Размер:
AAA
Цвет: CCC
Изображения Вкл.Выкл.
Обычная версия сайта
Версия для слабовидящих Версия для слабовидящих

Cтатья международной группы ученых "Новые методы нейромодуляции для восстановления двигательных функций после повреждений спинного мозга"

18 января 2016 года в высокорейтинговом (Импакт фактор 27.363), престижном журнале Nature Mеdicine опубликована статья международной группы ученых “Spatiotemporal neuromodulation therapies engaging muscle synergies improve motor control after spinal cord injury”. В результате многолетних экспериментальных исследований на животных разработан новый способ электростимуляции спинного мозга при параличах, который в будущем поможет вновь обрести двигательную активность людям с поражениями спинного мозга.

В работе принял активное участие доктор медицинских наук, профессор Мусиенко Павел Евгеньевич, руководитель лаборатории клинической нейрофизиологии и нейрореабилитационных технологий НИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ, старший научный сотрудник Института физиологии им. И.П. Павлова РАН, руководитель лаборатории нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ.

По данным ВОЗ (2013) ежегодно регистрируют 250 000 ÷ 500 000 случаев поражения спинного мозга разной этиологии (40 - 80 случаев/1 млн чел/год). При этом нарушается контроль работы спинальных сетей нейронными центрами головного мозга, что клинически проявляется частичной или полной утратой сенсорной или двигательной функции, нарушением висцеральной регуляции, работы мочевого пузыря, дыхания, сердечно-сосудистой деятельности. Заболевания и повреждения спинного мозга разного генеза представляют собой комплексную медико-социальную проблему, решение или снижение бремени которой связано с огромными материальными затратами как отдельных людей, так и общества в целом.

Ранее в экспериментах на животных и клинических исследованиях было показано, что нейромодуляция сетей поясничных сегментов с помощью электрической стимуляции улучшает контроль движений после травмы спинного мозга. Однако данный метод имел ограничения - воздействовать можно было только на определенные участки спинного мозга, а стимуляция происходила непрерывно и не была привязана к конкретному моменту мышечной активности. 

«Сегодня мы научились управлять сокращением тех или иных групп мышц в реальном времени. Благодаря возможностям компьютерного моделирования нам удалось выявить те точки спинного мозга, воздействие на которые поможет людям вновь начать двигаться, - рассказал руководитель лаборатории нейрофизиологии и экспериментальной нейрореабилитации ФГБУ НИИФ МЗ РФ, профессор Павел Мусиенко. - В ходе исследования мы создали новые технологии имплантации, матрицы электродов и алгоритм стимуляции нейронных сетей с тонкой подстройкой на основе обратной связи от движений конечностей. Как оказалось, такой подход, называемый пространственно-временной нейромодуляцей, значительно эффективнее использованных нами ранее».

Новые методы нейромодуляции для восстановления двигательных функций после повреждений спинного мозга

В ходе настоящего исследования были разработаны новые протоколы стимуляции, которые воспроизводят естественную динамику вовлечения моторных нейронов во время передвижения. При локомоции здоровых крыс были вычислены пространственно-временные паттерны активации мышечных синергий – согласованных сокращений мышц. С помощью компьютерного моделирования определены оптимальные позиции электродов на спинном мозге для активации каждой синергии. Это было заложено в основу дизайна спинальных электродных матриц и программного управления в реальном времени, которое модулирует разгибательные и сгибательные мышцы с высокой точностью. Удалось создать алгоритм воздействия на несколько сегментов спинного мозга, изменяя электрическую стимуляцию в зависимости от текущих двигательных способностей и выполняемой задачи. Стимуляция специфических сегментов левой и правой половины спинного мозга позволяла контролировать активность мышц разных конечностей при движении. Такая пространственно-временная нейромодуляция эффективно восстанавливала качество ходьбы, способности к поддержке веса тела, выносливость и координацию при локомоции у крыс с тяжелыми повреждениями спинного мозга. 

 «Основы работы были заложены в лаборатории физиологии движений Института им И.П.Павлова РАН, созданной Ниной Александровной Рокотовой  в 60-е годы прошлого века. В лаборатории на протяжении 55 лет изучали различные вопросы физиологии двигательной активности, мышечной деятельности, проприоцепции и космической физиологии,  — пояснил Павел Мусиенко. — Исследования спинальных механизмов двигательного контроля были инициированы профессором Юрием Тимофеевичем Шапковым во время руководства лабораторией и успешно продолжены профессором Юрием Петровичем Герасименко с коллегами. Многолетняя (более 30 лет) научно-исследовательская и клиническая работа со спинальными больными проводилась на базе  ФГБУ «НИИФ» МЗ РФ. Методы эпидуральной и чрескожной стимуляции спинного мозга, разработанные сотрудниками института - ведущим научным сотрудником Еленой Юрьевной Шапковой, доктором медицинских наук Андреем Николаевичем Макаровским, профессором Александром Юрьевичем Мушкиным, - показали высокую эффективность в лечении полных и неполных плегий разной этиологии у детей и взрослых. Уникальным достижением является метод электростимуляции поясничного утолщения спинного мозга с эффектом вызванных  шагоподобных движений ног».

Для исследования были специально созданы методы хирургических операций, в том числе применен вертебральный ортоз для надежного закрепления устройств на позвоночнике, долгосрочной функциональности и хорошей биоинтеграции имплантата в ткани. Результативность этих методов была подтверждена в течение 6-недельных функциональных и морфологических исследований. 

Разработанная технология открывает новые возможности для фундаментальных исследований центральной нервной системы и для нейропротезирования при заболеваниях и травмах. Ученые убеждены, что новый подход может быть транслирован в клинику.

«Совместно с коллегами из лаборатории нейрофизиологии и экспериментальной нейрореабилитации ФГБУ НИИФ МЗ РФ мы делаем все возможное для трансляции разработанных технологий в клинику и развития нейрореабилитационного направления в России, — подчеркнул профессор Мусиенко. - Поданы заявки на комплексные проекты в Министерство здравоохранения РФ, ФАНО, РНФ, НейроНэт, РФФИ, посвященные тематике нейропротезов. От поддержки государства и частных инвесторов во многом зависит то, как скоро в России удастся внедрить разработанные нейрореабилитационные подходы в лечебную практику».

Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье “Spatiotemporal neuromodulation therapies engaging muscle synergies improve motor control after spinal cord injury”, опубликованной в журнале Nature Mеdicine, 18 января 2016 года (http://www.nature.com/nm/journal/vaop/ncurrent/full/nm.4025.html).

Яндекс.Метрика