Нервные стимуляции на позвоночник

«Это потрясающее чувство. Я вновь могу согнуть колени, самостоятельно поднять ноги и даже пошевелить пальцами», — рассказывает один из участников экспериментального лечения, которому удалось вернуть свои двигательные способности за счет технологии спинномозговой стимуляции. После травмы позвоночника, полученной 2010 году, его ноги были парализованы.

Фактически сразу несколько исследовательских групп как в России, так и за рубежом трудятся над различными способами лечения паралича, вызванного инсультом или травмой спинного мозга. Благодаря инновационным протоколам лечения пациенты с хронической параплегией заново учатся ходить.

Подобные технологии позволяют стимулировать спинной мозг сверхточными электрическими импульсами, активировать нейромышечные связи ниже травмы и одновременно с этим усиливать остаточные команды от мозга.

Какие механизмы реабилитации уже существуют и могут быть использованы для лечения?

Травма спинного мозга приводит к серьезным нарушениям двигательной активности, значительно снижает качество жизни и влечет за собой значительные расходы для семей и общества. Чтобы преодолеть последствия подобных недугов, ученые стараются восстановить у парализованных людей именно способность ходить.

По мнению нейрофизиологов решающее значение для реабилитации двигательных функций имеет временное совпадение между внешней электостимуляцией и остаточной командой мозга. Так, чтобы добиться идеальной синхронизации, швейцарские ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) связали расшифровку двигательного намерения мозга с подачей электросигналов для стимуляции спинного мозга через имплант.

В России подобными исследованиями занимается команда Юрия Герасименко, который много лет возглавляет Институт физиологии им. И.П. Павлова в Санкт-Петербурге. Совместно с российскими и американскими коллегами ему удалось сломать главный стереотип о параличе нижних конечностей.

Ещё лет двадцать назад считалось, что повреждения позвоночника носят анатомический характер, а движениями ног напрямую управляет головной мозг. Ученые расценивали позвоночник исключительно как проводником между мозгом и нижними конечностями и если под воздействием травмы эта связь нарушалась, то человек был вынужден навсегда пересесть в инвалидное кресло.

Но это оказалось заблуждением.

В Институте физиологии после долгих лет упорной работы сумели доказать, что учёные прошлых лет недооценивали значимость спинного мозга, и за движения нижних конечностей человека, в частности, способность ходить, отвечает именно спинной мозг.

Спинной мозг – орган центральной нервной системы, нервная трубка, находящаяся в позвоночном канале. Она делится на 31 сегмент, каждый из которых управляет своей частью тела и собирает информацию – болевую, кожную и мышечную.

Спинной мозг обладает всеми механизмами для инициации и регуляции движений. А это значит, что «починить» человека при параличе можно воздействуя именно на этот орган. Задачей ученых, работающих в Институте физиологии, было научиться управлять шагами, стимулируя спинной мозг. Нейрофизиологи проводили тестирование различных участков спинного мозга у животных в продольном и горизонтальном направлении, пока, наконец, не нашли зону, стимуляция которой вызывала шагательные движения.

«У человека, как у любого млекопитающего в спинном мозгу существуют участки, ответственные за ходьбу. В Хьюстоне поставили задачу – применить к пациентам с травмой спинного мозга стимуляцию, чтобы инициировать шагательные движения. И мы описали у всех пациентов зону, стимуляция которой вызывает необходимую реакцию», – рассказывает Юрий Герасименко.

В ходе дальнейшей работы учёным удалось доказать, что поражение спинного мозга, возникающее при травме позвоночника, носит не анатомический характер, а функциональный. Следовательно, воздействуя на определенные центры, можно восстановить функцию, нарушенную травмой.

Команда Юрия Герасименко разработала такую методику воздействия на спинной мозга, в ходе которой на оболочку нервной трубки устанавливаются электроды, а под брюшину имплантируется стимулятор. Вследствие электростимуляции нервные клетки, взаимодействуя с проводящим имплантом, создают связанные цепочки в обход повреждённого участка и организм «ремонтирует» систему связи между головным и спинным мозгом.

По итогам такого лечения пациент восстанавливается от полного паралича до возможности самостоятельно ходить своими ногами. Стимулятор подает электрические импульсы, которые запускают парализованные ноги и одновременно с этим сигналы «эхом» уходят в головной мозг. И понемногу, шаг за шагом, человек заново учится управлять телом.

«Я даже сидеть стал намного лучше, потому что окреп позвоночник. Я стреляю из лука, хожу по беговой дорожке. Да, мне пока нужны ходунки, и за мной присматривает тренер, но я уверен, что скоро не буду нуждаться в помощи. Это главное для меня», – рассказал один из пациентов доктора Герасименко.

В тоже время, европейские ученые смогли далеко продвинуться в вопросе эффективности и скорости лечения. Если раньше пациенты демонстрировали прогресс только спустя несколько месяцев интенсивной реабилитации, чаще всего — примерно через год. То исследование, выполненное в Швейцарии, показало, как пациенты смогли вновь ходить (с небольшой помощью) спустя всего несколько дней. А после нескольких месяцев тренировок контролировать ранее парализованные мышцы ног даже при отсутствии электростимуляции.

Разница подходов заключалась в том, насколько постоянным был внешний источник тока. Для эпидуральной электростимуляции, как в других исследованиях, пациенту было имплантировано устройство, которое доставляет электрические сигналы в позвоночный столб ниже области повреждений. Когда травма нарушает связь между спинным и головным мозгом, не давая нервным сигналам достигать конечностей, электростимулятор выступает в роли «моста», перенося электрические сигналы в области позвоночника под местом травмы.

Чтобы понять, как нервная система подает электрические сигналы, чтобы обеспечить каждое движение конечностей, исследователи создали «карту» того, как выглядят типичные импульсы мозга, направленные на активацию движений. Затем они определили, в какую область позвоночника электроды должны доставлять стимулирующие сигналы, чтобы соответствовать обнаруженным паттернам и построили систему, которая передавала сигналы ровно туда, куда нужно.

Ученым пришлось подбирать отдельные параметры системы под каждого пациента. Они даже создали персонализированные модели позвоночников, находящиеся в солевом растворе, проводящем электрический ток, что позволило команде в точности определить, куда поместить электроды при последующей операции. Затем паттерны электрических сигналов были откалиброваны под каждого пациента.

«Все подопытные смогли ходить с использованием ассистивных устройств спустя неделю», — подтвердила одна из руководителей группы ученых Джоселин Блотч. В последующих тестах пациенты оказались способны произвольно выбирать длину и скорость своих шагов и в течении часа идти по беговой дорожке, проходя дистанцию порядка одного километра. Все движения самостоятельно выбирались человеком, а эпидуральный имплант при этом не генерировал никаких непроизвольных движений.

«Наши пациенты должны были постоянно думать о совершении подходящих движений ног. Их мозг оставался активным все время, чтобы отрабатывать сигналы цепи обратной связи с электростимуляцией, которая активировала мышцы», — сказала Карен Минассиан, одна из авторов работы. Из-за постоянной вовлеченности, лечение привело к тому, что произвольные движения со временем восстанавливались по мере того, как вновь появлялись соединения в нервной системе.

Успешность лечения зависит от ряда факторов, включая тяжесть травмы и уровень оставшихся двигательных функций. Для некоторых, оно может привести к масштабным улучшениям за короткое время. По мнению ученых, проверка методики на большем числе подопытных станет важным следующим шагом. Ученые планируют изучить результаты методики на людях, получивших свои травмы недавно, когда «потенциал пластичности находится на максимальном уровне, а нейромышечная система еще не испытала эффекта атрофии вследствие хронического паралича».

Ученые отмечают, что данная техника пока еще не готова для применения в клинических условиях. Необходимо тщательно проверить все аспекты подобного лечения, в том числе его эффект на повседневную жизнь пациента за пределами госпиталя. Исследователи разработали активируемую голосом систему, которая позволяет пациенту включать и выключать эпидуральную электростимуляцию по желанию, а также выбирать один из нескольких режимов стимуляции: ходьба, езда на трицикле и т.д. Заставить имплант работать — это важная задача, но также необходимо сделать его доступной использования пациентом в повседневных условиях.

Уже сейчас российские учёные создали следующее поколение подобного устройства – беспроводной стимулятор. Эти открытия и разработки лягут в основу новых интернациональных проектов, которые построят будущее медицинской реабилитации. Будущее, в котором людям не понадобятся инвалидные коляски.

Костецкая ÐšÑÐµÐ½Ð¸Ñ Андреевна специалист отдела «Нейро», компания ИМПЛАНТА (St. Jude Medical)

В практике многих спинальных хирургов нередки случаи, когда пациенту проведены неоднократные оперативные вмешательства: микродискэктомия, радикулолиз, фасетэктомия, а боли, стойкие и упорные, продолжают мучить его, ухудшая качество жизни, заставляют человека чувствовать себя беспомощным в обществе.

Не смотря на быстрое развитие современного хирургического оборудования, по данным статистики, нейрогенная боль после оперативного вмешательства развивается в 20–40% случаев. Такой синдром называют «Синдром Оперированного Позвоночника» или FBSS (Failed Back Surgery Syndrome).

Если опираться на английское название синдрома, можно подумать, что эти боли — результат неудачной операции. Это совсем не так: операции, как правило, проведены блестяще: хирургу удаётся стабилизировать позвонки или провести виртуозное удаление грыжи, но боль, нейрогенная боль, простреливающая, жгущая, начинает развиваться, несмотря на отсутствие физиологической причины.

Международная ассоциация по изучению боли даёт такое определение FBSS: «Поясничные (или шейные) боли неизвестного происхождения либо персистирующие боли, которые сохраняются, несмотря на проведённое оперативное вмешательство, или возникающие после данного вмешательства в той же самой анатомической области».

Пациенты, у которых развивается Синдром Оперированного позвоночника, как правило, обращаются к неврологу, проходят курс фармакотерапии (нестероидные противоспалительные препараты, миорелаксанты, наркотические анальгетики, антидепрессанты) и/или пользуются физиотерапевтическими аппаратами, что часто оказывает положительный эффект. Но со временем могут развиться медикаментозно-резистентные формы болевого синдрома. По данным американской статистики, ежегодно насчитывается до 50 тысяч таких случаев.

На этом этапе лечения у пациента не остаётся больше других вариантов контроля боли, кроме хирургических. Один из способов устранения невралгии — прервать передачу болевых сигналов. Например, провести процедуру невротомии — её делают на нервной ткани, чтобы предотвратить передачу болевого сигнала. Но это рискованно, а самое главное, данная процедура необратима.

В результате, после длительного безуспешного консервативного и хирургического лечения, через 3–6 месяцев пациент с FBSS может стать инвалидом пожизненно!

Единственным обратимым методом управления хронической болью на сегодняшний момент является нейромодуляция (или нейростимуляция). Принцип действия — тот же: пресекается болевой сигнал, идущий в головной мозг. Но! В организме не происходят необратимые изменения, связанные с операцией. Врач (а после и сам пациент) при помощи имплантированного устройства «закрывает дверь» перед болью: пациент перестаёт ощущать боль в связи с тем, что сигнал не может пройти. Так как устраняем мы именно боль, а не маскируем воспалительный процесс, то результат достигнут: без побочных действий (нет химического изменения), всё обратимо (все клетки организма, все нейроны целы, можно выключить стимуляцию — и всё вернётся; следовательно, если через 15, 20 лет будет создана новая технология, пациент сможет её попробовать, так как отсутствуют необратимые процессы).

Принцип действия стимуляции

Боль — это сигнал, который идет от анатомической зоны через спинной мозг к головному, а тот воспринимает его как болевой. Чтобы прервать этот сигнал до того, как он дойдет до головного мозга, можно послать дополнительный электрический импульс прямо к спинному мозгу именно в том месте, где нервные окончания больного органа входят в него (болевой сигнал не сможет пройти, и головной мозг не получит сигнал о боли). Принцип действия основан на теории Рональда Мельзака (Великобритания) и Патрика Уолла (Канада), которая была опубликована в 1965 году в американском журнале «Science». И через два года, опираясь на эту теорию, американский хирург Норм Шили проводит операцию по стимуляции спинного мозга для контроля за болью у пациента, страдающего раком. Вскоре стимуляторы спинного мозга начали активно применяться в противоболевой терапии. Сейчас в мире ежегодно имплантируется около 100 000 систем, а к следующему десятилетию (по прогнозам специалистов) эта цифра возрастёт до 240 000, за счёт увеличения больных с хроническими заболеваниями, расширения географического применения данной терапии.

Сертифицированная для управления хронической болью в спине, шее, руках и ногах нейростимуляция является проверенной терапией, которая уже более 40 лет применяется врачами по всему миру для улучшения качества жизни пациента. В России нейростимуляция входит в квоту по нейрохирургическому высокотехнологичному лечению.

Первую операцию по SCS (стимуляция спинного мозга) в СССР провел в 1987 году в НИИ Нейрохиругии им. Н. Н. Бурденко нейрохирург, профессор В. А. Шабалов. С 1991 года в России стали применять отечественные модели «Нейроэлект» (разработчик — В. А. Шабалов совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом оптикофизических измерений). К сожалению, материалы и качество моделей не приносили стабильный долгосрочный эффект. Начиная с 1995 года, стали доступны американские имплантируемые системы. Но все равно, это были лишь единицы: всего 5–10 штук в год. И только с 2001 года при финансировании Министерства Здравоохранения и Академии наук РФ количество таких операций и клиник (в которых они проводились) резко возросло: с 1 клиники в 2001 году до 18 к настоящему времени. Количество же имплантированных систем SCS в России к 2013 году превысило 1000. Сейчас стимуляция спинного мозга проводится на современных высокотехнологичных аппаратах повсеместно. Однако, нейростимуляция — не излечение причины, вызывающей боль, и не лечение заболевания. Она является терапией, которая создана для маскировки боли (блокирует болевые сигналы до того, как они достигнут головного мозга). В основном, нейростимуляцию применяют для терапии Синдрома Оперированного Позвоночника (FBSS) или пост-ламинэктомического синдрома и других нейропатий.

Нейростимуляция снимает только нейропатическую боль, другие же виды боли (такие, как зубная, кишечная, периодическая, острая при травмах и пр.) останутся, чтобы организм мог правильно справляться с внешними и внутренними факторами.

Рис. 1.Пульт пациента (St. Jude Medical Inc.) – устройство, при помощи которого пациент регулирует стимуляцию в заданных врачом пределах

Рис. 2. Генератор импульсов. Имплантируется в подкожный карман. Самый маленький стимулятор (Eonmini St. Jude Medical Inc.) – всего 10 мм в толщину

Рис. 3. Электроды для имплантации в эпидуральное пространство (St Jude Medical Inc.)

Операция по имплантации системы проводится, как правило, в два этапа:

1. На тестовом этапе она позволяет врачу вместе с пациентом оценить результат от терапии и понять, помогает ли ему этот метод. Тестовая имплантация — это операция под местной анестезией, когда нейрохирург, спинальный хирург или анестезиолог через иглу Туохи устанавливает специальный тестовый электрод на соответствующий позвоночный уровень, руководствуясь соматотопической картой. При синдроме оперированного позвоночника, как правило, это уровень Th11-L1. Далее электрод подключается к внешнему устройству, и невролог или клинический инженер компании-производителя начинает стимуляцию, проверяя, покрывает л стимуляция (парестезии) всю зону боли. Если нет, то под контролем рентгена хирург корректирует локализацию контактов электрода. Тестовый период может длиться от 2–3 до 7 дней. В это время пациент и врач принимают решение, устанавливать ли постоянную систему;

2. Имплантация постоянной системы, когда хирург выбирает, какой электрод лучше установить пациенту. Это зависит от характера боли: при более комплексной можно установить электрод с большим количеством контактов, при болях более точечной локализации можно снова по игле имплантировать цилиндрический электрод, далее туннелировать его к генератору импульсов.
Современные модели генераторов совсем не заметны под одеждой. К примеру, самый маленький стимулятор — всего 10 мм в толщину (Eonmini™ от St. Jude Medical Inc.).

Рис. 4. Программатор врача – компьютер, на котором врач задаёт все параметры стимуляции: частоту, ширину импульса, размер шага и терапевтическое окно интенсивности стимуляции

К основным преимуществам нейромодуляции можно отнести:

• нейростимуляция — это минимально инвазивный современный метод лечения хронических болей в спине;
• отсутствие деструкции нервной ткани;
• полная обратимость эффекта;
• коррекция лечения неинвазивна (к инвазивной коррекции можно отнести изменение положения