Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Спинальная локомоторная активность у животных и человека
1.1. Спинальная локомоторная активность у животных 10
1.2. Супраспинальный контроль и периферическая коррекция СЛГ 22
1.3. Свидетельства наличия СЛГ у приматов и человека 28
1.4. Локомоторная активность и пластичность спинного мозга 37
Глава 2. Методы и организация исследований 49
2.1. Выбор и характеристика испытуемых 49
2.2. Методы оценки уровня и полноты поражения спинного мозга 5 1
2.3. Методы вызова спинальнои локомоторной активности у человека 58
2.4. Методы регистрации вызванной двигательной активности 63
Глава 3. ЭССМ Как способ изучения слг человека 66
3.1. «Локомоторная» зона поясничного утолщения СМ 66
3.2. Режимы и параметры ЭС поясничного утолщения, инициирующие «шагание» у парализованных пациентов
3.3. Обсуждение результатов 91
Глава 4. Двигательные реакции на эссм и их систематизация
4.1. Признаки локомоторной реакции 96
4.2. Классификация вызванной ЭССМ двигательной активности 98
4.3. Кинематические характеристики вызванного ЭС «шагания» 108
4.4. Обсуждение результатов 113
4.4.1 .Сопоставимость кинематических характеристик вызванных ЭССМ движений с естественными 113
4.4.2. Структурные единицы и уровни регуляции СЛГ у человека 114
Глава 5. Механизмы формирования билатеральной шагоподобной активности при ЭССМ
5.1. Локомоторный и рефлексогенный паттерны 121
5.2. Сравнение вызванных произвольно инициируемых щагоподобных движений с другими видами ритмической активности у человека 132
5.3. Обсуждение результатов 136
Глава 6. Вызванная локомоторная активность в системи двигательной реабилитации
6.1. Клиническое воздействие ЭССМ с эффектом «шагания» ног 140
6.2. Результаты клинического использования ЭССМ 144
6.3. Связь эффективности ЭССМ и других факторов лечения 151
6.4. Вызванная спинальная локомоторная активность как способ формирования пластических перестроек поврежденного СМ (Обсуждение результатов)
Выводы 158
Практические рекомендации 160
Список литературы 161
Список сокращений 182
Приложение 1. 183
Приложение 2. 184
Приложение 3. 186
Приложение 4. 187
Приложение 5. 188
Приложение 6. 189
- Спинальная локомоторная активность у животных
- Выбор и характеристика испытуемых
- «Локомоторная» зона поясничного утолщения СМ
- Признаки локомоторной реакции
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные представления о механизмах участия спинного мозга (СМ) в управлении локомоторными движениями основаны на прецизионных исследованиях на децеребрированных и спинализи-рованных животных (Шик М.Л. с соавт.,1965-1985; Orlovsky el ah, 1969-2001; Jankowska,l967-1993; Grillner et al.,1973-1997; Viola et al.,1978,1988; Lundberg, 1979,1981; Баев K.B.,1984,1991). Установлено, что CM содержит спинальные генераторы локомоторной активности (СЛГ),-интернейронные структуры, обеспечивающие стереотипную ритмическую координированную активность мышц каждой конечности, межконечностную координацию, а также координацию активности мышц конечностей и туловища для передвижения в пространстве. В норме СЛГ активируются супраспинально, через ретикулоспи-нальную и другие нисходящие системы (Mori et al.,1977-1999; Rossignol et al.,1993-2001), и корригируются афферентным притоком (Van de Crommert et al., 1998; Orlovsky,2001). CM высших позвоночных, изолированный от нисходящих и периферических влияний, способен генерировать активность, сходную с естественной локомоцией (Grillner, 1981). Фиктивная локомоция у игрунков (Hultborn et al.,1993; Fedirchuk et al.,1998) доказала существование СЛГ у приматов. У человека спинальная локомоторная активность проявляется в норме как шагательныи автоматизм новорожденных; при клинических наблюдениях- как ритмическая ЭМГ- активность (Stafford, Barnwell, 1985), поздний флексорный рефлекс и миоклонус у больных с перерывом CM (Robi-Brami et al.,1987-1982; Bussel ct. al.,1988-1996), и как изменение локомоторного паттерна при тренировках на тредмиле в условиях вертикальной разгрузки у пациентов с плегиями (Stewart et al., 1991; Barbeau et al.,1991;1994; Wernig, Muller, 1992; Wernig et al.,1992;1995; Dietz et al.,1994-2003). расцененное как результат тренировки СЛГ. Шагание можно инициировать у здоровых добровольцев вибрацией мышц ног (Gurfinkel et al.,1997,1998,1999; Selionov et al.,1997; Kazennikov et al.,1997; Гурфинкель B.C. с соавт.,1998).
Возможность вызова «шагания» одной или обеих ног электростимуляцией (ЭС) СМ показана при полных и неполных плегиях у детей (Шапков Ю.Т. с соавт., 1995-1999; Shapkov el al,1995,1996; Shapkova el al,1996-2004; Шапкова Е.Ю., 1997-2005) и взрослых пациентов (Dimitrijevic et al., 1996,1998; Gerasimenko et al., 1996-2002; Герасименко Ю.П. с соавт.,2000) при воздействии на различные зоны СМ и разных параметрах ЭС. Однако систематических исследований вызванной ЭССМ спинальной локомоторной активности человека, включая параметры ее инициации, кинематический и ЭМГ-паттерн, локализацию и возможную организацию СЛГ, ранее не проводилось.
Рабочая гипотеза. Существование СЛГ предполагает возможность искусственного вызова локомоторной активности у человека с функционально изолированным от нисходящих влияний из-за заболевания или травмы спинным мозгом, когда естественная инициации локомоции невозможна. Предполагается, что внешние проявления спинальной локомоторной активности могут характеризовать организацию СЛГ у человека, их сходство и различия с аналогичными структурами у животных.
Цель исследования - выявить наличие СЛГ у человека, их локализацию и основные свойства. Задачи: 1.Разработать методы инициациии спинальной локомоторной активности у человека, выявить эффективные режимы и параметры стимуляции; 2. Выявить локализацию СЛГ у человека; 3.Выявить основные механизмы формирования альтернирующей шагоподобной активности, вызванной ЭССМ; доказать ее программный характер; 4.На основе систематизации внешних проявлений спинальной локомоторной активности, вызванной ЭССМ у человека, определить ее структурные элементы и уровни регуляции; 5. Апробировать метод ЭССМ с эффектом вызванного шагания ног для восстановления локомоторной функции у пациентов с поражением проводящих путей СМ.
Научная новизна работы. Получены приоритетные данные о возможности вызова атипичных проявлений спинальной локомоторной активности у
человека при ЭС всего поясничного утолщения СМ; в средней части поясничного утолщения впервые выявлена «локомоторная» зона СМ (сегменты CM L3-L5), содержащая часть СГЛ, ответственную за билатеральные взаимодействия, и специфичную для инициации альтернирующих билатеральных шагоподобных движений ног. Впервые описаны оптимальные параметры и условия инициации и поддержания вызванной шагоподобной активности, показано их сходство с аналогичными параметрами у спинальных животных. Впервые показана сопоставимость вызванных ЭССМ движений с естественно инициируемыми ходьбой и бегом по кинематическим характеристикам и ЭМГ. Выявлены программный и рефлексогенный режимы функционирования СЛГ, доказаны программный характер и стереотипность вызванной спинальной локомоторной активности. Систематизированы проявления двигательной активности, вызванной ЭССМ, выявлены ее структурные элементы и уровни регуляции. Впервые получены данные о программировании локомоторных движений «блоками» разных уровней; построена модель организации СЛГ у человека. Впервые показано влияние вызванного ЭССМ шагания на локомоторные возможности парализованных пациентов за счет тренировки СЛГ и воздействия на проводящие пути СМ; показана роль вызванного шагания в формированиии пластических перестроек ЦНС; установлена возможность инициации локомоторной активности человеком в отсутствие кортикоспи-нальных связей.
Практическое значение работы. На основе метода инициации и трении-ровки спинальной локомоторной активности с помощью ЭССМ разработана концепция и методики раздельного восстановления спинальной локомоторной активности, поддержания позы и произвольной инициации движений.
Внедрение. Разработаны и внедрены в клиническую практику методы лечения больных с поражением СМ электростимуляцией поясничного утолщения (Патент 2130326RU, приоритет от 20.08.1996), в том числе хронической эпидуральной ЭССМ (Патент 2204423RU, приоритет от 10.08.2000),
выпушено пособие для врачей МЗ РФ по лечению миелопатий (2005). Разработанная комплексная нейрофизиологическая оценка полноты поражения СМ рекомендована для выявления неврологической патологии при заболеваниях позвоночника у детей и оценки неврологического статуса при плегиях (Пособия для врачей МЗ РФ, 1998,2000). Концепция раздельного восстановления компонентов ходьбы и методики ЭССМ вошли в программу подготовки специалистов по реабилитации ГАФК им. П.Ф.Лесгафта и Международного института специальной педагогики и психологии им.Р.Валленберга как курс лекций и практических занятий, включены в виде главы в учебное пособие по предмету «Частные методики адаптивной физической культуры» (2003).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международных конференциях: «Измерительные технологии в медицине» (Санкт-Петербург, 1995); VIII Motor Control (Боровец, Болгария, 1996); Скандинавском физиологическом обществе (Хельсинки, 1996); XXXIIICongress оГ Physiological Sciences (Санкт-Петербург, 1997); «Мозг и движение» (Санкт-Петербург-Москва, 1997); «Современное состояние методов неинвазивной диагностики в медицине» (Москва, 1998); УСимпозиуме по нейрохирургии «Повреждения мозга» (Санкт-Петербург, 1999); «Progress in Motor Control II» (Penn State University,CHIA, 1999) и «Progress in Motor Control III» (Монреаль, Канада,2001); «From Basic Motor Control to Functional Recovery» (Болгария, 1999, 2001,2003); XVI Конгрессе ISPG «Posture and Gait» (Сидней, Авст-ралия,2003); Всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Современные аспекты электронейростимуляции и новые технологии в нейрохирургии и неврологии» (Саратове 998); «Электростимуляция-2002» (Мо-сква,2002); Национальном Конгрессе «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 1998,1999,2000); ХІХСьезде Физиологического Общества им.И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004); ШВсероссийской школе-конференции «Физиология мышц и мышечной деятельности» (Москва,2005); на специальных семинарах в неврологических клиниках и центрах университетов Цюриха, Мюнхе-
на, Бонна и Дюссельдорфа (1996), Майами (1999), Монреаля (2001), Рима (2001), Сиднея (2003). По теме диссертации опубликовано 47 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, включающих обзор литературы, описание методик, изложение и обсуждение результатов собственных исследований и выводов. Работа изложена на 160 страницах машинописи (из них 18 страниц - рисунки), содержит 54 рисунка, 10 таблиц и 6 приложений. Библиографический указатель содержит 413 наименований, включая 342 на английском языке.
Этическая обоснованность исследований. Эпидуральная ЭССМ используется в нейрохирургической практике более 30 лет при лечении спастических и болевых синдромов (Janig,1994; Gybels,1994), в том числе с помощью имплантируемых систем (Mullet, Starkebaum,1994; Ktcnidis et al.,1994). Отечественный опыт эпидуральной ЭССМ при лечении больных с поражением СМ у взрослых (Лившиц Л.Я.,1968; Бутуханов В.В. с соавт., 1988,1989; Лившиц А.В., 1990; Нинель В.Г.,1994; Макаровский А.Н. с соавт.,1995; 2003) и детей (Шабалов В.А., Бриль А.Г.,1998) позволил использовать ЭССМ в отделении хирургии костно-суставного туберкулеза у детей СПб НИИФ.
Исследование основано на наблюдениях и измерениях в ходе реабилитационного лечения детей с вертеброгенными миелопатиями. Диагностические и лечебные манипуляции осуществляли с информированного согласия пациентов и их родителей; манипуляции исследовательского характера, не несущие диагностического или лечебного эффекта, не применяли. Ограниченное количество дополнительных регистрации проведено у детей старше 14 лет, с их согласия, в соответствии с Международной Декларацией (Helsinki, 1964). Тактику лечебных и диагностических мероприятий согласовывали с научным руководителем отделения и лечащим врачом. Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю отдела костно-суставного туберкулеза у детей и подростков д.м.н. Коваленко К.Н. за неоценимую помощь и поддержку в организации и проведении исследования на всех его этапах.
Спинальная локомоторная активность у животных
Анализ организации локомоции у животных разных видов позволил установить существование общих принципов ее контроля, вне зависимости от различий в структуре локомоторных органов и ЦНС. Идеи ведущих исследователей (Шик М.Л. с соавт., 1966-1985; Орловский Г.Н.,1969,1976; Grillner,1975; 1981; 1997; Stein, 1977,1978; Bassler,1986; Pearson,1993; Grillner et al.,1995; Ros-signol,1996) сформировали концепцию контроля локомоции как многоуровневой, иерархически организованной системы с обратными связями (Orlovsky et al.,1999). Согласно концепции Г.Н.Орловского (Рис.1.1), решение о локомоции принимается на основе информации о внешних условиях и внутреннем состоянии животного системой, ответственной за выбор поведения.
После принятия решения в действие приходят две командные системы: I) ответственная за активацию нейрональных структур, контролирующих локомоторные органы, включение и выключение движения и регуляцию его скорости; 2) система контроля позы и направления движения животного, управляемая сигналами об ориентировке в пространстве и активности локомоторных органов и их контроллеров. Локомоция обеспечивается активностью локомоторных органов, которые генерируют силы, обеспечивающие продвижение вперед и поддержание необходимой позы. Управление каждым локомоторным органом осуществляет его контроллер, определяющий моторный паттерн. Активность локомоторных органов (у наземных млекопитающих- шагание конечностей) ритмична и координирована, общий ритм и определенные фазовые отношения по отношению друг к другу обеспечиваются взаимодействием между отдельными контроллерами. Контроллер конечности объединяет контроллеры, генерирующие ритмические движения в отдельных суставах; координированное движение в отдельном суставе конечности обеспечивается взаимодействием контроллеров конечности (Рис. 1.2). Активность конечностей может изменяться и адаптироваться к изменяющимся внешним условиям благодаря сенсорной обратной связи, снабжающей отдельные контроллеры информацией о текущем состоянии локомоторных органов и их взаимодействиях с внешней средой (поверхность опоры, вода и т.д.). Контроллеры представляют систему регулирования с обратной связью; прерывание обратной связи приводит к искажению двигательного паттерна, хотя его основные характеристики сохраняются. Афферентные сигналы от рецепторов локомоторных органов обеспечивают сенсорную обратную связь, адаптирующую движения к внешним условиям. Согласно современной терминологии, структуры генерирующие локомоторную активность, наряду с другими типами элементарных ритмических движений, включая дыхание, жевание и т.д., называют генераторами центрального паттерна (Cohen, 1979). Поскольку у млекопитающих структуры, ответственные за генерацию локомоторного паттерна, локализованы в спинном мозге, представляется целесообразным использование традиционного отечественного термина спиналъный генератор локомоции (СЛГ), указывающего на локализацию и функциональное назначение этих структур. Термином СЛГ мы обозначаем функциональную сеть, включающую нейроны, расположенные в различных частях ЦНС, которые генерируют ритм и форму паттерна активности мотонейронов (Grillner, Wallen,1985; Grillner, 1985), обеспечивающие координированную активность каждой конечности и межкоиечностную координацию. Под центральной программой понимают совокупность связей в ЦНС, существующую до начала движения и обеспечивающую пространственно-временные параметры движения в отсутствие периферической обратной связи.
Второй ведущей концепцией организации СГЛ является гипотеза «полуцентров», предложенная Brown (1914) для объяснения попеременного возбуждения сгибателей и разгбателей конечностей у кошки при ходьбе. Согласно Brown, каждый пул мотонейронов, иннервирующий мышцы-сгибатели и разгибатели, активируются соответствующим пулом интернейронов или «полуцентром», имеющим двусторонние тормозные связи, поэтому активность одного ведет к торможению другого. Модель «полуцентров» получила экспериментальное подтверждение в исследованиях Лундберга с соавторами (1981) и широко используется авторами для трактовки экспериментальных данных. Однако ряд экспериментальных данных противоречит этой гипотезе (Grillner,1975). Представления о реципрокно организованных полуцентрах предполагают синхронную активность всех сгибателей и всех разгибателей конечности, проявляемую строго в противофазе. Это справедливо для движений в тазобедренных суставах, но ЭМГ-активность остальных мышц, особенно сгибателей, в цикле локомоторной активности более индивидуальна, кроме того, возможно частичное «перекрытие» активности сгибателей и разгибателей. Индивидуальный паттерн каждой мышцы Лундберг связывает с рефлекторными влияниями на центральную программу, например, от мышечных веретен (1а), но эксперименты с деафферентацией конечностей этого не подтверждают (Grillner, 1975).
Остается вопросом, существует ли в СМ множество генераторов для каждого моторного паттерна или ЦНС объединяет в ансамбли различные субъединицы (генераторы) в различных комбинациях. Предположение о наличии единиц ритмической активности («unit burst generator») выдвинул Grillner (1976, 1981), позднее их стали называть (Getting, 1989; Kiehn,1997) строительными блоками («building blocks»). Согласно Grillner, не только каждая конечность, но каждый сустав, и синергично активизируемая мышечная группа, обеспечивающая движения в суставе, контролируется единичным генератором (контроллером) ритмической активности. Отдельные единицы могут объединяться, обеспечивая синфазную активность, активность в противофазе или со сдвигом фаз, т.е. разные варианты двигательного поведения (Rossignol,1996).
Выбор и характеристика испытуемых
Для изучения спинального уровня организации локомоции у человека были выбраны пациенты, СМ которых изолирован от супраспинальных влияний в результате травмы или заболевания. Предположение о сходной организации СЛГ у животных и человека опеределило их поиск в шейном и поясничном утолщениях СМ.
Функциональная изоляция шейного утолщения СМ предполагает отсутствие супраспинальных влияний, что возможно при высокой спинализа-ции, и блокирование связей между шейным и поясничным утолщениями. Одновременное поражение СМ на двух уровнях при сохранном шейном утолщении является исключительно редкой патологией. Кроме того, поражение СМ на уровне сегмента С4 и выше требует искусственной вентиляции легких, в связи с чем уход за больными существенно затруднен. При более низком поражении шейного отдела (С5-Т1) страдают не только проводящие пути, но и моторные ядра шейного утолщения, а также гипотетические СЛГ верхних конечностей, поэтому изолированное шейное утолщение как модель для изучения СЛГ нами не использовалось.
Функциональная изоляция поясничного утолщения СМ предполагает поражение СМ между шейным и поясничным утолщениями: изолированная часть СМ содержит моторные ядра, иннервирующие мышцы ног, и гипотетические СЛГ, организующие их координированные шагоподобные движения. Этому условию соответствуют пациенты с приобретенным невоспалительным поражением СМ в верхне- и среднегрудном отделах, составившие основную исследуемую группу. Дополнительно исследовали пациентов с поражением конуса и сохранными проводящими путями СМ, пациентов с частичным поражением проводящих путей (неполные плегии), случай моноплегии и здоровых добровольцев.
Пациенты. Наблюдения проведены в отделении детского костно-суставного туберкулеза СПб НИИ фтизиопульмонологии у 32 детей в возрасте от 3 до 18 лет с миелопатиями, вызванными заболеваниями позвоночника различной этиологии (туберкулез позвоночника и его последствия- 15, остеомиелит позвоночника - 2, травма и ее последствия - 9, пороки развития - 3, патологический перелом -1, фиброзная дисплазия - 1, последствия опухоли СМ - 1, в том числе осложнения хирургического лечения заболеваний позвоночника -5 человек), находившихся на хирургическом и реабилитационном лечении. Объем хирургического вмешательства определялся характером патологии и, в большинстве случаев, включал декомпрессию, проводимую передним доступом и стабилизацию позвоночника. ЭССМ с терапев-тической целью была назначена в раннем послеоперационном периоде (2-3 недели после декомпрессии СМ) 15 детям, в промежуточном периоде (до 3 месяцев)- одному, в позднем периоде (Змесяца -1год) - 6 пациентам, в отдаленные сроки после оперативного лечения (более 1 года)- 10 детям. Продолжительность параличей до начала первого курса ЭССМ составила не более 3 недель у 4 пациентов, до 3 месяцев - у двоих, от 3 месяцев до 1 года - у 14 детей, более 1 года (1-9 лет) -у 9 человек. Повторные (от 2 до 5) курсы ЭССМ получили 20 детей. По тяжести миелопатий по шкале Frankel (1968) (см. раздел 2.2) к типу А отнесены 17 детей, к типу В- 6, как тип С расценены 6 человек, трое детей отнесены к типу D. Характеристика пациентов на момент первичного поступления и количество полученных ими курсов лечения с использованием ЭССМ приведены в Приложении 1. Один ребенок, М.А., был парализован дважды. Пациент, СО. (списочный номер 5), имел моноплегию (тип А по Frankel, синдром Броун-Секара), развившуюся как осложнение оперативного лечения.
Накожной ЭССМ подверглись также трое здоровых добровольцев, в т.ч. 2 женщины и 1 мужчина в возрасте 26-36 лет. Лучевые методы использовали для визуализации поражения позвоночника и СМ и идентификации зоны эффективного приложения ЭС.
Рентгенологические методы. Обзорная спондилография и контрастная миелография (контрастирование субарахноидального пространства водорастворимым препаратом омнипак) входили в плановое обследование для оценки патологии позвоночника. Сопоставление обзорных спондилограмм и миело-грамм проводили для определения зоны поясничного утолщения. Положение электродов, имплантированных в эпидуральное пространство, и оптимальное положение стимулирующих электродов при накожной ЭССМ документировали рентгенологически.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) использовалась для оценки анатомического состояния позвоночника и СМ у 14 пациентов; позволяет диагностировать экстрадуральное сдавление СМ, его атрофию, кистозную дегенерацию, миеломаляцию, объемные образования, дисциркуляторные нарушения. МРТ не проводится в послеоперационном периоде при использовании для фиксации позвоночника металлических нетитановых имплантатов.
Оценка неврологического статуса пациентов осуществлялась неврологом при поступлении в стационар, а затем еженедельно в течение курса реабилитационного лечения, при необходимости использовали консультации нейрохирурга. Обследование проводили по стандартной схеме, включавшей: оценку наличия и силы произвольных движений/напряжений мышц ног с оценкой по 5-бальной шкале в стандартных (лежа на спине) и облегченных условиях; характер мышечного тонуса; наличие, живость и симметричность сухожильных, периостальных и кожных рефлексов; определение верхней границы проводниковых расстройств, поверхностной и проприоцептивной чувствительности; расстройств функции тазовых органов; трофических нарушений. На основании клинического исследования пациентов ранжировали по классификации Frankel (1969): тип А - параплегия с утратой всех видов чувствительности (клиника полного поперечного поражения СМ); тип В- параплегия с полностью или частично сохранной чувствительностью; тип С - парапа-рез с ограниченной функционально несостоятельной двигательной активностью; тип D- парапарез, наличие движений нижних конечностей и способности передвигаться с дополнительной опорой или без нее; тип Е - отсутствие двигательных и чувствительных расстройств при сохранении патологических рефлексов. В ходе лечения пациентов с плегиями возникла необходимость введения дополнительной градации (см. гл. 6).
«Локомоторная» зона поясничного утолщения СМ
На входе системы - условия и характеристики возмущающих воздействий, включая зону приложения, режимы и параметры ЭС, включая частоты, амплитуды, длительность стимула и продолжительность воздействий, эффективные для вызова и поддержания локомоторной активности; на выходе - координированная двигательная активность, полностью или частично воспроизводящая естественное шагание ног, оцениваемая по кинематическим характеристикам и ЭМГ- регистрациям. Примеры циклограмм вызванных ЭССМ ша-гоподобных движений представлены на рисунке 3.2.
Изучение СЛГ осложняется изменением их характеристик в ходе активности по отношению к исходному состоянию. Создание метода инициации спинальной локомоторной активности с помощью ЭССМ включало: 1).Выявление и идентификацию зон СМ, приложение электровоздействий к которым вызывает шагоподобную активность; 2).Подбор эффективных режимов и параметров ЭС; 3).Сопоставление условий и параметров ЭС и вызываемого ею двигательного эффекта. 3.1. «Локомоторная» зона поясничного утолщения СМ
В - у пациента с клинически полной плегией (П.А.), приложение ЭССМ к уровню позвонка ТЫ 2, частота 12имп./с. сматривали шейное и поясничное утолщения СМ (включая предутолщение). Дополнительно пытались активизировать СЛГ электровоздействиями на проводящие пути СМ между шейным и поясничным утолщениями и на корешки СМ на уровне конуса и конского хвоста, опосредующие периферический вход.
Положение стимулирующих электродов и процедура идентификации зоны приложения ЭС. Для инициации спинальной локомоторной активности зону шейного и поясничного утолщений подвергали эпидуральной и/или накожной ЭС. Поиск оптимальной зоны осуществляли тестированием при последовательном изменении положения стимулирующего электрода, для чего эпидуральные электроды смещали вниз вытягиванием (без возможности вернуться в прежнее положение); накожные электроды смещали вдоль позвоночника с шагом 0.5-1см. Оптимальное положение стимулирующего электрода определяли по вызываемому двигательному эффекту - альтернирующим шагоподобным движениям ног, а в случае расширения эффективной зоны - по наименьшей силе тока, вызывающей локомоторную реакцию. Положение эпи-дуральных электродов по отношению к костным структурам определяли рентгенологически, накожных - пальпаторно, по костным ориентирам (хирург или невролог). Зону приложения ЭС по отношению к сегментам СМ определяли по ЭМГ-ответу в ключевых мышцах (mm.rectus femoris, biceps femoris, soleus, tibialis anterior) обеих ног. Положение стимулирующих электродов, эффективное для вызова локомоторной реакции, документировали рентгенологически.
Для стимуляциии зоны между шейным и поясничным утолщениями и корешков СМ ниже зоны поясничного утолщения использовали электроды, имплантированные выше и ниже зоны поражения СМ для восстановления проведения по СМ и накожную ЭССМ. Данные о положении стимулирующих электродов при эпидуральной и накожной ЭССМ приведены в Приложении 3. На уровне шейного утолщения стимулировали 8 пациентов, между шейным и поясничным утолщениями - 13, на уровне поясничного утолщения -32, на уровне конуса СМ и конского хвоста 18 человек. Электростимуляция шейного утолщения СМ проводилась 8 пациентам, из них 5- эпидуральная. Низкочастотная ритмическая эпидуральная ЭС шейного утолщения (0.5-Зимп./с) вызывала одиночные сокращения в мышцах, соответствующих уровню стояния электрода с ощущением раздражения по ходу нервов medianus и/или ulnaris, частоты 5-10имп./с вызывали тремор, также сопровождавшийся неприятными ощущениями. Воздействие частотами 20-30имп./с вызывало тоническое (судорожное) сокращение мышц. Эпидуральная ЭС шейного утолщения не вызвала координированных ритмических движений рук или ног ни у одного пациента. Зона шейного утолщения находилась выше уровня анестезии, что ограничивало использование накожной ЭС. В связи с отсутствием координированной ритмической активности и из-за болезненных ощущений у пациентов дальнейший поиск «локомоторной зоны» на уровне шейного утолщения был прекращен, и результат признан отрицательным.
Таким образом, ЭС шейного утолщения СМ у исследованной группы пациентов при использовавшихся режимах и параметрах ритмической координированной активности в верхних и нижних конечностях не вызвала. Электростимуляция зоны между шейным и поясничным утолщениями через эпидуральные электроды проводилась 6 пациентам, пятерым пациентам электроды имплантировали на вентральную поверхность СМ в ходе операции. Для вызова двигательной реакции требовалась большая амплитуда ЭС, чем при воздействии на утолщение, эффект выражался в синхронных ответах мышц обеих ног на каждый стимул, ритмической координированной активности при ЭССМ между утолщениями не получено.
Электростимуляция поясничного утолщения, зоны предутолщения и конуса СМ с целью поиска оптимальной зоны для инициации шагоподобных движений ног проводилась всем (32) пациентам, в том числе 11 - через эпидуральные электроды, имплантированные на уровень поясничного утолщения и двоим на уровень конуса СМ. Приложение ЭС на протяжении всей зоны поясничного утолщения (позвоночные сегменты Thl2-Ll) вызывало унилате-ральные либо билатеральные синфазные ритмические сгибания-разгибания ног. Стимуляция верхней части утолщения вызывала преимущественное сгибание, нижней - разгибание ног, в соответствии с топической организацией СМ. Для вызова билатеральных движений в альтернирующем режиме эффективна зона шириной 1-1.5см, расположенная у большинства (28чел.) в пределах одного позвоночного сегмента, у двоих - двух сегментов и у двоих - более двух сегментов. Рентгенограммы с эпидуральными и накожными электродами, представлены на рисунках 3.4 и 3.5.
Зоны приложения ЭС и результаты тестирования для каждого пациента представлены в Приложении 3 и на диаграмме (Рис.3.6). У 24 детей (75%) эффективная для инициации «шагания» зона СМ соответствовала сегменту ТІ2, у 11 человек (34%) - сегменту L1, в том числе с частичным перекрытием ТІ 2-L1- у 3 человек. Двое пациентов также демонстрировали билатеральную альтернирующую активность при приложении ЭС к сегменту ТІЇ, двое - на уровне тела позвонка L2. Приложение ЭС к другим уровням СМ билатеральной альтернирующей активности не вызвало.
Признаки локомоторной реакции
Естественная локомоция человека характеризуется структурой одиночного цикла, альтернирующим режимом движений ног, их цикличностью и стереотипностью. Предполагается, что если вызванные ЭССМ координированные движения ног носят локомоторный характер, они должны соответствовать тем же критериями. Рассмотрим это соответствие.
Кинематическая структура цикла. При естественной локомоции цикл шага определяется как время от начала контакта с опорой данной ноги до следующего такого же контакта этой ногой. Одиночный цикл шага состоит из двух основных периодов: периода опоры и периода переноса; при бипедаль-ной ходьбе в начале и в конце цикла выделяют два периода двойной опоры, когда в контакте с опорой находятся обе ноги. Бег отличается от ходьбы отсутствием периодов двойной опоры и наличием безопорной фазы - фазы полета. Движения в цикле шага характеризуются изменением углов в суставах каждой ноги: двойным сгибанием-разгибанием в коленном и голеностопном и однократным в тазобедренном суставе. Вызванные ЭССМ шагоподобные движения ног не имеют силового взаимодействия с опорой, перемещения общего центра масс, выполняются в горизонтальном положении тела с соответствующими различиями в опорной афферентации (Григорьев А.И. с со-авт.,2004; Козловская И.Б.,2004) и сенсорном описании движений. Кинематические характеристики вызванного «шагания» могут существенно отличаться от аналогичных параметров при естественных ходьбе и беге, поэтому требования к структуре локомоторного цикла ограничены стереования к структуре локомоторного цикла ограничены стереотипно повторяющимся сгибанием и разгибанием в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах одной ноги; фазы сгибания и разгибания определяются характером движений в тазобедренных суставах.
Цикл вызванной активности может быть неполным: поочередные ритмические движения могут вызываться в проксимальных (тазобедренные и коленные) или дистальных (голеностопные и плюснефаланговые) суставах, или в паре одноименных суставов. На основании стереотипной повторяемости альтернирующих движений в одноименных суставах эти движения расцениваются как локомоторные с атипичным циклом. Мы считаем вызванные движения содержащими локомоторные признаки при наличии ритмически повторяющихся координированных поочередных движений ног не менее чем в одной паре суставов, либо координированной активности одной ноги.
Альтернирующая билатеральная активность. Переход от альтернирующих шагоподобных движений к синфазным и обратно происходит с изменением амплитуды стимула, при неизменных зоне приложения и частоте ЭС (раздел 3.2), поэтому альтернирующий режим рассматривается как частный случай взаимодействия конечностей, наряду с движениями в противофазе и со сдвигом фаз. В связи с этим стереотипные движения, не содержащие признака альтернирующей билатеральной активности, но соответствующие локомоторным по структуре цикла, рассматриваются как локомоторные движения с атипичной межконечностной координацией.
Стереотипность, т.е. воспроизводение временной и пространственной структуры шагания от цикла к циклу, является обязательным условием естественных локомоторных движений. Вызванные ЭССМ шагоподобные движения могут быть нестабильны, например, при низких амплитудах стимуляции. Наблюдали движения, удовлетворявшие критериям стереотипно-сти и цикличности с повторяющимся фиксированным комплексом движений («большой-средний-малый шаг»). Таким образом, установлено, что часть двигатель ных реакций, наблюдавшихся при ЭССМ, обладает признаками локомоторной реакции, включая: 1) структуру одиночного цикла, 2) альтернирующий характер движений, 3) стереотипность и цикличность движений ног. При соответствии вызванных ЭССМ движений всем трем критериям мы считаем их типичными проявлениями локомоторной активности, при соответствии двум критериям - движениями, сопоставимыми с локомоторными, но атипичными для естественной локомоции. Часть вызванных ЭССМ движений локомоторными признаками не обладала.
Наблюдавшиеся двигательные реакции были разделены по следующим признакам: 1) координированный/ некоординированный двигательный ответ на ЭССМ; 2) сопоставимость вызванной ритмической активности с локомоторной; 3) типичность/ атипичность локомоторных проявлений. Классификация вызванных ЭССМ двигательных реакций представлена в виде схемы (Рис.4.1). У большинства пациентов наблюдали двигательные реакции разных типов, причем переход от некоординированных движений к координированным требовал изменения зоны приложения стимуляции, ее параметров, либо углов сгибания конечностей, тогда как переход от локомоторных движений одного типа к другому мог происходить как с изменением параметров стимуляции, так и самопроизвольно. Переход от координированной активности к некоординированной наблюдался редко.
Рассмотрим характеристику движений каждого типа. Некоординированная двигательная активность в ответ на ЭССМ представлена синхронным ответом на каждый стимул, тоническим напряжением мышц ног и клонической активностью в мышцах голени. Синхронный ответ мышц сгибателей и разгибателей одной или обеих ног на каждый стимул наблюдался при ЭС частотами 0.5-2имп./с в виде резких "вздрагиваний" ноги, сопровождавшихся ЭМГ-потенциалами с латентностью 4-7мс в проксимальных и 14-17мс в дистальных мышцах, продолжительностью около 20мс.
При частоте 0.5-2имп./с синхронные ответы на каждый стимул наблюдались у всех пациентов, та же реакция при Зимп./с возникала редко. При 5-12имп./с двигательная реакция носила характер "дрожания" одной или обеих ног, миографическая активность характеризовалась последовательностью потенциалов равной амплитуды в строгом соответствии с частотой ЭС.
Тоническое напряжение мышц одной или обеих ног могло возникнуть при ЭС частотами диапазона 20-100имп./с. Оно выражалось в увеличении поперечной жесткости сгибателей и разгибателей, вплоть до ригидности, при этом одна или обе ноги принимали положение разгибания (в тазобедренных и коленных суставах и подошвенного сгибания в голеностопных), либо сгибания (в тазобедренных и коленных суставах, тыльного сгибания в голеностопных) и сохраняли его до прекращения ЭС. Реакция рассматривалась как нежелательная, возникающая при неоптимальной зоне или парамергах ЭС.
Клоническая активность наблюдалась редко, только у пациентов с выраженной гиперрефлексией, в виде характерных ритмических низкоамплитудных движений сгибания-разгибания в голеностопном суставе одной ноги с частотой 7-8Гц при низкочастотной (Зимп./с) ЭС поясничного утощения. Кло-кическую активность устраняли изменением параметров ЭС и/или углов в суставах ноги. Клоническая активность отличалась высокой частотой движений, независимостью от параметров ЭС и длительным продолжением после ее прекращения. Клоническая активность имеет признаки центрально генерируемой, но не отностися к координированной активности.
