Травмирование спинного мозга и его последствия
К счастью, серьезные травмы позвоночника с повреждением спинного мозга в медицинской практике встречаются не очень часто, но от этого не стают менее тяжелыми последствия таких происшествий. Сам позвоночный столб – достаточно крепкая конструкция, способная
ДОСТУПНЫЕ ЦЕНЫ НА КУРС ЛЕЧЕНИЯ
Мягко, приятно, нас не боятся дети
ДОСТУПНЫЕ ЦЕНЫ НА КУРС ЛЕЧЕНИЯ
Мягко, приятно, нас не боятся дети
Лечение травмы позвоночника и повреждения спинного мозга – довольно длительный и серьезный процесс, который не всегда ведет к полному выздоровлению пациента. Некоторые нарушения проявляются сразу, а некоторые могут развиться через время, возникая как симптомы остеохондроза, межпозвонковых грыж, спровоцировать развитие различных артрозов, стеноза, миелопатии и других заболеваний.
Анатомическое строение спинного мозга
Спинной мозг, также как и головной, несмотря на свою мягкую структуру, является одним из самых защищенных органов человеческого организма. Он покрыт несколькими оболочками (мягкий слой, паутинный и твердый), промежутки заполнены спинномозговой жидкостью. Таким образом, мозг как бы подвешен в жидкой среде на тонких растяжках, что позволяет ему выдерживать физические нагрузки, сотрясения при беге и ходьбе, растяжение и даже удары.
Расположен спинной мозг в спинномозговом канале (сквозном отверстии в позвоночнике) и со всех сторон защищен костными структурами, прочным мышечным и связочным корсетом. Наружная плотная оболочка мозга не касается стенок канала. Между ними существует зазор, называемый эпидуральным пространством, который заполнен жировой тканью, кровеносной сеткой, нервными корешками и спинномозговой жидкостью.
Повредить такую конструкцию довольно сложно, даже практически невозможно при спокойной и размеренной жизни. Поэтому даже сильное травмирование позвоночника обычно обходится без повреждения спинного мозга, хотя и провоцирует развитие хронических дегенеративно-дистрофических процессов.
Последствия повреждения спинного мозга осколками костных тканей позвоночника могут быть самыми различными и зависят от места повреждения (от временного нарушения двигательных возможностей конечностей до полного обездвиживания или летального исхода). Иногда встречаются случаи, когда первоначальные проблемы удается быстро локализировать, а затем включается процесс постепенного отмирания клеток мозга, воспаления, начинается кислородное голодание патологического участка и дальнейшее поражение здоровых клеток.
Причины и последствия травмирования спинного мозга
В повседневной жизни получить травму, приведшую к перелому позвоночника и повреждению спинного мозга, достаточно сложно. Но некоторые экстремальные ситуации могут спровоцировать огромные нагрузки, при которых компенсаторные способности организма недостаточно эффективны.
Дорожно-транспортные происшествия. Именно автомобильные катастрофы чаще всего становятся причиной столь тяжелых повреждений. При этом риску подвергаются не только сами водители, но и пешеходы, оказавшиеся в неподходящее время на месте аварии.
Экстремальные виды спорта. Некоторые люди сознательно подвергают свою жизнь опасности. Это и горнолыжники, скалолазы, велосипедисты, покоряющие горные вершины, роллеры, скейтбордеры, ныряльщики, автогонщики, водители мотоциклов и пр.
Падения с высоты. В этом случае совершенно неважно, с какого расстояния и при каких условиях произошло падение – риск травмирования и получения повреждений одинаков. Падение с лесов на строительных работах или ребяческие прыжки в воду с моста или «тарзанки» могут привести к одинаковым последствиям.
Бытовые травмы и криминальные случаи. В этот раздел попадают травмы, полученные при неудачном падении на льду зимой, со стремянки или обычной лестницы, на скользком полу (такие повреждения больше характерны для людей старшего и пожилого возраста, когда координация движений уже нарушена), а также криминальные истории, когда целостность позвоночника и спинного мозга нарушают ножевые или пулевые ранения.
Полученные во всех вышеперечисленных ситуациях травмы позвоночного столба и спинного мозга могут иметь самые серьезные последствия. Безусловно, легкое повреждение оболочки мозга и истечение спинномозговой жидкости может вызвать некоторые временные нарушения со стороны двигательных возможностей или нервных ощущений, но ничего особо страшного не повлечет.
Гораздо неприятнее, когда патологии роботы мышечных структур и внутренних органов так и не исчезнут или начнут развиваться кифоз, сколиоз, нестабильность позвонков, спондилолистез либо ретролистез, лечение которых нередко требует хирургического вмешательства. Возникновение и лечение невриномы позвоночника в большинстве случаев связывают с травмами позвонков и спинного мозга. В некоторых случаях может запуститься процесс запрограммированной гибели клеток спинного мозга (апоптоз), при котором клинические признаки поражения проявляются по нарастающей.
Полный разрыв позвоночника и спинного мозга на уровне шейного сегмента ведет к мгновенной смерти. Разрыв нижних участков дает шанс человеку на жизнь, так как легкие и сердце способны работать автономно от позвоночника, но двигательная способность тела будет заблокирована на некоторое время спинальным шоком.
Лечение травм спинного мозга
Спинной мозг по-особому реагирует на серьезное повреждение – он отключается (спинальный шок). Еще до недавнего времени врачи не знали, как бороться с синдромами поврежденного участка и выводить пострадавшего из шока. На сегодняшний день подобное состояние достаточно хорошо изучено и через несколько недель пациент приходит в сознание. На протяжении всего времени спинального шока тело подключено к аппаратам интенсивной терапии, поддерживающим дыхание и сердцебиение, а также тонус мышечных соединений.
После прохождения шока человеческое тело условно можно разделить на две половины: выше места травмы – управляемую мозгом и ниже места травмирования – управляемую автономно при помощи медицинского оборудования. Именно нижнюю часть организма и спинного мозга необходимо будет лечить.
При травмировании позвоночника и спинного мозга пострадавшему немедленно оказывают медицинскую помощь. Каждая минута промедления – это еще большее повреждение клеток мозга, их отмирание и необратимые последствия. Срочная операция по удалению осколков и обломков костных структур из спинномозгового канала, восстановление оболочки мозга и декомпрессия нервных корешков дают шанс на более быстрое и качественное дальнейшее восстановление организма.
По окончании экстренного вмешательства, насколько это возможно, врачи восстанавливают кровообращение и фиксируют позвоночник в неподвижном состоянии. Далее пациент несколько недель находится в реанимационном отделении под постоянным наблюдением.
Восстановление после травмы
Восстановительные процессы нервных клеток в спинном мозге начинаются соразмерно с отступлением спинального шока. И только когда пациент придет в полное сознание доктора смогут объективно оценить его состояние и шансы на выздоровление. После окончания реанимационного периода за состоянием больного наблюдают невролог и врач лечащий позвоночник.
В большинстве случаев первоначально даже не поврежденные, а просто близлежащие к травме участки мозга и нервных корешков и соответствующие им органы тела могут работать нестабильно, что проявляется в потере чувствительности кожи или неспособности двигаться. Регенерация нервных клеток и корешков проходит крайне медленно, и лечение больного будет длительным. Через несколько месяцев постепенно начнет возвращаться двигательная способность и чувствительность конечностей, наладится работа и контроль внутренних органов.
Те функции, которые не восстановились после полутора лет лечения, можно считать утерянными навсегда. Но в некоторых случаях происходит регенерация клеток мозга, а человек все равно не способен двигаться или ходить. Это объясняется особенностью организма «забывать» долго неиспользуемую мышечную активность и атрофией самих мышц.
Победить эту проблему помогли специально разработанные электростимуляторы и работа на тренажерах. Они позволяют «разбудить» уснувшие связи, активизировать работу каналов и заставить их функционировать заново. Через некоторое время больной уже сам сможет вставать на ноги и ходить.
Дальнейшая терапия повреждения мозга будет проходить в реабилитационных центрах лечения позвоночника и клиниках мануальной терапии. Физиопроцедуры, массажи, плавание, ЛФК и йога, иглоукалывание и рефлексотерапия помогут быстрее восстановиться организму и здоровью человека.
Восстановление функции спинного мозга: современные возможности и перспективы исследования
Введение
Актуальность восстановления функции спинного мозга не вызывает сомнений, особенно в связи с возрастанием в последние десятилетия частоты и тяжести осложненных травм позвоночника. Высокая смертность, инвалидизация среди этих больных, дорогостоящее лечение и реабилитация приводят к значительному экономическому ущербу и требуют поиска новых данных о возможностях восстановления утраченной функции спинного мозга после его повреждения [15, 26, 29].
Несмотря на огромный научный прогресс за последнее десятилетие в теоретических вопросах восстановления функции поврежденного спинного мозга и получение положительных экспериментальных результатов на животных, их практическое использование в клинике практически отсутствует. Благодаря достижениям фармакологии, реабилитации, нейрохирургии в последние годы значительно увеличилась продолжительность жизни спинальных больных и изменилось качество их жизни. Однако на данный момент главным в лечении и адаптации больных к новым условиям является не восстановление утраченных, а обучение пользованию сохранившимися функциями.
Наука только подходит к практическому применению экспериментальных данных по восстановлению функции спинного мозга, и ученые, работающие в этой области, уже сейчас убеждены в больших возможностях развития этого направления. Полученные результаты позволят шире использовать хирургические операции по реконструкции спинного мозга в клинической практике и, возможно, улучшить результаты лечения больных с инфекционными, сосудистыми, токсическими и прочими его повреждениями.
Физиологические возможности восстановления спинного мозга
Первичное и вторичное повреждение спинного мозга
Регенерация аксонов в ЦНС: основные принципы
Модуляция образования спинномозгового рубца
В месте прямого приложения травмирующей силы в результате воспалительных, глиальных реакций образуется соединительнотканный рубец, тем грубее, чем значительнее повреждение спинного мозга и чем больше величина диастаза между культями при его полном поперечном повреждении [5, 16, 51]. В рубце можно выделить три зоны, отличающиеся по клеточному составу: а) центральную соединительнотканную, б) промежуточную глиосоединительнотканную по обе стороны от центральной зоны, в) периферическую глиозно-кистозную. Ранее рубец рассматривали как главную причину, препятствующую прорастанию аксонов [7, 19, 34, 61, 80]. Действительно, грубые соединительнотканные волокна, особенно расположенные поперечно к оси спинного мозга, являются механическим препятствием для прорастания аксонов. Однако клеточные глиальные элементы, в частности астроциты, могут выделять целый ряд факторов, стимулирующих регенерацию [9, 71, 90]. Поэтому модуляция процесса образования рубца является одним из элементов влияния на процесс регенерации. С этой целью использовали стероиды, физические воздействия в виде лазерного излучения и магнитного поля, трансплантационные методики с пересадкой биологических и небиологических компонентов (желатиновые капсулы, стенки желчного пузыря, миллипоровые фильтры, денатурированный куриный желток и т.д.) [6, 7, 22, 39, 66]. Это приводило в некоторых случаях к изменению клеточного состава рубца, меняло число и ориентацию соединительнотканных волокон и даже усиливало коллатеральный спраутинг, но не сопровождалось регенераторным прорастанием волокон сквозь рубец. Все же модификация рубцеобразования, процесса глиоза входит в возможные воздействия на процесс регенерации [2, 13, 34].
Влияние клеточного окружения на рост аксонов
Однако наибольшее развитие получили заместительные методики, когда к месту травмы имплантировали клетки, способные пропустить растущие аксоны. Первыми опытами были опыты А. J. Aguayo с трансплантацией отрезков периферических нервов; позже стали использовать чистые культивированные шванновские клетки из периферических нервов как главные направляющие роста аксонов [19, 30, 34, 54, 60, 64, 81, 85]. Шванновские клетки заключали в полупроницаемые трубочки, которые помещали между культями спинного мозга: растущие аксоны были способны прорастать сквозь трансплантат, но не могли расти дальше в дистальный конец спинного мозга [88]. Для преодоления этого L. Olson использовал фибриновый гель, содержащий трофический фактор FGF-1 [32]. В результате этого большое число аксонов прорастало в дистальный конец спинного мозга на определенное расстояние с восстановлением значительного числа функций спинного мозга. Недавно для трансплантационных целей стали использовать оболочечные клетки обонятельных нервов [59]. Эти клетки довольно схожи с шванновскими клетками, но обнаружены только в обонятельной системе и в течение всей жизни обеспечивают субстрат для вновь растущих аксонов назального эпителия в ЦНС. Применение этих клеток дало ошеломляющие результаты. Y. Li и G. Raisman показали, что кортико-спинальные аксоны регенерировали на длинные расстояния и восстанавливали двигательные кортико-спинальные функции [59]. Эти клетки имеют отличие от шванновских клеток: тогда как шванновские клетки остаются в месте трансплантации, оболочечные клетки мигрируют вдоль белого вещества спинного мозга, увлекая аксоны за собой; кроме того, растущие аксоны затем «обгоняют» оболочечные клетки и прорастают дальше. В другом эксперименте М. Bunge использовала трансплантат из шванновских клеток, сквозь который прорастали аксоны, в сочетании с оболочечными обонятельными клетками, которые мигрировали, увлекая аксоны в дистальный отрезок спинного мозга [68].
Таким образом, действие эмбриональной ткани можно описать как комплексное. Она является индуктором и субстратом интегрирующих растущих поврежденных аксонов; примечательно, что при трансплантации глиальный рубец практически не образуется, и трансплантат легко проницаем для растущих аксонов.
Стимуляция регенераторной способности аксонов
Протяженность прорастания аксонов определяется соотношением между влиянием клеточного окружения и их регенераторной способностью. Поскольку в обычных условиях травмированная нервная ткань оказывает крайне тормозящее влияние на рост аксонов, а сами аксоны имеют низкий регенераторный потенциал, следует ожидать максимальной эффективности их восстановления при воздействии на оба фактора: изменения клеточного окружения и стимуляции аксонов к регенерации [79, 83]. Трофические факторы были использованы в большинстве вышеописанных трансплантационных экспериментов. При их применении увеличивалось число регенерирующих аксонов [57]. Первой демонстрацией были опыты, которые провел М. Е. Schwab, использовавший в комплексе с антителами к миелину (IN-1) трофические факторы (NT3 и BDNF) [12, 73, 75]. В опытах с использованием шванновских клеток инфузия трофических факторов увеличивала количество прорастающих аксонов в шванновские клетки.
Подобные результаты получены с пересадкой периферических нервов и эмбриональной ткани. Изолированная инфузия нейротрофических факторов не являлась достаточной для достижения регенерации. В качестве альтернативной презентации трофических факторов использовались генно-модифицированные фибробласты, секретирующие NT3 [34, 65, 81]. При помещении этих клеток в область дорсальной гемисекции спинного мозга кортико-спинальные аксоны были привлечены к трансплантату в большом количестве и некоторые прорастали сквозь трансплантат в дистальную часть спинного мозга с некоторым восстановлением сенсомоторных функций [47].
Заключение
Суммируя вышесказанное, можно сказать, что существует несколько экспериментальных работ, в которых получена значительная аксональная регенерация в зрелом спинном мозге грызунов с восстановлением утраченных функций. Это явилось огромным прорывом в проблеме восстановления функции поврежденного спинного мозга за последние 10 лет. Наблюдаемый рост аксонов простирался не далее 3 см: это наибольшее расстояние для роста аксонов у крыс. Сравнительное число регенерирующих аксонов также невелико. Но вселяет оптимизм то обстоятельство, что такое малое число аксонов оказывает огромный эффект и может вернуть значительную часть утраченных сенсомоторных функций. Очевидно, что регенерирующие аксоны могут устанавливать случайные и эктопические связи, что, возможно, может привести к ухудшению функциональных результатов. Однако эксперименты показывают улучшение сенсомоторной функции, хотя детального изучения вновь образованных связей не проводилось. Регенерирующие чувствительные аксоны могли бы вызвать хронические боли, и хотя эксперименты на животных напрямую не исследовали этот феномен, подопытные животные не проявляли отказа в пользовании реиннервированной конечностью вследствие возможных болей. Важно, что эксперименты, в которых демонстрируется регенерация спинного мозга, используют различные подходы и технологии, и можно предполагать, что совместное использование нескольких техник может иметь значительный суммарный эффект и привести к большему эффекту. Для оценки экспериментальных данных необходимо учитывать тот факт, что все описанные методики были исследованы на животных малого размера, а также использовали модели экспериментальной травмы, имеющей отличия от механизма, наблюдаемого у людей. В частности, в опытных моделях травмы отсутствует элемент ротации и обычно воздействие оказывается на задние отделы спинного мозга, в то время как в реальных случаях чаше встречается вентральная компрессия в сочетании с ротационным компонентом.
Развитие экспериментальной медицины столь стремительно, что можно ожидать еще большего прогресса в получении массивного роста аксонов в ближайшие десятилетия. Уже полученные результаты могут быть полезны для пациентов: рост аксонов на 3 см, конечно, не является излечением, но у больных с повреждением спинного мозга снижение уровня неврологического дефицита на 2-3 сегмента может быть большим облегчением, особенно это может касаться больных с повреждением шейного отдела спинного мозга и поясничного утолщения. Если даже удастся перенести экспериментальные результаты на людей, маловероятно, что будет получено прорастание по всей длине спинного мозга. Поэтому у пациентов с шейным уровнем травмы может иметь место возвращение некоторых функций верхних конечностей без улучшения в нижних конечностях. При поражении поясничного утолщения и конуса спинного мозга, вероятно, можно будет добиться улучшения функции тазовых органов и вегетативно-трофической иннервации.
Комплексное воздействие на травматический процесс в спинном мозге с целью восстановления функции может включать следующие компоненты:
— нейропротекция с целью стабилизировать уцелевшие структуры и предотвратить волну вторичного повреждения;
— при наличии грубого анатомического повреждения спинного мозга объединение его поврежденных участков с помощью трансплантата (аутонервы, культуры шванновских клеток, эмбриональная ткань);
— стимуляция роста аксонов путем введения нейротрофических факторов путем системной или локальной инфузии к месту повреждения спинного мозга;
— изменение глиального окружения с использованием антител, генной терапии, трансплантационных методик;
— использование различных физиотерапевтических воздействий (магнитные поля, лазерное излучение и пр.) и других физических факторов с целью максимальной стимуляции регенераторного потенциала.
К сожалению, существует определенная опасность использования трансплантационных методик при повреждении спинного мозга, особенно шейного отдела, так как даже небольшое повреждение сохраненных коллатеральных проводников может привести к катастрофическому ухудшению состояния больного. Поэтому в ближайшем будущем можно ожидать использования этих техник у больных с полным функциональным повреждением спинного мозга на среднем и нижнем грудном уровне.
Использование тонких трансплантационных методов требует развития методик визуализации трансплантата и способов электрофизиологического контроля за изменением функции спинного мозга. Наука только начала подходить к реконструктивной хирургии при повреждениях спинного мозга, однако становится ясно, что соединение экспериментальных исследований и клинического применения приведет к появлению той реконструктивной стратегии, в которой очень нуждаются пациенты.
Литература
Восстановление клеток спинного мозга in vivo
Ученые из СПбГУ и Каролинского института научились восстанавливать клетки спинного мозга внутри живого организма
Ученые из СПбГУ в коллаборации с Каролинским институтом (Швеция) впервые на модели in vivo показали возможность создания клеток ЦНС, способных выполнять свои обычные функции и восстанавливать поврежденный спинной мозг при травмах. Клетки выстилки центрального канала спинного мозга можно трансформировать в олигодендроциты, формирующие «изоляционный материал» вокруг аксонов нервных клеток.
«Нервные клетки не восстанавливаются» — наивное предостережение, имеющее мало общего с научными фактами
В мозге даже взрослого человека существуют процессы нейрогенеза. Этих способностей хватает для поддержания когнитивных функций, но уже недостаточно для, например, восстановления спинного мозга после серьезной травмы. Обычно это приводит к появлению в нервной ткани «глиального рубца» — и прежние функции спинного мозга в полном объеме вернуть уже не получается.
Результаты работы отечественных и шведских ученых опубликованы в статье в престижном научном журнале Science.
Экспериментальная часть
Группа исследователей из Каролинского института и Санкт-Петербургского государственного университета под руководством пионера в области исследований стволовых клеток мозга профессора Йонаса Фризена смогла сделать шаг к тому, чтобы научиться восстанавливать поврежденные ткани центральной нервной системы внутри живого организма. Эксперименты проводились на мышах с использованием трансгенных технологий. Ученые показали, что при различных травмах спинного мозга у мышей можно управляемо запустить процесс образования полноценных олигодендроцитов, которые будут выполнять свои функции по миелинизации аксонов нервных клеток поврежденной ткани. Именно олигодендроциты, оборачивая свои отростки вокруг аксонов нервных клеток, формируют так называемые миелиновые оболочки — особый «изоляционный материал», который способствует быстрому распространению нервных импульсов в центральной нервной системе (ЦНС).
Образование олигодендроцитов происходило из эпендимальных клеток, которые выстилают центральный канал спинного мозга. Для этого в этих клетках с помощью генетических технологий искусственно вызывали появление особенного белка, транскрипционного фактора Olig2, который в норме управляет программой формирования специфических свойств (дифференцировки) клеток олигодендроцитов в ЦНС в эмбриональном развитии.
«Возможно, благодаря подобным научным исследованиям в будущем нам удастся полностью восстанавливать повреждения в центральной нервной системе у людей», – поделился оптимизмом заведующий лабораторией биологии синапсов Института трансляционной биомедицины Олег Шупляков.
Следующие шаги исследователей — детальное изучение программ запуска дифференцировки нервных клеток различных модальностей у позвоночных, а также разработка медицинских технологий, которые помогут восстанавливать функции центральной нервной системы после травм ЦНС и при нейродегенеративных заболеваниях у человека.
«Публикация в Science — это хороший пример научного международного сотрудничества. Возможность работать и думать вместе позволяет подойти к решению проблемы шире, использовать мультидисциплинарный подход и достичь результатов мирового уровня, которые невозможно было бы получить в одной лаборатории. В Институте трансляционной биомедицины СПбГУ уже несколько лет ведутся работы как по поиску новых методов восстановления функций спинного и головного мозга, так и по разработке новых методов перепрограммирования и дифференцировки клеток. Уникальные генетические технологии, разработанные в рамках данной работы, придадут новый импульс этим направлениям и позволят специалистам института по-новому решать ключевые проблемы современной биомедицины», — считает директор Института трансляционной биомедицины СПбГУ, научный руководитель Клиники высоких медицинских технологий имени Н. И. Пирогова СПбГУ профессор Рауль Гайнетдинов.
