как восстановить нейроны спинного мозга
Невролог рассказал, как можно восстановить нервные клетки
Ученые нашли способ восстановления нервных клеток. Как пишет «Доктор Питер», заведующий отделением реабилитации Центра рассеянного склероза Городской больницы № 31 Глеб Макшаков рассказал, как это происходит.
По данным американских ученых, у пациентов после инсультов, травм головного мозга и таких заболеваний, как рассеянный склероз, возможна регенерация нервных клеток с помощью двигательной нагрузки. Испытания проводились на мышах, у которых симптомы, вызванные разрушением миелиновых оболочек, окружающих нервные волокна, и самих нервов, отвечающих за передачу импульсов от мозга к органам и обратно, проходили навсегда.
Как отметил Макшаков, с людьми немного сложнее. Однако при физической нагрузке у пациентов с рассеянным склерозом мозг восстанавливается — функциональные исследования это давно уже показали.
«Почему это происходит, тоже уже понятно: физическая, в том числе аэробная активность, уменьшает уровень воспаления в голове, которое и действует разрушительно на нервную ткань — чем меньше воспаление, тем лучше себя чувствуют миелиновая оболочка и нейроны. А если человек ведет сидячий образ жизни, да еще курит, страдает диабетом, то воспаление у него выражено сильнее, — рассказал врач. — С функциональным восстановлением сложнее: головной мозг построен по, так сказать, сетевому признаку. Один нервный центр в большей или меньшей степени отвечает за конкретную функцию, например, за движение руки или ноги. Ему для работы нужны другие центры. Основной центр с ними связан в процессе освоения моторных (двигательных) навыков человека. То есть один участок коры связан с разными участками головного мозга. Когда человек, у которого эти структурные связи разрушены, проходит физическую реабилитацию, они восстанавливаются, поэтому он чувствует себя лучше. Но полностью симптомы могут уйти только у тех, у кого болезнь застали вовремя, когда у нейронных связей еще есть достаточный резерв».
Невролог добавил, что для достижения эффекта восстановления физическая активность должна подбираться в зависимости от степени утраты функций пациента.
«Если он молод, у него нет двигательных ограничений, то физическая активность должна быть, как у здорового человека. Аэробная — 10 тысяч шагов в день (быстрая ходьба, бег) — ежедневно. Интенсивная физическая нагрузка — 2-3 раза в неделю по 30-45 минут (чтобы не сильно утомляться): в зале, на спортплощадке, если сложно самому — с тренером. Возможны даже занятия с отягощением, силовые тренировки, если позволяет состояние. Организовать ее можно по-разному, допустим, после работы пройтись пешком или без лифта подняться по лестнице, завести собаку и гулять с ней. Если пациент инвалидизирован (больше 4 баллов по шкале EDSS), он мало ходит или прикован к инвалидному креслу, нужно, чтобы ему физическую активность порекомендовал квалифицированный специалист по реабилитации (физический терапевт, эрготерапевт или инструктор ЛФК). Это должны быть специальные адаптированные упражнения, которые пациент может выполнять дома», — отметил Макшаков.
Медик подчеркнул, что физическая нагрузка важна для любого человека, а для страдающего рассеянным склерозом особенно — если он не двигается, его состояние будет ухудшаться.
«Главное правило головного мозга: вы либо используете функцию, либо она у вас постепенно атрофируется», — добавил врач.
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.
Как активный образ жизни восстанавливает спинной мозг
Перед вами — нейрон спинномозгового ганглия (DRG), который восстановил свой аксон после повреждения при помощи особой молекулы, CREB-связывающего белка. Эксперименты, проведенные авторами из Имперского колледжа Лондона на крысах и опубликованные в Science Translational Medicine, показали, что активный образ жизни способствует восстановлению спинного мозга после травмы, а также установили молекулу, которая отвечает за это. Подробности — в ближайшие дни.
Credit: Simone Di Giovanni and Thomas Hutson / Imperial College London
Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 105: ещё одна попытка победить спинальную травму
Починить разорванные нейроны спинного мозга можно, вернув их в более молодое состояние, – об этом сообщает исследование, опубликованное в конце августа в журнале Nature. Credit: Sofroniew…
Премию Breakthrough Prize присудили за лечение спинальной мышечной атрофии
Сегодня стали известны лауреаты премии Breakthrough Prize, которая присуждается фондом, донорами которого стали Юрий и Юлия Мильнеры, Сергей Брин, Марк Цукерберг и другие миллионеры. Общий…
Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 115: магнитно-резонансная томография — игра на повышение
Куда движется отрасль современной нейровизуализации? Конечно, в сторону магнитно-резонансной томографии. Ни один другой метод диагностики не позволяет столь контрастно и детально зафиксировать как внутреннее строение…
Разработан алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга
Ученые из Института физиологии им. И.П. Павлова разработали алгоритм неинвазивного прогнозирования длин и положений сегментов спинного мозга на основе характеристик позвонков. Алгоритм поможет в проведении…
Стволовые клетки: надежда в лечении травм спинного мозга, обретающая фундамент
Успешно завершилось первое клиническое испытание по лечению хронической травмы спинного мозга человеческими стволовыми клетками-предшественниками нейронов. У троих добровольцев из четырёх – пациентов с полным пересечением…
Реснички, гидроцефалия и капризный белок
Учёные из Университета Дьюка выяснили, почему цереброспинальная жидкость в полостях мозга может накапливаться, приводя пациента к инвалидизации. Оказывается, для нормальной работы эпендимальных клеток, которые окутывают…
Важная победа над природой: как скоро можно будет чинить спинной мозг
В течение ближайшего десятилетия ожидается прорыв, который облегчит положение людей с ограниченными возможностями, а может даже полностью решит проблему восстановления нервных связей и возвращения подвижности парализованным конечностям.
Наши нервные клетки образуют сложные сети, которые непрерывно обмениваются информацией с мозгом. В свою очередь, спинной мозг является «магистральной линией» этой коммуникационной сети и к тому же берет на себя часть двигательных функций, управляет некоторыми процессами жизнедеятельности. Сам спинной мозг весит всего 30-35 грамм, имеет диаметр около 1 см и длину 40-45 см. В сравнении со многими другими органами, спинной мозг просто крохотный, но, тем не менее, он исключительно важен.
Разорванные периферические нервные цепи способны регенерировать и вновь соединятся, хотя и в ограниченных пределах. Проще говоря, если пучок нервных волокон перерезать сверхтонким скальпелем, то нервные волокна довольно быстро прорастут навстречу друг другу и соединятся. Правда соединятся, скорее всего, не все клетки – не все «разлученные» аксоны найдут друг друга. Из-за этого пучок нервных волокон немного уменьшит свою пропускную способность, однако при небольшом порезе пальца вряд ли проявятся какие-либо побочные эффекты. Но спинной мозг выполняет намного более сложные функции, чем простые периферические нейронные пути, поэтому травма позвоночника приводит к тяжелым последствиям, например повреждение самых крупных двигательных нейронов приводит к параличу ниже места травмы.
Существуют перспективные технологии по «сплавлению» нейронов, например с помощью полиэтиленгликоля (PEG) или полисахарида хитозана. В ходе многочисленных лабораторных экспериментов, проводимых с 1999 года, эти вещества, введенные точно в место повреждения позвоночника, смогли частично восстановить функциональность спинного мозга. В частности в 2000 году был проведен эксперимент на свиньях, в ходе которого в спинной мозг животного спустя 8 часов после травмы ввели PEG. В результате удалось восстановить до 90% от изначальной проводимости спинного мозга и частично вернуть животным подвижность.
Проблема этих, казалось бы очень успешных, экспериментов в том, что в них позвоночник травмируется сверхострыми лезвиями, что радикально ускоряет процесс сращивания аксонов, особенно в присутствии PEG или стволовых клеток. В реальности травмы мозга обычно связанны с обширным повреждением нервной ткани позвоночника, с гибелью участков протяженностью в 0,5-1 см. Полностью соединить такой разрыв нервных путей ученые до сих пор не могут.
Казалось бы, при нынешнем уровне развития техники «перебросить» набор электрических импульсов от одного нервного пучка к другому не очень сложно. К сожалению, имплантация и присоединение электродов ко множеству нейронов спинного мозга еще долгое время будет фантастикой и гораздо перспективнее найти способ «заставить» организм самостоятельно излечить травму. Определенные успехи в этой области уже есть.
В ноябре 2012 года команда ученых из Кембриджа и Центра регенеративной медицины Университета Эдинбурга опубликовала результаты эксперимента по исцелению подопытных собак с тяжелым повреждением спинного мозга.
Ученые проводили опыты на 34 собаках, в основном на таксах. Уникальность этих экспериментов в том, что они были максимально приближены к тем условиям, что могут возникнуть в реальных случаях травм у людей. Другими словами, были взяты обычные домашние собаки, которые в различное время получили травмы позвоночника, связанные с разрывом нервных путей и потерей части нервных клеток. После травм собаки в течение 12 месяцев и более не могли использовать свои задние ноги и потеряли чувствительность задней части туловища. Надо отметить, что у такс часто возникают такие же повреждения спинного мозга, как и у людей: связанные со смещением позвонков относительно друг друга.
Для лечения собак применили перспективную технологию имплантации обкладочных нейроэпителиальных клеток (OEC). Эти клетки находятся в носу и обладают свойствами нейральных стволовых клеток, то есть могут превращаться в нейроны. Впервые нейральные стволовые клетки из слизистой оболочки носа взрослого человека выделили в 2001 году, что стало важнейшим достижением, поскольку из носа добывать нейральные стволовые клетки относительно просто.
Собак разделили на две группы: одной ввели стволовые клетки непосредственно в место травмы позвоночника, а вторая группа была контрольной и получила плацебо. Через месяц собак в специальном поддерживающем корсете отправили на беговую дорожку для проверки функций конечностей.
Собаки, которым трансплантировали собственные нейральные стволовые клетки из слизистой оболочки носа, вновь смогли управлять задними конечностями
Группа собак, получившая инъекции OEC, продемонстрировала значительные улучшения: парализованные задние конечности начали двигаться, причем начала появляться скоординированность движений с передними ногами. Это означает, что стволовые клетки восстановили часть нервных путей и через поврежденную часть спинного мозга начали проходить сигналы. К сожалению, исследования показали, что восстановление происходит только на коротких расстояниях – при небольшой ширине разрыва между участками спинного мозга. Больше всего повезло тем собакам, у которых были нарушены связи между близкорасположенными нейронами, что соответствует тонкому хирургическому разрезу или несильному сдвигу позвонков. Тем не менее, уже это является большим достижением. Один из хозяев собаки, отмечает, что это похоже на чудо: «До инъекции наш пес Джаспер не мог ходить и ползал, волоча задние ноги, а теперь он носится вокруг нашего дома и не отстает от других собак».
В настоящее время ученые работают над созданием матриц, которые «укажут» клеткам OEC куда надо расти, чтобы восстановить связь в позвоночнике. Подобная технология сможет обеспечить восстановление нейронных связей даже при потере большого количества нейронов, как бывает, например, в случае компрессионных переломов.
Пока идет работа над полным излечением травм спинного мозга, ученые из Case Western Reserve University и клиники Кливленда пытаются хотя бы частично улучшить состояния людей с очень серьезными повреждениями нервной ткани. В случае с обширной потерей нейронов пока почти нет надежды на полное исцеление, но для пациентов было бы большим облегчением восстановить хотя бы частичную функциональность парализованной части туловища.
Успехи в этой области уже есть, и они весьма существенные. Американским ученым удалось восстановить у подопытных крыс контроль над мочевым пузырем, причем потеря контроля произошла в результате серьезной травмы позвоночника: полного перерезания позвоночного столба с массивной потерей нейронов.
С помощью двух десятков нервных волокон ученые соединили разорванный спинной мозг. На рисунке видны нервные волокна и тонкий металлический проводок, защищающий новое нервное соединение от обрыва
Ученые не ставили перед собой задачу полностью вернуть подопытным мышам подвижность – это было невозможно при такой серьезной травме. Вместо этого была проделана кропотливая работа по пересадке нервной ткани из груди крыс в место повреждения в позвоночнике. Спустя много месяцев нейроны, подпитанные специальными химическими веществами и факторами роста, смогли прорасти навстречу разорванным участкам спинного мозга и соединить его через огромный по медицинским меркам разрыв шириной более 5 мм. В итоге получилось тонкое, всего в примерно 20 нервных волокон, соединение, которое, конечно, не могло полностью восстановить функциональность спинного мозга.
Тем не менее, впоследствии, мыши восстановили некоторый контроль над потерянными функциями организма, в частности смогли контролировать мочевой пузырь. Потенциально, данная методика может помочь восстановить множество других функций, в частности 2 года назад с ее помощью у крыс с менее тяжелыми повреждениями мозга восстановили контроль над дыхательными мышцами. Возможно, в перспективе с помощью подобной технологии все же можно будет ремонтировать обширные повреждения спинного мозга и полностью восстанавливать его функциональность.
Также, в мае 2012 года ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны сообщили об открытии совершенно нового пути лечения травм позвоночника. Эксперименты на крысах показали, что в случае травмы нижняя часть позвоночника, отделенная от головного мозга, может взять на себя управление движением нижних конечностей. Это удивительно, ведь в нормальных условиях движениями тела управляет головной мозг. Тем не менее, оказывается, что и спинной мозг хранит «воспоминания» о том, какие сигналы нужно выдавать конечностям для ходьбы и бега.
В ходе экспериментов ученые вводили крысам химический раствор агонистов рецепторов моноаминов, который вызывает клеточный ответ путем связывания с рецепторами допамина, адреналина и серотонина в нейронах спинного мозга. Весь этот «коктейль» заменяет нейротрансмиттеры, присутствующие в здоровом спинном мозге и активизирует нейроны, контролирующие движения нижней части тела.
Изолированный участок поврежденного спинного мозга почти сразу «вспомнил», как надо управлять конечностями, и подопытная крыса смогла двигать ногами
Через 5-10 минут после инъекции ученые стимулировали спинной мозг подопытной крысы электрическим током через электроды, имплантированные в эпидуральное пространство. Данная стимуляция возбуждает химически активированные нейроны, в результате чего нижний участок поврежденного спинного мозга «думает», что он все еще подсоединен к головному мозгу. Разумеется, головной мозг при этом никаких сигналов не посылает, но изолированный участок спинного мозга начинает действовать «по старой памяти», позволяя ранее парализованным мышам двигаться. Преимущество данной технологии в том, что она работает при любой ширине разрыва спинного мозга и восстанавливает подвижность очень быстро. В настоящее время ученые исследуют возможность применения данной технологии для лечения людей.
Победа над природой
В случае с лечением травм позвоночника, человечество борется с жестокой «несправедливостью» природы. Наши периферические нервы (в мышцах, органах) пускай медленно, но могут восстанавливаться. Например отрезанный палец можно пришить, и он начнет восстанавливать чувствительность и подвижность по мере срастания периферических нервов.
Но нервы в головном мозге и спинном мозге такой возможностью почему-то не обладают. Если их серьезно повредить (ножом, пулей, сильным ударом и т.п.) и затем оставить в покое, нервные пути не будут восстанавливаться – человек станет инвалидом. Ученые пока не понимают, почему так происходит, возможно из-за чрезвычайной сложности спинного и головного мозга, но скорее всего из-за эволюционных «предубеждений». Дело в том, что живой организм в дикой природе все равно не сможет выжить в течение многих месяцев, а может и лет пока спинной или головной мозг восстанавливаются – парализованное животное просто не сможет добывать пищу или станет жертвой хищника. Но люди – разумные существа и не должны мириться с несправедливостью эволюции. Поэтому в ближайшие десятилетия наверняка появятся технологии, частично или полностью восстанавливающие даже тяжелые повреждения нервной системы.
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