 ± 3,78 %. При нанесении парных раздражений наблюдали опоздание восстановления амплитуды вызванного ответа в том же диапазоне (2–100 мс), что и при исследовании интернейронного пула, и совпадает с длительностью положительного компонента потенциала дорсальной поверхности спинного мозга.Выводы. Суммарным эффектом длительно существующего дефицита эстрогенов является повышение возбудимости мотонейронов спинного мозга, облегчение нервной передачи в структурах заднего и переднего рогов на высоких частотах стимуляции дорсальных корешков, выраженное торможение низкочастотной импульсации за счет углубления процессов пресинаптического торможения со стороны нейронов желатинозной субстанции, активность которых существенно увеличивается. Мета роботи – вивчити особливості впливу інтернейронних ланцюгів на активність мотонейронів передніх рогів спинного мозку в умовах експериментальної менопаузи.Матеріали та методи. Дослідження провели на 51 статевозрілих щурах-самицях лінії Вістар. Менопаузу моделювали малоінвазивною оваріогістеректомією. Дорсальний корінець L5 стимулювали прямокутними поодинокими та парними імпульсами, відповідь реєстрували на дорсальній поверхні спинного мозку та вентральному корінці того самого рівня.Результати. Встановили підвищення порога збудження аферентних волокон спинного мозку на 102,14 % та латентного періоду на 94,12 % у тварин після оваріоектомії. За умов супрамаксимальної стимуляції дорсального корінця L5 виявили зростання амплітуди компонентів N1 на 10,14 %, N2 – на 11,82 %, N3 – на 48,28 %, та Р-хвилі – на 31,58 % і збільшення тривалості N3-компонента на 26,54 % в дослідній групі. Стимулюючи парними імпульсами на часовому проміжку від 2 до 3 мс, спостерігали вірогідне збільшення, а з 6 мс до 100 мс – пригнічення N1-компонента другого ПДП у групі тварин з експериментальною менопаузою. Поріг збудження мотонейронів знизився до 54,17 ± 19,80 %, латентний період – до 85,39 ± 2,63 %, амплітуда відповіді – до 127,59 ± 3,78 %. Наносячи парні подразнення, спостерігали запізнення відновлення амплітуди викликаної відповіді в тому самому діапазоні (2–100 мс), що і при дослідженні інтернейронного пулу, та збігається з тривалістю позитивного компонента потенціалу дорсальної поверхні спинного мозку.Висновки. Сумарним ефектом тривало наявного дефіциту естрогенів є підвищення збудливості мотонейронів спинного мозку, полегшення нервової передачі у структурах заднього та переднього рогів на високих частотах стимуляції дорсальних корінців, виражене гальмування низькочастотної імпульсації внаслідок поглиблення процесів пресинаптичного гальмування з боку нейронів желатинової субстанції, активність яких суттєво збільшується.