Как головной мозг функционирует при повреждении спинного мозга

Головной мозг и спинной мозг функционируют как часть единой нервной системы, однако они выполняют различные роли. Головной мозг отвечает за высшие психические функции, контроль движений, восприятие информации и принятие решений, а спинной мозг в основном отвечает за передачу сигналов между мозгом и периферическими органами. Повреждение спинного мозга может блокировать некоторые двигательные или сенсорные функции, но не влияет на работу головного мозга, поскольку последнему доступны другие пути для обработки информации.

Кроме того, многие функции головного мозга могут быть реализованы независимо от спинного, используя другие нейронные сети и структуры. Это создает возможность для сохранения когнитивной активности и поддержания базовых жизненных функций даже при серьезных повреждениях спинного мозга. Таким образом, несмотря на нарушения в передачах сигналов, головной мозг продолжает выполнять свои задачи, адаптируясь к новым условиям.

Что такое спинальный инсульт?

Спинальный инсульт представляет собой острое состояние, связанное с нарушением притока крови к спинному мозгу. Это заболевание используется как экстренная медицинская проблема, требующая немедленной госпитализации пациента в отделение неврологии и немедленного начала интенсивного лечения.

Успешность терапии при спинальном инсульте во многом зависит от того, насколько быстро будет оказана пострадавшему медицинская помощь.

Перемещение пациента с подозрением на такой диагноз должно проводиться в горизонтальном положении на жесткой поверхности.

В зависимости от патогенеза выделяют следующие разновидности спинального инсульта:

• ишемический (это более распространенный вариант);
• геморрагический.

Причины возникновения

Факторы, способствующие острому нарушению кровоснабжения спинного мозга, можно разделить на первичные и вторичные. К первым относятся:

• заболевания сердечно-сосудистой системы (артериальная гипертензия, сердечная недостаточность, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, атеросклероз);
• воспалительные процессы, касающиеся сосудов (васкулиты);
• аномалии в строении сосудов (сосудистые мальформации);
• защиеления сосудов (стенозы, тромбозы, тромбоэмболии, варикозное расширение вен).

Вторичными факторами, способными вызвать инсульт спинного мозга, являются:

• воспалительные процессы оболочек спинного мозга;
• новообразования в области позвонков и спинного мозга, включая его оболочки;
• причины, связанные с позвоночником и межпозвоночными дисками.

Одной из наиболее частых причин спинального инсульта, по словам экспертов, является компрессия корешковой спинальной артерии, сопровождающая нервные корешки спинного мозга. Генерализованные сосудистые заболевания рассматриваются как дополнительные факторы риска.

Мнение эксперта

Кочемасова Татьяна Владимировна

Кандидат медицинских наук, врач-эндокринолог | Стаж 18 лет

Головной мозг и спинной мозг являются важными компонентами центральной нервной системы, однако у них есть разные функции и уровни независимости. Головной мозг выполняет сложные когнитивные задачи, такие как мышление, память и восприятие, тогда как спинной мозг в основном отвечает за передачу сигналов между мозгом и периферической нервной системой. При повреждении спинного мозга головной мозг может продолжать функционировать, так как не все его функции напрямую зависят от спинномозговых путей.

Одной из причин, по которой головной мозг сохраняет свою активность, является наличие множества р(connective) путей и структур, отвечающих за разные виды обработки информации. Некоторые функции, например, обработки зрительных и слуховых сигналов, могут осуществляться через другие, неповрежденные пути. Кроме того, головной мозг обладает пластичностью, что позволяет ему адаптироваться к повреждениям и находить альтернативные способы передачи информации и управления определенными процессами.

Таким образом, несмотря на наличие повреждений в спинном мозге, головной мозг может продолжать функционировать благодаря своей архитектуре, множеству взаимосвязей и способности к адаптации. Это объясняет, почему люди с повреждениями спинного мозга часто сохраняют возможность мыслить, осознавать и даже выражать чувства, несмотря на ограничения в движении и сенсорной активности.

Человеческому мозгу вернули контроль над парализованными ногами

Использование нейрокомпьютерного интерфейса и имплантата для спинного мозга значительно улучшило качество движений у человека, перенесшего паралич.

Причина, почему паралич возникает при травмах позвоночника, известна: поврежденные нервные пути не позволяют головному мозгу взаимодействовать с мышцами, расположенными ниже уровня травмы. Однако возможно ли как-то восстановить двигательную функцию? С одной стороны, проводятся близкие исследования, нацеленные на прямое восстановление повреждений спинного мозга и стимуляцию роста нервных клеток, чтобы связать разорванные нервные пучки.

Один из добровольцев, который стал парализованным после аварии 11 лет назад, в настоящее время обучается синхронизации работы нейроинтерфейса и спинального имплантата. (Фото: Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)

С другой стороны, можно пойти в обход, используя инфраструктуру нейронных сетей спинного мозга. Потому что спинной мозг — это не просто шлейф проводов, передающий сообщения между центрами головного мозга и подведомственными им органами. Если говорить о скелетных мышцах, то спинномозговые нейроны образуют довольно сложные специализированные сети, ответственные за сохранение равновесия, координацию при ходьбе, контролирующие скорость и направление движения и т. д. Получая информацию от мышц и кожи, нейронные сети спинного мозга могут вносить поправки в двигательную программу, корректируя её в зависимости от ощущений. Способность человека или животного управлять своими движениями зависит не только от контактов спинномозговых нейронов с центрами головного мозга, но и от целостности таких вот сетей в самом спинном мозге. Стимулируя двигательные сети спинного мозга, можно научить его управлять ногами, которые после травмы остались парализованными.

Много лет назад специалисты Федеральной политехнической школы Лозанны совместно с учеными других исследовательских институтов начали проводить эксперименты, связанные с такой формой стимуляции. Мы уже не раз описывали эти исследования.

Когда речь идет о «стимуляции спинного мозга», следует отметить, что корректная стимуляция спинальных нейронов для достижения согласованности в движениях требует высокого уровня сложности. Стоит представить, как человек управляет движением своей ноги, и становится очевидно, насколько многообразны нейронные группы, контролирующие эти движения, включающиеся последовательно и постоянно принимающие информацию о состоянии ноги и мышц в процессе движения. Специальный имплантат исследует спинной мозг, управляясь системой обратной связи: электроды должны активироваться и деактивироваться в зависимости от того, как движется нога. И для этого необходимо учитывать не только само движение ноги, но и положение всего тела в пространстве. Таким образом, алгоритмы, которые рассчитывают импульсы, передаваемые имплантатом, становятся весьма сложными.

После того, как «крысиные» эксперименты со спинномозговой стимуляцией прошли успешно, этот метод использовали с тремя добровольцами, которые когда-то получили травмы позвоночника и последние годы провели в инвалидных колясках. Спустя пять месяцев тренировок со стимулятором спинного мозга все трое уже ходили на собственных ногах.

Однако, чтобы начать шагать, стимулятор нужно предварительно активировать. Это не обязательно должна быть кнопка на пульте. Например, один из участников, несмотря на травму, мог определённым образом двигать коленями — это движение и запускало стимулятор, отправляя сигналы от соответствующих мышц. Кроме того, движения с использованием спинальной стимуляции были скорее механичными и ритмичными, ведь мышцами управляла не осознанная воля, а автономные нейронные сети, реагировавшие на стимуляцию; в этом плане это напоминало управление марионеткой кукловодом. Важно и то, что такая техника позволяла работать только на ровной поверхности; преодолеть препятствие или подняться по лестнице было невозможно.

В новой статье, опубликованной в Nature, исследователи пишут, что им удалось сделать «стимуляторные» движения более естественными, более произвольными, так что человек, например, теперь мог подняться по ступенькам. Ходьбу сделали более естественной, поручив контроль над стимулирующим имплантатом головному мозгу.

Тем не менее, в головной мозг также был имплантирован специальный чип, состоящий из двух наборов по 64 электрода, фиксирующих сигналы из моторных областей коры. Эти данные беспроводным способом передавались на гарнитуру, установленную на голове, а затем — на ноутбук, размещённый в рюкзаке. Ноутбук расшифровывал сигналы из мозга и определял, о каком движении идет речь.

Затем информация передавалась на спинальный имплант для указания, какие мышцы следует активировать для осуществления задуманного движения. Нейрокомпьютерные интерфейсы занимаются чтением сигналов из мозга и их интерпретацией в понятные алгоритмы. В итоге нейрокомпьютерный интерфейс был интегрирован в спинальный имплантат, что позволило восстановить поврежденный нервный путь.

На то, чтобы освоиться с новой системой, понадобилось сорок тренировок, после чего доброволец с двумя имплантатами начал двигаться более естественно и в произвольном ритме. Теперь он мог, например, садиться в машину и выходить из неё, и даже, как было сказано, подниматься и спускаться по лестнице. Благодаря тому, что электростимуляция спинного мозга теперь была под контролем (пусть и опосредованным) мозга головного, движения в щиколотках, коленях и тазобедренных суставах стали более точными (хотя нельзя сказать, что человек стал двигаться абсолютно свободно — движения даются всё-таки с определённым усилием). Травма не полностью разрушила связи в спинном мозге, какие-то из них остались, и, по-видимому, благодаря системе с двумя имплантатами оставшиеся связи усилились — головной мозг стал лучше чувствовать парализованную часть тела.

Несомненно, стоит учитывать, что система с двумя имплантатами была протестирована только на одном человеке, и в мозг хирургическим путем был установлен массив из множества электродов — такие операции не всегда проходят без осложнений. Однако даже в этом единичном случае видно, что подход в виде нейроинтерфейса и стимуляции спинного мозга дает результаты. Возможно, в будущем «метод с двумя имплантатами» станет безопаснее и легче для применения в различных медицинских учреждениях, если, конечно, не появится какая-то новая биомедицинская технология.

• Спинальный имплантат помогает встать на ноги
• Электростимуляция помогает преодолеть травму спинного мозга
• Стволовые клетки восстанавливают спинной мозг
• Нейрозаживляющий гель помогает в восстановлении спинного мозга после травмы
• Клетки, взятые из носа, помогают в лечении спинного мозга

Спинальный инсульт (Острые нарушения мозгового кровообращения спинного мозга)

Нарушения спинномозгового кровообращения – острые и хронические циркуляторные расстройства, обусловленные патологией или экстравазальной компрессией сосудов, кровоснабжающих спинной мозг. Клиническими проявлениями нарушения спинномозгового кровообращения могут служить пара- и тетраплегии, парезы, нарушение различных видов чувствительности, расстройство мочеиспускания и дефекации. В диагностике сосудистых нарушений используются КТ и МРТ позвоночника, ангиография, электрофизиологические исследования. Для нормализации спинального кровообращения проводится медикаментозная терапия, иногда – хирургическая реваскуляризация спинного мозга. Для восстановления нарушенных функций показана реабилитация.

Сосудистые расстройства спинного мозга, приводящие к нарушениям кровоснабжения, могут иметь разнообразные причины. Различные сосудистые недуги или их сжатие могут приводить к распределению кровотока и повреждению соответствующих участков спинного мозга. Чаще всего такие нарушения проявляются миелоишемией (ишемическим спинальным инсультом), в редких случаях наблюдаются кровоизлияния (гематомиелия).

В некоторых случаях нарушения спинномозгового кровотока могут быть временными, в других — приводить к необратимым неврологическим последствиям и хронической инвалидности. В неврологии такие состояния рассматриваются как критические и экстренные, требующие немедленного вмешательства.

Нарушения спинномозгового кровообращения разделяют на:

• острые — резкие: ишемический и геморрагический спинальный инсульт;
• временные (транзиторные) — внезапные нарушения кровообращения в спинном мозге, симптомы которых исчезают в течение первых суток, среди них: синдром «падающей капли», синдром Унтерхарншейдта, миелогенная перемежающаяся хромота, каудогенная перемежающаяся хромота;
• хронические — долго сохраняющиеся и медленно прогрессирующие: хроническая миелоишемия.

Симптоматика нарушений спинномозгового кровообращения:

Ишемический спинальный инсульт. Острые ишемические нарушения спинномозгового кровообращения чаще развиваются в течение нескольких минут или 1-2 часов, но в отдельных случаях симптомы могут нарастать постепенно в течение нескольких суток. Приступы преходящих ишемий могут быть предвестниками развития ишемического спинального инсульта. Если инсульт развивается быстро, у пациента может наблюдаться повышение температуры тела и озноб. В остальном клиническая картина инсульта зависит от локализации и степени распространения ишемии по поперечнику спинного мозга.

При ишемическом инсульте на уровне сегментов спинного мозга C1-C4 (верхний отдел шеи) наблюдается отсутствие движений в конечностях (тетраплегия), повышение тонуса мышц и нарушенная чувствительность (боль, тактильные ощущения, температура) ниже уровня поражения, также может наблюдаться задержка мочеиспускания. В случае быстрого прогрессирования ишемии возможно появление паралича дыхательной мускулатуры и спинального шока.

Ишемия шейного утолщения (C5-C6) проявляется в виде слабости во всех конечностях (тетрапарез или тетраплегия) с снижением тонуса в руках и повышением в ногах, нарушением всех видов чувствительности ниже поврежденного уровня и задержкой мочеиспускания. Состояние характеризует синдром Горнера — углубление глазного яблока, сужение зрачка и глазной щели.

Для острого ишемического нарушения спинномозгового кровообращения в грудном отделе характерны слабость в ногах с повышением мышечного тонуса (нижняя спастическая параплегия), нарушение чувствительности, задержка мочеиспускания. При этом брюшные рефлексы не выявляются.

При ишемии на уровне поясницы может развиваться периферический (вялый) паралич верхней части ног, что сопровождается снижением мышечного тонуса. При этом сила мышц в ступнях сохраняется, ахилловы рефлексы активированы, а коленные рефлексы не обнаруживаются. Затруднено мочеиспускание и нарушены все виды чувствительности ниже паховой складки.

При ишемическом нарушении спинномозгового кровообращения в области мозгового конуса (нижние поясничные и копчиковый сегменты) наблюдается нарушение чувствительности в промежности, недержание мочи и кала.

При нарушениях спинномозгового кровообращения на любом уровне возникают трофические изменения в иннервируемых тканях, также могут образовываться пролежни.

Геморрагический спинальный инсульт возникает внезапно, как следствие травм позвоночника или интенсивных физических нагрузок, таких как поднятие тяжелых предметов. Симптоматика зависит от местоположения гематомы, образованной в результате кровоизлияния. У пациента наблюдаются мышечная слабость, изменения чувствительности и тонуса мышц, подобно тому, что происходит при ишемическом инсульте на соответствующем уровне поражения. Возможны также проблемы с мочеиспусканием и дефекацией. В случаях, когда происходит кровоизлияние в верхние сегменты спинного мозга, может возникнуть паралич диафрагмы, что приводит к затрудненному дыханию.

Синдром «падающей капли» — это транзиторное нарушение спинномозгового кровообращения, происходящее при запрокидывании головы назад или ее резком повороте. При этом пациент внезапно падает из-за резкой слабости в конечностях, потери сознания не происходит. Часто отмечается боль в шее и затылке.

Спустя несколько минут приступ ослабевает, и мышечная сила в конечностях восстанавливается. Однако при следующем резком движении головой этот приступ может повторяться. Подобные состояния возникают из-за ишемии шейных сегментов спинного мозга, что часто происходит на фоне тяжелых дегенеративных изменений в шейном отделе позвоночника и выраженного атеросклероза позвоночных артерий.

Синдром Унтерхарншейдта имеет клиническую картину, сходную с синдром «падающей капли», но для него характерна потеря сознания. Приступ внезапной слабости в конечностях возникает при резких поворотах головой и сопровождается отключением сознания на 2-3 минуты. После приступа сознание восстанавливается несколько раньше, чем мышечная сила, и пациент очнувшись не может двигать ни рукой, ни ногой. Через 3- 5 минут движения восстанавливаются, остается чувство слабости во всем теле. Синдром Унтерхарншейдта возникает, когда ишемические нарушения спинномозгового кровообращения затрагивают не только шейные сегменты спинного мозга, но и примыкающий к ним сверху ствол головного мозга.

Миелогенная перемежающаяся хромота проявляется в виде эпизодической слабости в нижних конечностях, сопровождающейся онемением, и иногда возникает острое и интенсивное чувство позыва к мочеиспусканию или дефекации. Нападки возникают при физических нагрузках или длительной ходьбе. После отдыха в течение 10 минут все симптомы исчезают, и пациент может продолжить движение.

Такие пациенты часто замечают, что у них ноги «подворачиваются» во время ходьбы. Данная форма нарушения кровообращения в спинном мозге часто развивается на фоне болей в пояснице (люмбалгия) или болей по ходу седалищного нерва (люмбоишиалгия). Это состояние связано с остеохондрозом и сдавлением одной из корешковых спинномозговых артерий из-за грыжи диска. Реже перемежающая хромота может быть вызвана атеросклерозом ветвей брюшной аорты или спинальным васкулитом.

Каудогенная перемежающаяся хромота проявляется появляющимися при ходьбе приступами парестезий в виде онемения, покалывания, ползанья мурашек. Парестезии начинаются в дистальных отделах ног, поднимаются выше, захватывают паховую область и половые органы. Если пациент пытается продолжить ходьбу, то он отмечает резкую слабость в ногах. После непродолжительного отдыха все эти симптомы проходят. Такой вид нарушения спинномозгового кровообращения характерен для сужения позвоночного канала на поясничном уровне.

Иногда встречается сочетание миелогенной и каудогенной хромоты, для которой характерны как слабость в ногах, так и выраженные парестезии.

Хроническая недостаточность спинального кровообращения, как правило, начинается с возникновения преходящих нарушения спинномозгового кровообращения. Постепенно развиваются стойкие и часто прогрессирующие нарушения двигательной сферы и чувствительности. В зависимости от уровня поражения они могут проявляться мышечной слабостью в руках и ногах (тетрапарез) или только в ногах (нижний парапарез), снижением или выпадением чувствительности, изменением мышечного тонуса, нарушенем мочеиспускания и дефекации.

К неврологическим осложнениям нарушений спинномозгового кровообращения входят отек спинного мозга, а к соматическим — пролежни, вторичные инфекции мочевыводящих путей и сепсис.

Диагностика нарушений спинномозгового кровообращения:

Для постановки точного диагноза, дифференцировки нарушений спинномозгового кровообращения от опухолевых и воспалительных процессов, определения ишемического или геморрагического характера спинального инсульта применяется магнитно-резонансная томография (МРТ позвоночника), а при невозможности ее проведения — компьютерная томография (КТ позвоночника).

Для выявления патологий сосудов и для определения необходимости в оперативном вмешательстве выполняется спинальная ангиография.

Электрофизиологические методы исследования (электронейрография, электромиография, вызванные потенциалы, транскраниальная магнитная стимуляция) назначаются для определения степени и уровня поражения проводящих нервных волокон и состояния нервно-мышечной передачи.

Пациент с острым нарушением спинномозгового кровообращения требует срочной госпитализации в неврологическое отделение. Во время транспортировки больной должен лежать на спине на специальной носилке.

Лечение ишемического спинального инсульта медикаментами похоже на терапию ишемического инсульта головного мозга. Применяются препараты для расширения сосудов головного мозга (кавинтон, сермион, инстенон, стугерон); сосудорасширяющие средства, которые улучшают коллатеральное кровообращение (дибазол, эуфиллин, папаверин, никотиновая кислота, но-шпа); средства, которые активируют сердечно-сосудистую систему (кордиамин, копламин), а также антикоагулянты для разжижения крови (трентал, курантил, декстраны), назначаемые с учетом состояния свертываемости крови.

Медикаментозная терапия геморрагического спинального инсульта соответствует лечебным мероприятиям при геморрагическом инсульте головного мозга. Это препараты, способствующие формированию тромба и прекращению кровотечения, направленные на укрепление стенки сосуда и понижение ее проницаемости.

Независимо от типа инсульта пациентам необходим постельный режим, регулярное опорожнение мочевого пузыря и профилактика пролежней. Для предотвращения отека мозга проводится дегидратационная терапия (маннитол, лазикс). Восстановительная медикаментозная терапия обычно стартует на второй или третий день после инсульта.

В нее входят прозерин, нивалин, галантами. Через неделю назначают нейропротекторы (церебролизин), ноотропы (пирацетам, актовегин, гинко билоба), антигипоксанты (пантогам, фенибут, милдронат), антиоксиданты (карнитин, витамин Е), витамины группы В и др. Наряду с медикаментозным лечением применяют лечебную физкультуру, физиотерапию и массаж пораженных конечностей.

Эксклюзивная методика клинического госпиталя НейроВита

На протяжении нескольких десятилетий специалисты нашего клинического госпиталя разрабатывали ведущие методики реабилитации и восстановления пациентов с применением аутологичной CD34 положительной мононуклеарной фракции клеток крови. Этот метод показал свою эффективность в лечении травм мозга и в настоящее время активно применяется для терапии остаточных органических повреждений после любых черепно-мозговых травм.

Основой нашего подхода является адоптивная терапия, при которой используются собственные гемопоэтические стволовые клетки пациента. Лечение возможно при состояниях различной степени тяжести, однако оно позволяет достичь оптимальных результатов только после устранения воспалительного процесса в нервной ткани, что возможно не ранее чем через 2-3 месяца после острого периода травмы.

Методика предполагает несколько этапов:

1. Сбор CD34-позитивной фракции мононуклеарных клеток крови пациента осуществляется с помощью клеточного сепаратора с использованием одноразовой системы. Это позволяет отбирать клетки из непрерывно текущей крови, почти не уменьшая общий объем. Процедура проходит за один сеанс.
2. Полученный материал замораживается и сохраняется при низкой температуре, что позволяет использовать его в течение 12-18 месяцев для дальнейшего лечения.
3. Мононуклеарные клетки вводятся посредством спинальных пунктций. Они поступают в субарахноидальное пространство спинного мозга на уровне поясницы, преодолевая гематоэнцефалический барьер. Далее клетки мигрируют по спинномозговой жидкости в зоны повреждения, проникают в ткань мозга и к центральным нейронам, участвующим в аксональном транспорте.
4. Параллельно с введением клеток проводятся реабилитационные мероприятия с использованием современных методов биоинженерии:
5. различные виды электромагнитного излучения;
6. фокусированный ультразвук;
7. структурно-резонансная терапия;
8. лазерная терапия.

Таким образом, специалисты клинического госпиталя НейроВита занимаются восстановлением и нейроремонтированием мозга после черепно-мозговых травм. Многолетний опыт показывает, что лечения по нашей методике способны значительно восстановить функции пациентов, продлить их жизнь и улучшить качество существования.

Преимущества адоптивной методики клинического госпиталя НейроВита

1. Высокая эффективность. В условиях нашего госпиталя восстановление нарушенных функций наблюдается в 60% случаев, даже после серьезных травм.
2. Обширная клиническая практика. Наш опыт охватывает более 7000 пациентов с тяжелыми травмами головы и спинного мозга из России и других стран. В общей сложности мы провели 25 000 интратекальных и интравентрикулярных трансфузий, а также трансляций ГСК.
3. Безопасность. Пациентам вводятся только их собственные клетки, что минимизирует риск аутоиммунных реакций и осложнений. Мы работаем в области заболеваний головного мозга более 20 лет и ведем наблюдение за пациентами до 10 лет, не фиксируя тяжелых осложнений в результате процедур.
4. Возможность применения при любых повреждениях. Мы принимаем пациентов, которым отказывают в лечении по протоколам и рекомендуют паллиативную помощь. Мы можем помочь даже пациентам в вегетативном состоянии, улучшая их общее самочувствие.
5. Уникальные технологии. Наши разработки зарегистрированы в Росздравнадзоре и имеют статус инновационной биомедицинской технологии. За время работы госпиталя были созданы технологии, аналогов которым в мире нет, защищенные патентами в России и США. Бесконтактный метод восстановления мозга, известный как радиобиоинженерия мозга, был признан одним из 100 лучших изобретений России в 2017 году по версии Роспатента.

Эксклюзивная методика нейрореставрации мозга клинического госпиталя НейроВита — передовой метод лечения, который дает надежду в самых тяжелых состояниях. Мы не даем беспочвенной гарантии полного восстановления, но используем инновационные высокотехнологичные методики, которые существенно увеличивают эффективность реабилитации, улучшают самочувствие пациента и продлевают его жизнь.