Электростимуляция спинного мозга вернула подвижность руке после инсульта

Американские ученые восстановили моторику рук у двух пациентов после инсульта с помощью электростимуляции дорсолатеральной части шейного отдела спинного мозга. Имплантированные на 29 дней в эпидуральное пространство электроды усиливали возбуждение в мотонейронах, что приводило к увеличению силы захвата и скорости движения рук. Пациенты могли выполнять движения, которые до этого для них были недоступны. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Medicine.

После инсульта у людей часто возникают трудности с движением, они теряют полноценный контроль, в том числе, над рукой и кистью. Дефицит движения кисти заключается в потере силы, нарушении мышечного тонуса и снижении скорости движения. Это происходит из-за того, что во время инсульта страдают клетки и нервные пути в головном мозге, которые непосредственно отвечают за создание и передачу импульсов к мотонейронам головного мозга, в частности разрушается кортикоспинальный тракт.

Предыдущие исследования показали, что электростимуляция нижних отделов спинного мозга приводит к значительному улучшению ходьбы после инсульта, причем даже после извлечения электродов качество движения сохранялось. Однако эффект электростимуляции шейного отдела спинного мозга для восстановления движения в руках после инсульта у людей исследовали только однажды, причем довольно успешно. 

Поскольку в большинстве случаев кортикоспинальный тракт разрушается не полностью, ученые из Питтсбургского университета под руководством Марко Капогроссо (Marco Capogrosso) решили продолжить исследовать эффективность электростимуляции шейного отдела спинного мозга для восстановления моторики кисти после инсульта. В исследовании приняли участие две женщины, которые перенесли инсульт. 

Первая, 31 год, за девять лет до исследования перенесла геморрагический инсульт в правом таламусе из-за кавернозной мальформации. Вторая участница, 47 лет, перенесла ишемический инсульт в бассейне правой средней мозговой артерии из-за расслоения правой сонной артерии за три года до участия в исследовании. 

Некроз у первой пациентки затронул внутреннюю капсулу, средний мозг и мост, а у второй в дополнение к этому – еще и лучистый венец. У обеих обширное повреждение кортикоспинального тракта привело к хроническому нарушению движений верхних конечностей, однако у первой участницы эти нарушения признали умеренными, а у второй – тяжелыми. 

Поскольку селективная стимуляция более высоко расположенных корешков (C4) приводит к активации мышц в верхней части руки, а более низко расположенных корешков (C8-T1) – дистальных мышц, включая предплечье и кисть, ученые разработали хирургический подход для имплантации двух линейных электродов в эпидуральное пространство, которые стимулируют задние корешки в C4-T1 сегментах спинного мозга (дорсолатеральное расположение электродов). Ученые убедились в том, что электроды не стимулируют передние, двигательные, корешки, и что вся стимуляция направлена на афферентные волокна. 

Ученые обнаружили, что у первой участницы уже на девятый день электростимуляции значительно увеличилась мышечная сила при сгибании и разгибании в плече и локте. У нее сохранялись проблемы с разгибанием запястья, однако сгибала она его намного лучше, чем до стимуляции. При частоте стимуляции 60 герц сила была наибольшей. Электростимуляция позволила женщине поднять руку выше плеча. У второй участницы электростимуляция позволила увеличить крутящий момент только в плечевом суставе (она могла сгибать и разгибать руку в плече) и силу при сгибании локтя. Однако разгибание локтя и движения в запястье не улучшались при электростимуляции. 

Сила захвата кисти при стимуляции увеличилась на 40 процентов у первой участницы и на 108 процентов у второй. Для второй участницы такой результат был особенно поразительным, поскольку без стимуляции ее рука фактически была парализована. Электромиография показывала значительное количественное увеличение активации мышц руки при электростимуляции шейных отделов спинного мозга у обеих участниц. 

Помимо силы у участниц также проверили способность к совместной скоординированной работе мышц (синергизм). Для этого их попросили вытягивать руку, лежащую на столе, чтобы дотянуться до мишени в конце стола. Во время непрерывной стимуляции первая участница дотянулась до всех целей, без стимуляции она делала это медленнее и не скоординировано. В более легком (из-за тяжести поражения) испытании вторая участница также смогла показала значительное улучшение в синергизме мышц, который вызывался электростимуляцией. 

Кроме того, ученые проверили, насколько электростимуляция шейных сегментов спинного мозга может помочь участницам в обычной жизни. Для этого они попросили первую участницу как можно быстрее дотянуться до шести мишеней, расположенных в двух разных горизонтальных плоскостях. Это задание требовало движений в разных плоскостях. Электростимуляция позволила вдвое сократить время выполнения этого задания.

После этого ее просили переложить кубики из одной коробки в другую за отведенное время. К 17 дню стимуляции количество перенесенных ею кубиков удвоилось. Помимо этого она могла брать и поднимать банку супа, рисовать спирали, открывать навесной замок и есть вилкой. Все это она не могла нормально делать на протяжении девяти лет. 

Поскольку для второй участницы было невозможно хотя бы удерживать вес своей руки (поднимать руку), в тех же заданиях ей дополнительно помогал робота-экзоскелет. Ее попросили выполнить двигательное задание, в котором ей нужно было снять полый цилиндр с деревянного дюбеля и надеть его на другой. С электростимуляцией она смогла не только схватить и поднять металлический цилиндр, но и установить его на соседний дюбель.

Дополнительные измерения показали, что электростимуляции шейных отделов спинного мозга не повышали тонус мышц руки и не приводили к спастическим нарушениям в них. Таким образом, этот метод позволил одной из участниц значительно улучшить качество движений в руке после инсульта. Другая участница смогла восстановить двигательную функцию лишь частично, однако объем поражения при инсульте у нее был больше. Ученые рассчитывают на дальнейшее изучение этого метода и внедрение его в клиническую практику в ближайшее время. 

Кстати, электростимуляция спинного мозга позволяет стимулировать не только двигательные двигательные пути, но и вегетативные. Недавно мы рассказывали, что электростимуляция симпатических центров спинного мозга повышает артериальное давление при вертикальном положении тела, что особенно актуально для людей с тяжелой ортостатической гипотензией.