СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЬНЫХ С ХРОНИЧЕСКИМ ПОРАЖЕНИЕМ СПИННОГО МОЗГА НА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
METHOD FOR SIMULATING TREATING PATIENTS WITH CHRONIC SPINAL INJURY IN LABORATORY ANIMALS

Изобретение относится к медицине, а также к физиологии движений и электрофизиологии и может быть использовано для моделирования и обучения методам лечения и реабилитации людей с вертебро-спинальной патологией.
Повреждение спинного мозга приводит к частичному или полному параличу, нарушению локомоторной и постуральной функций. Утрата способностей к передвижению и поддержанию веса тела вызывает многочисленные соматические нарушения, способствует прогрессированию урологических, трофических, сердечно-сосудистых расстройств. Это снижает продолжительность и качество жизни инвалидов, приводит к огромным государственным затратам на их лечение и дополнительный уход. Количество спинальных пациентов в мире ежегодно увеличивается. Несмотря на высокую актуальность, проблема остается нерешенной, что во многом обусловлено неизученностью спинальных механизмов регуляции движений и возможностей их активации внешними воздействиями.
Известен способ лечения больных с поражением спинного мозга (пат. RU 2204423, МПК A61N 1/32), включающий эпидуральную электростимуляцию поясничного утолщения спинного мозга с эффектом координированных локомоторных движений, вызываемых при облегченном положении больного, лежащего на спине или на боку с подвешенными на балканских рамах ногами. При этом пациенты осуществляют процедуры самостоятельно с помощью имплантированной на постоянной основе системы для хронической стимуляции, включающей пару проволочных электродов, установленных на уровне Тh12-L1 позвонков, соединенных с погружной частью стимулятора - приемником, имплантированным в переднюю брюшную стенку, и наружно расположенный передатчик, который связан индуктивной связью с приемником. Стимуляцию осуществляют импульсами тока прямоугольной формы длительностью 0,5-1 мс, амплитудой 0,1-7 мА, с индивидуально подобранной частотой в диапазоне 2-100 Гц, обеспечивающей координированный «шагательный» характер вызванных электростимуляцией движений ног.
Недостаток способа заключается в том, что он является инвазивным и состоит в наложении стимулирующих электродов на поверхность твердой мозговой оболочки спинного мозга с последующей электрической стимуляцией спинного мозга ниже уровня поражения. Реализация этого метода лечения требует сложного оперативного вмешательства для постановки электродов и специфического медицинского обслуживания на весь период работы стимулирующих электродов на поверхности спинного мозга для предотвращения воспалительных реакций, отторжения электродов и др. Кроме того, известный способ вызывал только элементы «шагательных движений» без самостоятельной поддержки веса тела пациента.
Наиболее близким аналогом предлагаемого решения является способ моделирования и обучения лечению больных с хроническим поражением спинного мозга по пат.RU 2418319, МПК G09B 23/28, A61N 1/32. Известный способ основан на полной перерезке спинного мозга крыс на нижнегрудном уровне Th9, вживлении электродов и проведении хронической эпидуральной стимуляции. При этом электроды вживляют в L2 и S1 сегменты спинного мозга, а стимуляцию осуществляют через две недели после вживления и спинализации. Стимулируют одновременно L2 и S1 сегменты с частотой 40 Гц при интенсивности 4-7 B, при условии, что задние конечности крыс опираются на ленту тредбана.
Недостатком способа также является его инвазивность, сопряженная с травматичностью хирургической процедуры вживления электродов в спинной мозг, возможностью развития воспалительных и дегенеративных изменений в тканях вокруг хронически вживленного имплантата. Последующее удаление электродов или реимплантация также требует массивного оперативного вмешательства с длительным послеоперационным лечением и уходом.
Заявляемый способ позволяет получить новый по сравнению с прототипом результат, заключающийся в том, что локомоторные и постуральные способности после повреждения спинного мозга могут активироваться неинвазивным или малоинвазивным воздействием. Общепринятым механизмом эпидуральной стимуляции, лежащим в основе прототипа, является стимуляция афферентных входов в дорсальной части спинного мозга и дорсальных корешков. Через усиление афферентного входа достигается эффект тонической активации локомоторных нейрональных сетей спинного мозга, к которым проецируются соответствующие афферентные пути. В предлагаемом способе афферентные каналы, несущие информацию в спинной мозг, стимулируются на этапе периферического рецепторного аппарата парализованных конечностей, что позволяет добиться сходного эффекта восстановления моторной функции, но при минимальной травматичности процедуры, возможности быстро удалять или менять позицию накожных электродов.
Для достижения указанного результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе моделирования лечения больных с хроническим поражением спинного мозга на лабораторных животных (так же как и в прототипе, включающем полную перерезку спинного мозга животного на нижнегрудном уровне и электрическую стимуляцию животного с помощью биполярных электродов, при том что задние конечности животного опираются на ленту тредбана) в отличие от прототипа биполярные электроды накладывают на кожу задней поверхности бедра или промежности животного, стимулируют указанные зоны с частотой 5 Гц, длительностью импульса 20 мс при интенсивности 1-10 мА, при этом к стимуляции приступают через 3 недели после спинализации. Причиной выбора более проксимальной зоны стимуляции (бедро, промежность) задних конечностях является их меньшая подвижность во время локомоции задней части тела, по сравнению  с дистальными зонами (голень, стопа), и меньший риск смещения или повреждения зафиксированных электродов или подлежащих тканей животного.
Указанная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет неинвазивно поверхностными кожными электродами или малоинвазивно внутрикожными электродами активировать системы генерации шагательного ритма и системы регуляции мышечного тонуса, обеспечивает полноценную координированную ходьбу с поддержкой веса тела при отсутствии супраспинальных влияний. Этот результат открывает перспективу использования кожной стимуляции задних конечностей для восстановления двигательных навыков, улучшения качества ходьбы и обеспечения постурального контроля у спинальных больных.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - активация локомоторной активности с поддержкой веса тела - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь проведенный информационный поиск в области медицины и электрофизиологии не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность указанного способа поясняется чертежом, где
на фиг.1 показаны кривые, отражающие перемещение задних конечностей животного, силовые опорные реакции и миограммы.
Чертеж показывает, что после включения стимуляции появляется тоническая активность, переходящая во вспышки активности, которые следуют в локомоторном ритме с реципрокностью с левой и правой сторон, что видно по силовым опорным реакциям, а также по кривым перемещения конечностей.
При таком воздействии двигательная активность парализованных животных инициируется неинвазивно через периферический рецепторный аппарат без сложной хирургической имплантации электродов и последующего трудоемкого медицинского ухода, а также при отсутствии рисков, связанных с инородным телом, вживленным на поверхности спинного мозга. Другая особенность заявляемого способа состоит в том, что вызываются шагательные движения с поддержкой веса тела у парализованных животных после полного повреждения спинного мозга. Этот результат открывает перспективу использования предложенного способа для восстановления двигательной функции у пациентов с поражением спинного мозга.
Пример. Способ исследовался на кошках (2.5-3 кг). Перерезку спинного мозга на нижнегрудном уровне проводили по стандартной методике, в соответствии с международными стандартами, под глубоким наркозом. Животные тестировались через 3 недели после спинализации на Th6-7. При этом передняя половина тела подвешивалась в специальном гамаке, задняя половина тела и задние конечности свободно располагались на тредбане. На заднюю поверхность бедра или на кожу промежности закреплялись игольчатые внутрикожные или поверхностные накожные биполярные электроды. Кожа электрически стимулировалась биполярно с частотой 5 Гц, длительностью импульса 20 мс при интенсивности 1-10 мА.
На Фиг.1 показан эффект вставания кошки (исходно животное пассивно сидело на опоре) при воздействии электрической стимуляции кожи (5 Hz, 3 мА, 20 мс) и последующая ходьба с самостоятельной поддержкой веса тела, где 1 - отметка стимуляции, 2 - электромиограмма m.gastrocnemius lateralis, 3 - кривая силовых ответов под левой лапой, 4 - кривая силовых ответов под правой лапой, 5 - кривая перемещения задней левой конечности, 6 - кривая перемещения задней правой конечности, 7 - отметка амплитуды миограмм, соответствующая 1 мВ, 8 и 9 - отметки амплитуды силовых ответов слева-справа, соответствующие 0.5 кг, 10 и 11 - отметки перемещения задней левой и правой конечностей, соответствующие 10 см, стрелка вниз - перемещение вперед (фаза переноса), стрелка вверх - перемещение назад (фаза опоры), 12 - отметка времени, соответствующая 2 с.
Из чертежа видно, что после включения стимуляции появляется тоническая активность, переходящая во вспышки активности. При этом вспышки активности следуют в локомоторном ритме с реципрокностью с левой и правой сторон, что видно по силовым опорным реакциям, а также по кривым перемещения конечностей.
Таким образом, предложенный способ позволяет неинвазивным воздействием активировать локомоторные и постуральные способности после повреждения спинного мозга, изучать нейрофизиологические механизмы двигательного контроля. Назначение - в физиологии движений для моделирования двигательного поведения, исследования регуляции позы и локомоции на стволовом и спинальном уровнях, а также в медицине для создания неинвазивных методов лечения и реабилитации людей с вертебро-спинальной патологией.