Нейропластичность. Саногенетические механизмы

20

Тема: Нейропластичность − основа восстановления нарушенных функций. Саногенетические механизмы при патологии нервной системы

Заболевания нервной системы занимают первое место среди причин инвалидности. Доля их в общей заболеваемости и инвалидизации постоянно растет, что вызвано глобальным ростом заболеваемости сосудистыми заболеваниями мозга (инсультами и хроническими прогрессирующими заболеваниями), увеличением числа автомобильных травм (большую долю среди последствий автомобильных и других травм занимают повреждения головного и спинного мозга), пациентов с сахарнымдиабетом (сопровождающимся диабетической полиневропатией), экологической обстановкой (многие исследователи объясняют рост заболеваемости рассеянным склерозом и болезнью Паркинсона неблагоприятными экологическими условиями) и увеличением доли лиц старшего возраста в структуре населения. Стремление остановить рост инвалидизации населения вызывает в обществе интерес к реабилитации. Реабилитация − это комплекс мероприятий (медицинских, педагогических, психологических, социальных, правовых и др.), направленных на восстановление нарушенных в результате болезни или травмы функций и социальную реадаптацию больного. Реабилитация как область медицины стала бурно развиваться в мире после Второй мировой войны, сделавшей инвалидами миллионы молодых людей. Нейрореабилитация − еще более молодая область медицины. Задачами нейрореабилитации являются:

• восстановление нарушенных функций нервной системы и социальная реадаптация больных с острыми и хроническими заболеваниями центральной и периферической нервной системы;

• профилактика осложнений, возникающих в остром и восстановительном периодах инсульта, черепно-мозговой и спинальной травмы, нейроинфекции и т.д.;

• профилактика рецидивов.

Интерес к нейрореабилитации обусловлен не только ростом неврологических заболеваний и связанным с ним ростом инвалидизации населения, но и появлением новых исследовательских и реабилитационных технологий, позволяющих более целенаправленно и эффективно проводить восстановительное лечение.

К настоящему времени имеются определенные достижения в организационном и методическом плане:

• на базе современных технологий развиваются методы исследования нейропластичности и новые методы реабилитации с использованием компьютерных систем;

• во многих регионах страны создаются отделения нейрореабилитации, реабилитационные санатории;

• создана правовая база для организации реабилитационной помощи:

К сожалению, несмотря на наличие определенной законодательной базы, в стране нет четко структурированной системы комплексной медицинской реабилитации, отсутствуют организационные и методологические подходы к реабилитации многих категорий неврологических больных (в том числе больных с хроническими заболеваниями нервной системы), нет преемственности в реабилитации больных, не разработана система подготовки специалистов-реабилитологов и повышения их квалификации.

НЕЙРОПЛАСТИЧНОСТЬ - ОСНОВА ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ФУНКЦИЙ

В основе как восстановления, так и компенсации нарушенных функций нервной системы лежат механизмы нейропластичности − способности нервной ткани к структурно-функциональной перестройке, наступающей после ее повреждения (в результате болезни или травмы). В результате перестройки меняется функция нейронов, наступают определенные их структурные изменения, изменяется химический профиль (количество и типы продуцируемых нейротрансмиттеров). В нейропластических процессах участвуют не только нейроны и их отростки, но и глиальные элементы, сосудистая система, изменяются функциональная активность синапсов и их количество, происходит формирование новых синапсов, изменяются протяженность и конфигурация активных зон. Нейропластичность лежит в основе не только восстановления нарушенных функций, но и памяти, обучения, приобретения новых навыков.

Вопросы локализации функций и их восстановления тесно связаны. Первым значительный вклад в учение о локализации функций сделал французский врач П.Брока (1861), связавший нарушения речи (моторную афазию) с поражением задних отделов нижней лобной извилины левого полушария. Вслед за ним немецкий психиатр К.Вернике (1874) открыл, что нарушению понимания речи (сенсорная афазия) соответствует поражение области задних отделов левой верхней височной извилины. В 1881 г. Ф.Мунк обнаружил явление зрительной агнозии при поражении затылочных отделов мозга. специфичны для самых разнообразных функций, включая сложные психические функции и акты поведения.

Согласно концепции О.С.Адрианова (1982, 1999), в основе функциональной системы лежит диалектическое взаимодействие двух форм мозговой деятельности: жестких, генетически детерминированных, и подвижных, вероятностно-детерминированных. Эта концепция позволяет понять, почему при гибели участков мозга, отвечающих за ту или иную функцию, в дальнейшем может наблюдаться восстановление последней. По мнению О.С.Адрианова (1982, 1999), в основе нейропластичности лежат определенные принципы функционально-структурной организации мозга:

1. Принцип пространственной и временной дисперсии возбуждений одной модальности, идущих по различным каналам данной сенсорной системы.

2. Принцип пространственной и временной дисперсии эфферентных возбуждений, распространяющихся за пределами данной сенсорной системы.

3. Принцип подразделения связей на моно- и полипроекционные (так, существуют не только прямые связи таламуса с корой, но и опосредованные, через базальные ганглии).

4. Принцип перекрытия проекций афферентных влияний на различных уровнях ЦНС с другими видами сенсорных посылок.

5. Принцип функциональной многозначности (мультифункциональности) образований мозга.

6. Принцип смены доминирующего участия одной системы мозга на другую в процессе формирования какого-либо вида интегративной деятельности.

7. Принцип упорядоченного взаимодействия определенных систем мозга в реализации более сложных форм поведенческих реакций.

Эти принципы находят полное подтверждение в нейроанатомии и нейрофизиологии. Кроме того, в головном мозге происходит постоянное взаимодействие вертикальных (подкорково-корковых) и горизонтальных (межкорковых) путей проведения возбуждения. Концепцию динамической локализации функций наиболее точно сформулировал Л.А.Кукуев (1975): динамическая локализация функций мозга - это подвижная локализация функциональных систем в относительно стабильных морфологических системах анализаторов. Система управления движениями имеет несколько уровней и иерархическое построение. Выделены спинальный (спинномозговой), стволовой, таламостриарный, кортикальный уровни, каждый из которых имеет свою автономную афферентацию, свой механизм «обратной связи». Теория Н.А.Бернштейна объясняет многие факты восстановления движений и используется при составлении реабилитационных программ.

П.К.Анохиным разработана теория системной организаций функций. В ее основе лежит идея структурно-функциональной способности мозга, в котором происходят непрерывная организация и реорганизация с целью достижения полезного результата. Полезный результат является главным организующим фактором функциональной системы (Анохин П.К., 1975). Формирование системы подчинено получению полезного результата, а недостаточный результат может целиком реорганизовать систему и сформировать новую. Система, по П.К.Анохину, - это комплекс избирательного вовлечения компонентов для получения сфокусированного полезного результата. П.К.Анохиным выдвинуто понятие «акцептор действия»; последний предвосхищает афферентные свойства того результата, который должен быть получен в соответствии с принятым решением, так как «акцептор действия» - это механизм, опережающий ход событий в отношениях между организмом и внешним миром. Этот механизм наглядно демонстрируется нашим поведением, когда мы входим на неработающий эскалатор в метро: наше тело в первые секунды устремляется вперед в соответствии с заранее выработанным механизмом поведения (акцептором действия) на обычно двигающемся эскалаторе.

Теория функциональных систем П.К.Анохина и учение Бернштейна об иерархическом принципе построения функций и значении афферентного синтеза. Позволила А.Р. Лурия (1973) сформулировать теорию, согласно которой головной мозг состоит из трех основных функциональных блоков:

• энергетического блока;

• блока приема и переработки информации;

• блока программирования, планирования и контроля за произвольными психическими и двигательными актами. Высшие психические функции, согласно учению А.Р.Лурия, являются сложными функциональными системами, имеющими многоуровневое иерархическое строение, что имеет большое значение при их нарушении и дальнейшем восстановлении.

Достижения современной нейробиологии и нейрофизиологии значительно расширили представление о механизмах нейропластичности, позволили выделить различные ее виды и механизмы не только на регионарном, но и на клеточном уровне.

В настоящее время различают кратковременную функциональную (обратимую) пластичность, связанную с изменениями в эффективности или силы сенаптических соединений, и структурную пластичность, обусловленную изменениями в организации или количестве синаптических соединений и лежащую в основе обучения и памяти.

Одной из наиболее простых форм нейропластичности является габитуация, или привыкание. Еше в классических опытах Ш.Шеррингтона было показано уменьшение некоторых рефлекторных движений в ответ на повторные слабораздражающие стимулы. Шеррингтон предположил, что это уменьшение ответа связано прежде всего с изменением процессов в синаптической передаче от сенсорных нейронов к моторным. Позднее действительно было определено, что привыкание обусловлено уменьшением амплитуды постсинаптического потенциала возбуждения, продуцированного сенсорным нейроном на интер- или мотонейрон. Это так называемое кратковременное привыкание, которое может продолжаться в течение только нескольких минут. Однако при длительном повторном воздействии слабых раздражений отмечаются структурные изменения в синапсах, которые заключаются в уменьшении числа синаптических соединений между сенсорными нейронами и интер- или мотонейронами. Эти изменения продолжаются уже в течение нескольких недель и месяцев. Клеточные механизмы, ответственные за механизм привыкания, еще полностью не раскрыты. Наиболее понятным примером использования этого механизма нейропластичности в реабилитации является вестибулярная гимнастика, когда больным с головокружением предлагают выполнять упражнения, вызывающие слабое раздражение вестибулярного аппарата. При многократном повторении этих упражнений (при условии, что они действительно выступают как очень слабые раздражители) у больных со специфическим типом вестибулярных нарушений наступает привыкание к определенному типу движений и ослабление головокружения. Другой формой функциональной обратимой пластичности является сенситизация. которая проявляется усилением ответа на потенциально опасные повреждающие стимулы. Так же, как габитуация, этот вид нейропластичности может быть краткои долговременным и может происходить в тех же синапсах, в которых имел место процесс габитуации. Как один из возможных путей осуществления сенситизации рассматривается возможность пролонгирования потенциала действия за счет изменений в проводимости калия. Это позволяет большему количеству трансмиттеров быть реализованными через терминал и, приводя к увеличению постсинаптического потенциала возбуждения. При долговременной сенситизации наблюдается увеличение количества новых синаптических соединений. Например, у животных, которые подвергались вредным воздействиям, выявлялось в 2 раза больше синаптических терминалей, отмечалось увеличение дендритов на постсинаптических клетках и количества активных зон на синаптических терминалах от 40 до 65%. В противоположность обратимым механизмам пластичности − привыканию и сенситизации, другой вид нейропластичности - долговременная потенциация − приводит к постоянным длительным изменениям в силе синаптических соединений. Этот механизм нейропластичности лежит в основе обучения, под которым понимается приобретение знания или умения (навыка), и памяти, т.е. сохранения этих знаний и умений. По мере повторения двигательных задач происходит редукция числа активных областей мозга. Наконец, когда определенная задача оказывается выученной, только в небольшой, очень определенной области мозга выявляется увеличение активности во время выполнения этой задачи. Долговременная потенциация требует синтеза новых протеинов и роста новых синаптических соединений. Для ее осуществления необходимы три условия: 1) совместное активирование нескольких нервных волокон; 2) совместное активирование пресинаптических волокон и постсинаптических клеток; 3) специфичность механизма долговременной потенциации только к активированному пути. Наиболее важными участниками процессов обучения и памяти являются глутаматные рецепторы и каналы Са2+ и Na+. Механизм долговременной потенциации, по-видимому, участвует в превращении «молчащих» синапсов в активные. «Молчащие» синапсы испытывают функциональный недостаток рецепторов глутамат-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-пропионовой кислоты (АМРА) и могут быть превращены в активные синапсы через механизм долговременной потенциации. Под действием этого механизма происходят и структурные изменения формы постсинаптической мембраны «молчащего» синапса.

Одним из основных механизмов нейропластичности являются клеточные ответы в ЦНС на повреждение, которые могут в некоторых случаях способствовать восстановлению функции, а в других − наоборот, ограничивать процесс восстановления. Возможными ответами могут быть: диашиз, коллатеральный и регенеративный спраутинг аксональных терминалей, синаптические изменения — денервационная гиперчувствительность и синаптическая гиперэффективность, снятие торможения синаптических соединений. Одним из первых ответов на повреждение является диашиз, открытый К.Монаковым в 1897 г., который представляет собой феномен распространенного влияния очага поражения на отдаленные и анатомически сохранные структуры не только пораженного, но и контралатерального полушария, мозжечок, стволовые и даже спинальные образования. Примером клинических проявлений разлитого диашиза, наблюдаемых в первые дни (а иногда и недели) при тяжелом инсульте, являются снижение мышечного тонуса (вместо спастичности) и угнетение сухожильных рефлексов (вместо гиперрефлексии) в паретичных конечностях. Внезапная функциональная депрессия регионов мозга, расположенных на расстоянии от очага поражения, может быть обусловлена снижением кровотока или метаболизма. Определенную роль в развитии диашиза играет внезапное выключение функциональных связей между различными областями мозга.

Что же касается аксоналъных изменений, то известно, что регенеративный спраутинг (возобновление роста пораженного аксона) типичен только для периферической нервной системы, поскольку повреждения аксонов в ЦНС носят необратимый характер, что обусловлено отсутствием фактора роста (NGF), вырабатываемого шванновскими клетками, торможением роста за счет олигодендроцитов и фагоцитарной активностью микроглии. Вместе с тем, существование другого вида спраутинга (коллатерального) в структурах головного мозга (в руброспинальных нейронах красного ядра) Таким образом, на молекулярном уровне нейропластические изменения в ЦНС заключаются в механизме долговременной потенциации, а на клеточном уровне − в виде аксональных и синаптических изменений. На уровне двигательной коры нейропластические изменения проявляются в виде ее реорганизации. На фоне реабилитационных мероприятий происходит активация дополнительных зон головного мозга и увеличивается проекционная область тренируемых мышц (особенно при интенсивной тренировке) паретичной руки.

Саногенетические механизмы при патологии нервной системы

Понимание саногенетических механизмов при патологии нервной системы является залогом успешности реабилитационных мероприятий, так как сущность первых проявляется их направленностью на приспособление (адаптацию) к окружающей среде на качественно ином уровне в связи с имеющимися (или имевшимися) в организме патологическими процессами. К таким саногенетическим механизмам, которые в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности обеспечивают приспособительный эффект, а при патологии − восстановление нарушенных функций, личностного и социального статуса больных, относятся реституция, регенерация и компенсация.

Реституция − процесс восстановления деятельности обратимо поврежденных структур. При патологии нервной системы реституционные изменения происходят в нервных клетках, нервных волокнах и в структурных элементах нейродистрофически измененных органов и тканей. Реституционные механизмы осуществляются в основном благодаря восстановлению проницаемости и возбудимости мембран, нормализации внутриклеточных окислительно-восстановительных процессов и активации ферментных систем, следствием чего являются нормализация биоэнергетической и белково-синтезирующей деятельности клеточных структур и восстановление проводимости по нервным волокнам и синапсам.

Характерные особенности динамики восстановления функций, наблюдаемые при реституции обратимо поврежденных структур: а) значительное или умеренное восстановление нарушенных или утраченных функций в течение сравнительно небольшого промежутка времени (от нескольких дней до нескольких месяцев); б) определенный параллелизм в улучшении функций различных систем − двигательной, чувствительной и висцеротрофической.

Регенерация − это структурно-функциональное восстановление целостности поврежденных тканей и органов вследствие роста и размножения специфических элементов тканей. Регенерация проявляется в восстановлении элементов нервной ткани и тканей (эпителиальной, соединительной, мышечной, кожной и др.) в нейродистрофически измененных органах. Эти процессы относятся к репаративной регенерации. Обобщая результаты изучения регенерации спинного мозга в эксперименте и клинике, можно отметить следующее: а) волокнам спинного мозга свойственны не только морфологическая регенерация, но и функциональное восстановление; б) с возрастом способность к регенерации снижается (функциональное восстановление значительно выражено в период развития плода и в раннем постнатальном периоде); в) функциональному восстановлению тканей у взрослых животных способствуют некоторые лекарственные и физические средства, которые благоприятствуют регенерации проводниковых волокон спинного мозга благодаря уменьшению выраженности спинномозгового глиального и коллагенового рубца, улучшению кровообращения.

Регенерация присуща и проводниковым волокнам спинного мозга человека, однако она имеет весьма ограниченное клиническое значение, сопровождается функциональным восстановлением лишь при неполных нарушениях анатомической целостности спинного мозга [Коган О.Г., Найдин В.Л., 1988J.

Компенсация в отличие от истинного восстановления является новой организацией нарушенной функции. Она включает сохранные образования и системы, ранее не участвовавшие в ее выполнении.

После травм и оперативных вмешательств на центральной нервной системе компенсации при лечебном применении физических упражнений формируются в силу многосторонних и многолинейных анатомических связей в нервной системе и ее пластичности, проявляющейся в способности к разнообразнейшим перестройкам в ответ на сигналы, поступающие из различных систем и отделов патологически измененного организма.

При атаксии вследствие повреждения спинного мозга примером компенсации с заменой выпавшей проприоцептивной сигнализации зрительными восприятиями является создание нового цепного условного двигательного рефлекса путем формирования в процессе упражнений компенсаторного механизма ходьбы.

При повреждениях и оперативных вмешательствах на периферической нервной системе в процессе лечебного применения физических упражнений наблюдаются следующие механизмы формирования двигательных компенсаций:

• упражнения способствуют уменьшению торможения (местного шока) или застойного возбуждения, вызванных травмой или оперативным вмешательством и усугубляемых последующей иммобилизацией;

• активизируется поступление в различные «этажи» нервной системы сигналов о морфологических дефектах и нарушениях, происшедших в двигательной функции;

• обучение «технике» движения способствует формированию и последующей автоматизации компенсации как нового двигательного акта, а затем навыка.

По такому механизму осуществляются, например, компен­сации выпавших периферических нервов и последующих реконструктивных вмешательств.

Средства медицинской реабилитации

Медицинская реабилитация заключается в использовании лекарственных средств, лечебной физкультуры, физиотерапии, трудотерапии и др.

Лечебная физическая культура

Лечебная физкультура является одним из наиболее важных и действенных методов медицинской реабилитации, который находит широкое применение при заболеваниях нервной системы различной этиологии с многообразными клиническими синдромами.

Основные понятия о сущности влияния средств ЛФК на различные системы и органы больного базируются на следующих положениях:

• стимулирующее влияние средств ЛФК на больного осуществляется основным рефлекторным механизмом; это влияние складывается из тренирующего и трофического;

• любая рефлекторная реакция начинается с раздражения рецептора; основным регулятором при мышечной работе является проприоцепция (кинестезия); вызываемые ею моторно-висцеральные рефлексы имеют как безусловную, так и условнорефлекторную природу;

• нормализация деятельности различных органов и систем зависит в большей степени от их нейрорегуляторного аппарата, т.е. вегетативных нервных центров. Однако состояние последних определяется влияниями моторного анализатора, играющего доминирующую роль в регуляции вегетативных функций при мышечной деятельности.

Высокая пластичность ЦНС больного позволяет путем систематических занятий ЛФК (физические упражнения, массаж и др.) выработать новый динамический стереотип, обусловливающий точность и координацию ответных реакций основных систем организма, а также значительную их экономизацию. В оценке терапевтического действия средств ЛФК должна учитываться их способность нормализующего воздействия на нарушенное тормозно-возбудительное отношение корковых процессов и восстановление их динамического равновесия.

Из средств ЛФК в основном используются лечение (коррекция) положением, ЛГ, массаж. Эти средства необходимы как для растормаживания, истинного восстановления функций, так и для компенсации двигательных нарушений. Лечение положением и массаж (как более простые средства) преследуют преимущественно восстановительные цели, а ЛГ − метод достаточно сложный и многогранный − используется для тех и других целей в зависимости от конкретной постановки задачи [Найдин В.Л., 1990].

Лечение положением − это специальное положение туловища и конечностей больного, предупреждающее развитие мышечных контрактур и тугоподвижности в суставах, улучшающее периферическое кровообращение (трофику тканей), при котором обеспечивается оптимальное среднефизиологическое состояние суставов и паретичных мышц, что способствует более раннему восстановлению активных движений.

Условно выделяют два вида лечения положением: а) локального (для сегментов конечностей, конечностей в целом, мышечных групп) и

б) общего характера (для туловища и конечностей в целом). Например, при лечении нижней конечности вдоль наружной стороны пораженной ноги укладывают длинный валик (ватно-марлевый, утяжеленный песком) или помещают ногу в специальную шину (противоротационную), чтобы ограничить наружную ротацию бедра. В случае вялых параличей и парезов в лечении положением предусматривается такое среднефизиологическое расположение конечностей, при котором ослабленные мышцы не испытывают излишнего растяжения, а суставы не подвергаются деформации. Увеличение спастичности или ригидности мышц, наличие гипостатических отеков, жалобы на боли, онемение, а также появление тугоподвижности свидетельствуют о чрезмерности растяжения или неправильности фиксации, а также о передозировке растяжения мышц по времени. Рекомендуется применять лечение положением в течение дня в несколько сеансов, чередуя их с физическими упражнениями, массажем и физиотерапевтическими процедурами.

К лечению положением общего характера следует отнести в первую очередь один из наиболее эффективных методов общей активизации больных, который заключается в лечебно-бытовых манипуляциях на специальном столе. Подобный вид лечения по сути является непосредственным переходом к ЛГ. Постепенно увеличивая во время занятий ЛГ угол наклона стола и меняя место приложения фиксирующих ремней (на уровне крупных суставов ног, поясничного и грудного отделов позвоночника), можно дозировать нагрузку на опорно-двигательный аппарат, сердечно-сосудистую и вестибулярную системы больного (В.П.Найдин).

Лечебная гимнастика. По характеру воздействия на организм больного следует условно выделить общеукрепляющую и специальную ЛГ.

Общеукрепляющая ЛГ' в зависимости от конкретной ситуации может проводиться в целях создания функционального двигательного базиса в случаях клинического проявления двигательных нарушений и общего воздействия на важнейшие системы организма. Она создает основу для лечения парезов и атаксий, способствует общему оздоровлению больного.

Показаниями к назначению общеукрепляющей ЛГ являются длительная обездвиженность больного, различные вегето-соматические нарушения, отсутствие преморбидной физической тренированности. Подбор физических упражнений определяется характером поражения, интенсивностью мышечного восстановления и стадией заболевания. При этом необходимо использовать активные движения как наиболее полноценные стимуляторы нервно-мышечного аппарата.

Основные физические упражнения:

• упражнения для сохранных мышечных групп (с целью общего укрепления организма больного и реперкуссивного воздействия на паретичную мускулатуру);

• пассивные движения с целью сохранения функции суставов с вовлечением паретичной мускулатуры. Эти упражнения способствуют укорочению паретичных мышц и удлинению их антагонистов, что имеет значение для профилактики контрактур;

• активные движения здоровых и пораженных конечностей. При невозможности произвести активные упражнения используется волевая посылка импульсов к сокращению паретичной мускулатуры (идеомоторные упражнения) или напряжение мышц здоровых конечностей (изометрические упражнения) для рефлекторного повышения тонуса паретичной мускулатуры;

• элементарные активные движения из облегченных исходных положений, без преодоления тяжести конечности;

• упражнения на развитие заместительных функций за счет викарно работающей мускулатуры или перевоспитания определенных групп мышц после нейрохирургических вмешательств;

• активные упражнения в водной среде;

• активные упражнения со свободными маховыми движениями, без силового напряжения: а) содружественные (одновременно со здоровой конечностью); б) противосодружественные (отдельно для паретичных мышечных групп);

• упражнения с возрастающим напряжением;

• упражнения на развитие координации движений и функции опоры;

• оптимальные исходные положения для получения максимальной амплитуды движений как здоровой, так и паретичной конечности.