Пути к Лечению Повреждений Спинного Мозга

     Всего несколько десятилетий назад, еще было мало надежд для пациентов с повреждениями спинного мозга. Теперь исследователи объединяют то, что они знают о способности центральной нервной системы перестраиваться и восстанавливаться, с новым пониманием о скрытых процессах спинного мозга, чтобы значительно улучшить лечение.

   Даже самые разрушительные травмы спинного мозга, обычно не полностью разрывают связь между головным мозгом, позвоночником, и остальной частью тела. Ученые в настоящее время ищут способы, чтобы наладить работу большинства из оставшихся соединений с использованием различных технологий. Исследования в области электрической стимуляции и опорно-двигательного обучения (лечение, которое полагается на помощь человека или робота во время упражнения в ходьбе) предполагают то, что возможно вырастить поврежденные нейронные цепи в головном и спинном мозге, и восстановить некоторый добровольный контроль над телом. Некоторые из этих исследований считают, что определенные схемы лечения спинного мозга, способны сами по себе заставить спинной мозг помогать телу двигаться вновь.

  Когда мы ходим, два источника информации обрабатываются нашим спинным мозгом. Один приходит сверху: инструкции от мозга о том, куда мы хотим идти на основе того, что мы видим. Другой идет снизу: сенсорная информация от мышц, сухожилий и кожи. После травмы спинного мозга, линии и связи между головным и спинным мозгом разорваны или резко уменьшаются, в зависимости от тяжести травмы. Без сигналов, поступающих от головного мозга, врачи и исследователи считали невозможным восстановить любой тип контроля над конечностями. Но в отличии от фиксированных механических схем, головной и спинной мозг пластичны. Аксиома в нейронауке гласит - "нейроны, как огонь ", это означает, что связи между нейронами и их ростом или атрофией основаны на активности.

 Один из перспективных подходов, чтобы помочь парализованным пациентам перейти к движению и ходьбе с "вспомогательными" технологиями, это устройства - поддерживающие их вес. Усиливая сенсорные сигналы, которые поступают из суставов, когда они двигаются с участием  подошв ног, когда давление ритмично переключается с одной ноги на другую, исследователи думают, что они смогут компенсировать отсутствие сильного сигнала мозга. Врачи используют такие устройства, как Локоматы, для поддержки веса пациента со специальной амуницией и двигая ноги на беговой дорожке с помощью робота и скоб на ногах. Специалисты центов по восстановлению после травм спинного мозга, отмечают, что многие пациенты с поддержанием веса на беговой дорожке, показывают правильные модели шага, даже если они не могут ходить на своих собственных ногах. Это говорит о том, что некоторые двигательные "программы" хранятся непосредственно в спинном мозге, а также могут быть вызваны сенсорным способом. По словам невролога Фолькера Дитз, почетного профессора Цюрихского университета, который продолжает проводить исследования в Университетской больнице в Цюрихе, чтобы получить модель шага в мышцах, необходим контакт с землей и сгибание, а так же движения тазобедренного сустава. Когда исследователи измеряют активности спинномозговых схем парализованных пациентов на Локомате, они обнаруживают, что картина такая же, как и та, которая у здоровых добровольцев. Разница лишь в том, что сигнал не является достаточно сильным, чтобы сокращать мускулы. Опорно-двигательное обучения специально предназначено для усиления спинного сигнала.

 В прошлом году было опубликовано исследование, которое было посвящено оценке влияния на двигательную подготовку среди 196 пациентов с неполным повреждением спинного мозга. Эти пациенты имели некоторые движения в некоторых мышцах, а так же в парализованных конечностях, подразумевая, что всё еще существуют остаточные связи между головным и спинным мозгом. Исследование показало, что эта подготовка может помочь людям с неполной травмой спинного мозга. Многие из этих людей, даже спустя десятилетия после травмы смогли идти, в то время, когда они ранее, целый день были в инвалидном кресле. Однако, данное лечение не работает для всех пострадавших от SCI, около 12 процентов пациентов не показали каких-либо улучшений.

 Имплантация электродов

 Несколько лет назад доктор Harkema начал тестирование эпидуральной стимуляции на нескольких пациентах, которым не помогли опорно-двигательные подготовки. Она хирургическим путем имплантировала электроды в наружные слои мозга пациентов и стимулировала правую его часть, ниже порогового уровня. Поскольку спинной мозг используется для получения большой части сигналов от головного мозга, он не реагирует так сильно на сенсорные сигналы. Цель этой стимуляции в том, чтобы спинной мозг более чутко реагировал на сенсорные сигналы, таким образом, они могут вызвать присущие человеку движения. До сих пор Harkema испытала данную технологию на трех пациентах. Через семь месяцев стимуляция в сочетании с реабилитационным обучением (где жгуты поддерживают части тела пациентов, а врачи вручную передвигают конечности), они были в состоянии самостоятельно стоять и поддерживать массу тела в первый раз за последние годы. Harkema сообщает, что один пациент даже восстановил способность двигать добровольно пальцами ног и лодыжками, а так же сгибать колени на 90 градусов - лежа, но только во время приема эпидуральной стимуляции. Однако ни один из ее пациентов не был в состоянии сделать шаг самостоятельно.

 Harkema сообщает также то, что активация спинного мозга - усиливает остаточные соединения между ним и головным мозгом.

 Выращивание новых связей

 Ряд изящных экспериментов проведенных на крысах опубликованный в прошлом году в журнале Наука, говорит о том, что даже когда незначительная часть –всего 2 процента связей между головным и спинным мозгом остается, эпидуральная стимуляция в сочетании с опорно-двигательной подготовкой может создать новые связи через части спинного мозга, которые были разорваны. Профессор Грегуар Куртин и его коллеги из Центра Neuroprosthetics и Институт Мозга и разума в Швейцарском федеральном технологическом институте, обучают парализованных крыс с неполным поражением спинного мозга, с помощью миниатюрной версии опорно-двигательного тренажера для людей. Жгут поддерживает некую часть массы тела животного, так что только парализованные задние конечности имеют контакт с землей. Исследователи производят эпидуральные стимуляции, в то время как крыс уговорили идти к лакомству. После трех недель обучения, крысы смогли сделать свои первые шаги, и примерно через пять недель, они могли подниматься по лестнице и маневрировать вокруг препятствий. Исследователи обнаружили, что после тренировки, пораженное место стало домом для новых аксонов. Они восстановились в размере около 45 процентов от числа предварительного поражения соединений.

 В отличие от пациентов доктора Harkema, крысы доктора Куртина также получали препараты, для наращивания связей между нейронами в спинном мозге. Оба исследователя считают, что следующим шагом, будет - дать пациентам эти комбинации лечения, но препараты, используемые на крысах еще должно быть одобрены FDA для людей. Доктор Куртин предполагает, что до тех пор, пока они будут одобрены, эпидуральная стимуляции у пациентов, может быть улучшена путем охвата более чем одной области спинного мозга. Идею еще предстоит проверить.

 Опорно-двигательное реабилитация и исследования эпидуральной стимуляции показывают, что в некоторые соединениях мозга слева, можно вырастить или расширить связи, что приведет к восстановлению добровольного контроля. Но в настоящее время ведутся споры о сенсомоторной полной травме (больной не может двигаться или чувствовать), что означает также анатомические травмы ( нет абсолютно никакой связи между оставшимся головным и спинным мозгом).

 Но невролог Джон Макдональд, директор Международного центра травмы спинного мозга в институте Кеннеди Кригера в США, сообщает, что у двух третей пациентов с полной травмой спинного мозга некоторые соединения остаются. Но есть и те, кто не согласны с данным утверждением, отмечая, что " кровотечения и измельченные нейроны", которые образуются в результате травмы спинного мозга, сделают маловероятной способность аксонов к тому, чтобы выжить.

 Куртин и его коллеги показали, что даже с разрезом, который полностью отключить головной мозг от спинного мозга, крысы всё еще были в состоянии ходить, избегать препятствия, и даже побочные шаги после обучения. Может показаться, что некоторые из этих движений потребует контроля со стороны головного мозга (сверху вниз), Куртин говорит, что они управляются исключительно спинным мозгом. "У нас есть умные нейронные сети в спинном мозге, которые могут сделать многое, и эти сети могут даже узнать какое решение необходимо", говорит он. "То, что мы видим, является выбором схем в спинном мозге, которые становятся все более эффективными при выполнении задач - успешно".

 В отличие от крыс с некоторыми остаточными связями, у которых есть только сенсорный ввод сигнала, люди не могут идти к лечению самостоятельно, и не могут начать двигаться добровольно. "Движение полностью зависит от сигнала из ног", говорит Куртин. Они могут только помочь начать активизацию, если крыса находятся на беговой дорожке, так что движение тазобедренных суставов и мышц, а так же изменения в давлении на лапы, выступают в качестве триггеров, для спинной программы, чтобы начать процесс их активации.

Стимулирование мышц

     Пациенты, которые имеют полные сенсомоторные травмы спинного мозга, которые не способны двигаться, и у них нет ощущений, имеют лишь 3 процента от общего шанса быть в состоянии двигаться вновь. До сих пор, опорно-двигательное обучение не помогло им восстановить утраченные способности. Доктор Mc Donald, изучает другую технику, которая включает в себя электрическую стимуляцию мышц, и может привести к нейропластичности (способность нервных клеток, расти и изменяться в ответ на новые сигналы и раздражители). Он использует велосипедно-функциональную электростимуляцию (cFES), которая позволяет полностью парализованным пациентам достичь некоторых движений на специальном велосипеде.

 В исследовании, опубликованном в этом году в Журнале Медицины спинного мозга, он обнаружил, что более высокий процент пациентов в группе(cFES), смогли улучшить свои способности к движении по сравнению с процентом в контрольной группе. Например, некоторые пациенты были в состоянии переместить часть своих ногах, что позволяет полностью задействовать мышцы, прежде чем они начнут дергаться. Многие в группе (cFES), смогли восстановить способность чувствовать укол или легкое прикосновение. McDonald считает - что мышечная деятельность приводит к росту новых сенсорных волокон и изменениям, которые он видел с этими пациентами.

 FES не является новой методикой, она уже была использована для парализованных пациентов, начиная с конца семидесятых годов. McDonald смог использовать велосипед и (FES), как часть терапии на актере Кристофере Ривз, в то время когда его травме было около 5 лет, у Ривза в тот момент не было абсолютно никакого управления движениями, а прогноз был постоянный и полный паралич. Но McDonald считал, что активность мышц может активировать нервную систему. После примерно трех лет упражнений по три часа в неделю, Ривз был в состоянии двигать некоторые мышцы на руках и ногах.

 Пока не ясно, способна ли (FES) терапия помочь пациентам восстановить способность ходить, McDonald лишь говорит, что это ведет к улучшению качества жизни людей. Предыдущие исследования показали, что это предотвращает атрофию мышц, уменьшает спастичность, и помогает улучшить кровообращение. Его исследование доказало, что данное лечение снижает уровень холестерина крови и внутримышечного жира, факторы, которые могут привести к диабету 2-го типа у людей с повреждением спинного мозга. Пациенты также способны восстановить контроль над мочевым пузырем, одним из приоритетных направлений для тех, кто сталкивается с этой проблемой. Способность чувствовать объятие снова, играет важную роль, как говорит сам доктор McDonald.

 Сегодня и ближайшее будущее

     Несмотря на то, что эпидуральная стимуляция еще не доступна, FES и опорно-двигательное обучения с Локоматом и их эквивалентом, сейчас абсолютно доступны всем.

 Доступ к оборудованию очень важен, так как есть свидетельства того, что чем раньше начать лечение, тем лучше результат. Фолькер Дитз обнаружил, что примерно через год после травмы спинного мозга, спинномозговые схемы начинают деградировать. «Они больше не реагируют должным образом на сенсорные входы сигналов. Он считает, что подготовка и стимуляция может помочь предотвратить деградацию нейронов, сохраняя эти схемы открытыми, для их перепрограммирования в том случаи, если новые методы лечения для регенерации появиться в ближайшие годы.

 Методы лечения, которые сейчас находятся в экспериментальной стадии:

 Куртин теперь работает на приматах и моделях комбинированного лечения (эпидуральная стимуляция, лекарственная терапия и опорно-двигательное обучение), так что он может проверить это на людях. Дитз видит будущее в менее инвазивных способах обеспечения стимуляции спинного мозга. Исследователи в данной области делают большие успехи, но доктор Куртин предупреждает, что еще многое предстоит сделать: "мы не работаем в направлении лечения, мы пытаемся разработать меры, которые, надеюсь, помогут людям улучшить их восстановление".