Травма спинного мозга: 4 человека снова смогли ходить благодаря нейростимуляции

4 человека с хронической функционально полной травмой грудного отдела спинного мозга, не способные произвольно сокращать мышцы нижних конечностей, смогли сохранять положение стоя и ходить с помощью ходунков благодаря новому способу управления эпидуральной электростимуляцией спинного мозга.

В основе метода лежит очень простое движение — небольшое произвольное разгибание туловища. Этого движения достаточно, чтобы изменить ответ на стимуляцию и обеспечить переход от разгибания ноги, необходимого для поддержания веса тела, к координированному сгибанию в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, необходимому для выполнения шага вперёд. Таким образом, пациент сам участвует в управлении ходьбой с помощью движения туловища.

Таковы результаты исследования, опубликованного в журнале Med - Cell Press и проведённого в рамках лаборатории MINE (Modular Implantable Neuroprostheses), созданной в результате сотрудничества между Университетом Vita-Salute San Raffaele и Scuola Superiore Sant’Anna и работающей на базе IRCCS Ospedale San Raffaele.

Исследовательскую группу возглавили профессор Pietro Mortini, руководитель отделения нейрохирургии и радиохирургии Gamma Knife IRCCS Ospedale San Raffaele и ординарный профессор нейрохирургии Университета Vita-Salute San Raffaele, и профессор Silvestro Micera, профессор биоинженерии Scuola Superiore Sant’Anna.

Эпидуральная электростимуляция спинного мозга — одна из наиболее перспективных стратегий, изучаемых в последние годы для восстановления некоторых двигательных функций у людей с травмой спинного мозга. Наиболее передовые экспериментальные подходы позволили добиться значимых результатов с использованием, например, интерфейсов «мозг — спинной мозг», алгоритмов декодирования нейронных сигналов и специально разработанных устройств.

Однако на этот раз команда лаборатории MINE выбрала другой подход, отталкиваясь от наблюдения, сделанного во время стимуляции: при изменении интенсивности воздействия, фактически воспринимаемого нервными структурами, меняется и реакция нижних конечностей — от разгибания колена, необходимого для поддержания веса тела, до координированного сгибания в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах, позволяющего выполнить шаг вперёд.

Исследователи обнаружили, что этот переход может запускаться самим пациентом посредством небольшого произвольного разгибания туловища (в среднем примерно на 9 градусов), без изменения настроек стимулятора. Авторы назвали этот принцип trunk-mediated control (TMC), или управление посредством движения туловища. В его основе лежит гипотеза о том, что движение туловища временно изменяет анатомическое расположение нервных структур относительно электродов, тем самым меняя эффект стимуляции.

Метод был протестирован на первых 4 участниках исследования. У всех была хроническая травматическая травма спинного мозга на уровне T4–T7, классифицированная как AIS A или B и функционально полная с точки зрения двигательной функции, при полном отсутствии способности произвольно сокращать мышцы нижних конечностей.

После имплантации серийно выпускаемого стимулятора спинного мозга и 4 месяцев интенсивной реабилитации все 4 участника смогли:

• сохранять положение стоя;
• ходить с помощью ходунков без физической помощи со стороны другого человека и без систем поддержки веса тела.

Показатель WISCI II, используемый для оценки способности к ходьбе у людей с травмой спинного мозга, у всех участников увеличился с 0 до 9. Один участник прошёл 132 метра за 42 минуты непрерывной ходьбы, а все участники смогли ходить, в том числе выполняя повороты, преодолевая уклоны и неровные поверхности на открытом воздухе. Кроме того, 3 участника смогли сохранять положение стоя, опираясь только одной рукой и используя вторую для выполнения простых повседневных действий.

Реабилитационная программа сыграла ключевую роль: участники ежедневно проходили постепенные тренировки под руководством физиотерапевтов, чтобы научиться всё эффективнее использовать стимуляцию в положении стоя и при ходьбе. Программа началась с упражнений на контроль туловища и активацию нижних конечностей с помощью нейростимуляции, после чего участники постепенно перешли к положению стоя, переносу веса и, наконец, ходьбе с ходунками.

«Этот результат стал возможен благодаря сочетанию стимуляции спинного мозга с инновационной, интенсивной, поэтапной и индивидуализированной программой реабилитации, направленной на преобразование двигательных реакций, вызываемых стимуляцией, в функциональные возможности: от положения стоя до выполнения повседневных действий стоя и, наконец, ходьбы», — говорит доктор Sandro Iannaccone, директор Департамента реабилитации неврологических когнитивно-двигательных нарушений IRCCS Ospedale San Raffaele.

«Наиболее интересный с клинической точки зрения аспект заключается в том, что речь не идёт о восстановлении способности произвольно сокращать мышцы ног: эта способность по-прежнему отсутствовала у всех 4 участников. Вместо этого мы нашли способ использовать сохранённую произвольную функцию — движение туловища — для управления эффектами стимуляции и активного участия самого человека в формировании шага», — подчёркивает профессор Pietro Mortini.

«С точки зрения нейроинженерии особенно важно то, что само тело становится частью интерфейса управления. Нам не требуется декодировать сигналы мозга или добавлять внешние датчики: мы используем взаимодействие между сохранённым произвольным движением, биомеханикой тела и стимуляцией нервной системы для формирования команды, необходимой для выполнения шага. Это простой принцип, однако именно эта простота может сделать его особенно интересным с точки зрения дальнейшего внедрения в клиническую практику», — заключает Silvestro Micera, профессор биоинженерии Scuola Superiore Sant’Anna.

Исследователи подчёркивают, что ни у одного из 4 участников в ходе исследования не восстановилась способность произвольно сокращать мышцы ног: движения нижних конечностей, таким образом, обеспечивались стимуляцией. Нежелательных явлений, связанных с вегетативной дисфункцией, зарегистрировано не было.

Исследование было профинансировано Университетом Vita-Salute San Raffaele, Boston Scientific Spa, Fondazione Cariplo, Fondazione Bertarelli, #NextGenerationEU (NGEU) и Министерством университетов и научных исследований Италии (MUR).