Восстановление функций спинного мозга

 *Герасимов А.А., *Сакович В.Л.,*Морганьи М.А., **Южаков Д.И.

Восстановление функций спинного мозга внутритканевой электростимуляцией позвоночника при травме

(экспериментально-клиническое исследование)

*Уральская государственная медицинская академия,

**Уралъский нейрохирургический центр им. Д.Г. Шеффера

Актуальность восстановления функций спинного мозга не вы­зывает сомнений, особенно в связи с возрастанием в последние десяти­летия частоты и тяжести различных повреждений осложненных травм позвоночника (8). Из многочисленных методов восстановление функ­ций спинного мозга преимущество отдается методам электростимуля­ции. Известно, что кожа блокирует электрический ток [2], поэтому ис­следователи подводят ток непосредственно к спинному мозгу. При такой электростимуляции спинного мозга с применением погружных электродов эффективность достаточно высока [3,6,10]. Недостатками прямой стимуляции спинного мозга являются: сложность и трудоем­кость техники подведения электрода, дороговизна её выполнения и стоимости систем для электростимуляции, необходимость операции, опасность развития стойкого, трудно поддающегося лечению электро­литического поражения спинного мозга и гнойные осложнения.

Для устранения этих недостатков разработана методика внутри­тканевой электростимуляции (ВТЭС) с целью восстановления функции спинного мозга, сущность которой заключается в пункционном подве­дении иглы-электрода к остистому отростку или дужке позвонка. По­звоночник и спинной мозг следует рассматривать как единый ком­плекс, так как они имеют один источник кровоснабжения и иннерва­ции [4,5]. На основе этих анатомических особенностей эксперимен­тально доказана возможность подведения электрического импульсного тока к спинному мозгу через окружающие ткани и в частности через костную ткань позвоночника [1,9].

Целью настоящей работы было оценить в эксперименте эффек­тивность ВТЭС в сравнении с прямой эпидуральной и накожной элек­тростимуляциями спинного мозга после нанесения животным позвоночно-спинномозговой травмы (ПСМТ) и показать результативность ВТЭС в лечении больных, перенесших ПСМТ.

Материалы и методы исследования. Сначала была проведена экс­периментальная работа на 34 крыс линии Вистар для изучения эффективно­сти ВТЭС. Во всех случаях животным проводилось одинаковое поврежде­ние спинного мозга только с одной стороны. Повреждение производили во время операции после ламинэктомии, иглой диаметром 1,2 мм.

Животные были разделены на четыре группы. Первая группа являлась контрольной и состояла 6 без лечения. Во второй группе из 14 крыс, восстановление проводили внутритканевой электростимуляцией по А.А. Герасимову. В третьей группе 7 крыс лечение проводили мето­дом эпидуральной электростимуляцией [6]. В четвертой группе (7) жи­вотных лечение проводили методом накожной электростимуляции.

Контрольная группа (первая группа – плацебо эффект). Один элек­трод в виде иглы вводили в дужку позвонка, а второй накожный электрод укладывали на конечности. Ток через электроды не проводили. Внутритка­невая электростимуляция по А.А. Герасимову (вторая группа) заключалась в применении импульсного тока частотой 20 Гц и силой 10-20 мА, вызы­вающей сокращение мышц. Способ осуществлялся в 3 этапа. На первом этапе: игла-электрод, являясь анодом, вводилась к остистому отростку по средней линии на уровне Т₉ ниже места повреждения, а накожный электрод – катод, площадью 0,5 см², располагали в лобно-теменной области. Второй этап: игла-электрод, являясь катодом, вводилась к остистому отростку по средней линии на уровне Т₁₁ выше места повреждения, а накожный элек­трод — анод, площадью 0,5 см², располагается в проекции нервного пучка (малоберцовой и передней большеберцовой мышц). Третий этап: игла-электрод остается в той же точке, что и во время второго этапа, только по­лярность меняется на положительную.

Прямая эпидуральная электростимуляция (третья группа), про­водилась следующим образом. Электрод вводили в эпидуральное про­странство во время операции путем подведения электрода длиной 5 мм под дужку позвонка выше и ниже уровне повреждения и фиксировали узловым швом на коже. Электростимуляция проводилась по вышеопи­санной методике.

Накожная электростимуляция (четвертая группа) проводилась установлением электродов на выбритую кожу. В области мышц голени укладывали два электрода площадью 0,5 см² в проекции большеберцового нерва.

Во всех группах процедуры проводили со второго дня после опе­рации до 28 дня по 30 минут каждая. Для лечения использовали во всех случаях один и тот же аппарат, а также одинаковые характеристики тока. Фактически группы животных отличались друг от друга места подведе­ния активного электрода к спинному мозгу. Для контроля эффективности восстановления функции спинного мозга проводили исследования на 2, 7, 14, 21, 28 сутки после операции. Для оценки функции спинного использовали следующие методы: оценка по шкале Basso [7], проба на тредбане, электронейромиография (ЭНМГ) и гистологическое исследование препаратов спинного мозга. Оценка по шкале Basso включая увеличение движений от 0 до 21 балла [7]. Проба на тредбане оценивалась во время ходьбы по дорожке со скоростью 8 м/мин.

ЭНМГ-исследования проводили на аппарате "Нейромиан". ЭНМГ-электрод имплантировали во время операции в большеберцовую мышцу (сгибатель стоп) у 12 крыс (по 3 крысы в каждой группе). Норму показателей ЭМГ набирали у трех крыс без повреждения спинного мозга. Значения амплитуды составили 1734,7 ± 97 мВ и частоты – 139,2 ± 9,4 Гц. Регистрация ЭМГ проводилась у всех животных при нагрузке на 28 день.

Гистологическое исследование спинного мозга производили на 29 сутки после операции с окрашиванием препаратов спинного мозга гематоксилином и эозином, по Вангизону и Суданом Б, на фосфолипиды (для оценки миелиновых оболочек).

Клинические исследования проведены на 30 пациентах, пере­несших ПСМТ. Все больные с ПСМТ разной степени тяжести были разделены на две группы. Первая группа состояла из больных в позднем периоде (15 человек), а вторая из больных в раннем и промежуточном периодах ПСМТ (15 человек). Результаты лечения у больных первой и второй группы оценивались по следующим критериям: дина­мика двигательных, чувствительных и тазовых нарушений; динамика нейрофизиологических показателей; сроки и степень социальной адап­тации. Динамика двигательных нарушений оценивалась по классифи­кации ASIA/AMSOP и по 5-ти бальной шкале силы мышц конечностей.

Результаты эксперимента и их обсуждение. Оценку по Шкале Basso проводили на второй 7, 14, 21, 28 сутки после операции. Наблюде­ние проводили за животными для регистрации результатов каждого теста в течения 8 мин двумя наблюдателями. До операции у всех животных оценка составляла 21 балл (здоровые животные). После пробуждения животных из наркоза у всех крысы отмечался парапарез мышц тазовых ко­нечностей. Передвижение животных вперед происходило с помощью пе­редних конечностей, при этом стопа в положении разгибания и отведения. Результат лечение на 28 день во второй группе 19,5 ± 29, в первой 15,7 ± 0,6, в третьей 19,43 ± 0,48 и в четвертой .15,57 ± 0,90.

Оценка ходьбы по узкой деревянной доске (Narrow-beam crossing).

До операции все животные смогли без затруднения пройти 3 разных препятствия, набрав 6 баллов. На 2,7, 21,28 день после операции, при хождении крыс без лечения на доске результаты были сле­дующие: на вторые сутки 0; на 7 сутки – 1 ; на 21 – 1,5; на 28 – 2. После лечения ВТЭС в соответствующие дни результаты были следующие: 0, 2, 5,5; после ПЭЭС: 0, 2, 5,5; при накожной процедуре ЭС: 0, 1, 2, 3.

Ходьба на тредбане. Проводилась на 28 сутки. Исследовали среднюю продолжительность ходьбы. Во второй группе продолжи­тельность ходьбы составила 48 мин; в третьей группе 49 мин, в четвер­той группе 8 минут.

При ЭМГ-исследовании электрод имплантировали во время операции в большеберцовую мышцу (сгибатель стоп) у 12 крыс (по 3 крысы в каждой группе). Норму показателей ЭМГ набирали у трех крыс без повреждения спинного мозга. Значения амплитуды составили 1734,7 ± 97 мВ и частоты – 139,2 ± 9,4 Гц. Регистрация ЭМГ проводилась у всех животных при нагрузке на 28 день. Значение амплитуды в первой группе (без лечения) составило 715,67 ± 156,36 мВ., во второй группе (ВТЭС) – 1345,5 ± 117 мВ., в третьей группе (ПЭЭС) - 1424 ± 138,79 мВ., в четвертой группе (накожная ЭС) - 888,33 ± 56,05 мВ.

Значение частоты ЭМГ на 28 день после повреждения спинного мозга составило в первой группе (без лечения) 68,67 ±10,17 Гц, во вто­рой группе (ВТЭС) – 117 ± 10,46 Гц, в третьей группе (ПЭЭС) – 111 ± 13,05 Гц, в четвертей группе – 74,67 ± 6,39 Гц. Выявлена достоверная корреляция 0,7 между результатами шкалы Basso и параметрами час­тоты полученных при ЭМГ-исследованиях.

Отмечалось достоверное отличие по Шкале Basso (P < 0,001) и по параметрам (частота и амплитуда) ЭМГ (Р< 0,02) на 28 сутки между вто­рой (ВТЭС) и первой (контрольной) группой, между второй (ВТЭС) и чет­вертой (н/кЭС) группой, между третьей (ПЭЭС) и первой (контрольной) группой, а также между третьей (ПЭЭС) и четвертой (н/кЭС) группой. В свою очередь, между ВТЭС и ПЭЭС, равно как между н/кЭС и контроль­ной группой достоверных отличий не отмечалось.

Результаты лечения оценивались по следующим критериям. Отличные: по шкале Basso составили 20,21 балл; при ЭМГ-исследованиях амплитуды 1400, а частота > 120; при исследованиях на тредбане во время бега животных > 10 мин.

Хорошие результаты: Basso - 18, 19 баллов; при ЭМГ-исследованиях амплитуды > 1100 и < 1400, частота > 90 и < 120; время бега на тредбане < 10 мин.

Удовлетворительные: Basso - 14, 15, 16, 17 баллов; ЭМГ-показатели – амплитуды > 800 и < 1100, частота >70 и < 90.

Неудовлетворительные: Basso – 0-13 баллов; ЭМГ-показатели – амплитуды < 800, частота < 70 (табл. 1).

Таблица 1

Результаты лечения

Из результатов анализа данных эксперимента, следует, что пол­ное восстановление функции спинного мозга наблюдалось во второй у 7 (50%) и третьей 3 (42,9%) группах. Незначительный дефицит функ­ции (хороший результат) был во второй группе у 7 (50%) животных, в третьей – у 4 (57,1%) крыс и в четвертой группе у 2 (28,6%) животных. Значительной дефицит функции спинного мозга (удовлетворительный результат) наблюдали в первой группе у 5 (57,1%) и в четвертой группе у 6 (100%). Следовательно, внутритканевая электростимуляция и эпидуральная электростимуляция дают значительно лучшие результаты восстановления функций спинного мозга, по сравнению с накожной ЭС и в случаях отсутствия какого либо лечения.

Гистологическими исследованиями доказано, что при внутри­тканевой и эпидуральной электростимуляции менее выражены признаки воспаления и деструкции нервной ткани. Через 29 суток нами пока­зано, что процесс ремиелинизации (формирование миелиновых оболочек вокруг части аксонов тканей спинного мозга) и её объем выше по сравнению с опытной группой животных, лечивших накожной ЭС и не получавших лечения. Эти результаты доказывают эффективность метода ВТЭС и возможность использования его в клинической практике.

Результаты использования ВТЭС в клинической практике. Результаты применения метода ВТЭС в первой группе (позднем пе­риоде) ASIA/AMSOP были следующими: из В группы в Д перешел 1 больной, из Д в Е – 5, из С в Д – 4 пострадавших. Классификации ASIA/AMSOP не отражает полностью динамики восстановлении двигательной активности, так как не учитывает силу мышц. Мышечная сила была полностью восстановлена у 4 (30%) больных, улучшение у 10 (63,3%) больных, у 1 (6,7%) пациентов не было динамики. Нарастание мышечной силы составляло в среднем 1,2 балла. Во второй группе (раннем и промежуточном периодах) результаты по ASIA/AMSOP были следующими: из С группы в Д перешли 2 больных, из Д в Е - 3 пострадавших. Мышечная сила была полностью восстановлена у 3 (20%) больных, улучшение у 9 (60%) и у 3(20%) пациентов с полным нару­шением проводимости спинного мозга не было динамика. Нарастание мышечной силы составляло в среднем 2,2 балла.

В первой группе отмечено полное восстановление чувствительности у 3 (20%), улучшение у 6 (73,3%) больных и у одного пациента с полным нарушением проводимости (6,7%) без динамики. Нарастание чувствитель­ности составляло в среднем 0,5 балла. Во второй группе отмечено полное восстановление чувствительности у двух (13,3%) и улучшение у 9 (60%), без изменения 3 (20%) больных. Нарастание чувствительности составляло в среднем 0,6 балла. В первой группе после лечения у 3 (37,5%) функции мо­чевого пузыря полностью восстановилась, у 4 (50%) наблюдали улучшение, без динамики - у одного (12,5%) пострадавшего. Функция кишечника вос­становилась у одного (25%), улучшение – у 3 (75%). Функция мочевого пу­зыря во второй группе после лечения была следующей: полное восстанов­ление у 3 больных (37,5), улучшение у 5 (45,5%), и у 3 (37,5%) пострадав­ших без динамики кроме появления чувства наполнения мочевого пузыря. Функция кишечника восстановилась у двух (25 %), улучшение – у 3 (37,3%), без динамики - у 3 (37,3%). В первой и второй группе ухудшение первона­чальных показателей не наблюдалось.

По степени ЭНМГ нарушений I и II группы были сопоставимы. В I ЭНМГ нарушения нормализовались в результате лечения у больных, в 40% случаев наблюдались легкие остаточные нару­шения, достаточно выраженные изменения на электронейромиограмме сохранялись в 6,7% случаев. Во II группе в результате лечения нару­шения нормализовались у 26,7% больных, в 43,3% случаев наблюда­лись легкие остаточные нарушения, достаточно выраженные измене­ния на электромиограмме сохранялись в 20% случаев, в зоне иннерва­ции отдельных ветвей сплетения. После лечения увеличилось количе­ство больных с ЭНМГ изменениями легкой степени тяжести.

При проведении ВТЭС осложнений не было. Наблюдались сле­дующие побочные реакции: болезненность места вкола иглы у 7% па­циентов после первой процедуры, что объясняется перераздражением нервных рецепторов кожи при длительной или интенсивной токовой нагрузке; у 11 (36,7%) пациентов имелись точечные локальные ожоги кожи в месте введения иглы-электрода. Такие точечные ожоги не требуют лечения. Под действием электролечения у больных с лабильной гемодинамикой или с гипертонической болезнью временно повышает­ся артериальное давление, такие реакции отмечены у 4 больных. При­ем гипотензивных препаратов позволил закончить у них курс лечения внутритканевой электростимуляцией.

Профилактикой таких реакций является строгий учет противо­показаний для ВТЭС: сердечно-сосудистая недостаточность, стенокар­дия, гипертоническая болезнь II стадии, нарушение ритма сердца, он­кологические заболевания, психические болезни, острые воспалитель­ные процессы, беременность.

Выводы

1. Комплекс методов объективной оценки по шкале Бассо, проба на тредбане, ЭНМГ позволяют контролировать степень восстановления функ­ций спинного мозга у животных после экспериментального повреждения.
2. Инвазивные методы подведения тока к спинному мозгу более эффективны, чем накожные способы электростимуляции. Методы внутри­тканевой и эпидуральной электростимуляции являются в одинаковой сте­пени эффективными и позволяют качественно восстанавливать утрачен­ные функции спинного мозга при неполном его повреждении.
3. Метод внутритканевой электростимуляции по Герасимову яв­ляется простым и безопасным при восстановлении функций спинного мозга при травмах, а отсутствие осложнений является преимуществом при использовании его в клинической практике.

Литература

1. Герасимов А.А. Лечение больных с дистрофическими заболеваниями сус­тавов и позвоночника способом внутритканевой электростимуляции: Дисс. док. мед. наук. - Спб., 1995.-236с.
2. Джонсон С.С, Воздействие неионизирующего электромагнитного излуче­ния на биологические среды // Журнал ТИИЭР.-1972.-Т.60.-№6.-С49-82.
3. Медведева СВ. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека / СВ. Медведева.- СПб.: Наука, 1990. - 53-68с.
4. Отелин АА. Иннервация скелета человека / А.А. Отелин.- М.: Медицина, 1965.-34-43С.
5. Скоромец АА, Тиссен Т.П., Панюшкин А.И., Скоромец ТА. Сосудистые заболевания спинного мозга. -СПб: Сотис, 1998. -526с.
6. Шапкова Е.Ю., Мушкин А.Ю., Гуторко В.А. Способ лечения больных с хроническим поражением спинного мозга. Заявлено 2000.08.10 // Откры­тия. Изобретения. -200L- № 2204423 (13). 176.
7. Basso DM, Beattie M.S., Bresnahan J.C 1996. Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection. //Exp. Neuronal. -139:244-256. -62.
8. Blumer C.E., Quine S. Prevalence of spinal cord injury: an international com-parision. // Neuroepidemiology. 1995, 14(5):258-268). (1)
9. Steven D.G., John R.D., Ronaldo MR, Jordan L., John R.J. Aprospective analysis of interaoperative electromyographic monitoring of pedicle screw placement with com­puted scan confirmation. // Spine. -1995. -Vol. 20. -P. 1375-1379.
10. Richardson R. Transcutaneus electrical neurostimulation. // Illinois Med J -1981. - Vol. 159, N4. - P.227-230.