A NEUROPLASTICITY AND FUNCTIONAL RESTORATION AFTER STROKE

Full Text

За последние полтора века учение о мозговых функциях, их развитии и восстановлении после повреждения проделало большой путь. Первое научное описание локализации центра собственной моторной речи дал в 1861 году французский врач П. Брока, расположив его в области задних отделов левой нижней лобной извилины, получившей впоследствии название «зона Брока». В 1974 году известный немецкий психиатр К. Вернике описал центр понимания речи (сенсорный речевой центр Вернике), локализовав его в задних отделах левой верхней височной извилины. К началу 20 века карта мозговых функций напоминала географический глобус, в котором каждый участок был закреплен за какой-либо функцией. Так возникло учение узкого локализационизма, наиболее выдающимся представителем которого был К. Клейст. Концепции узкого локализационизма противоречил факт восстановления (полного или частичного) нарушенной функции при поражении соответствующего функционального центра. В противовес узкого локализационизма возникла теория эквипотенциализма, которая утверждала, что нарушение функции связано не столько с локализацией повреждения, сколько с объемом погибшего вещества мозга (К. Лешли, 1929, 1937). Попытки примирить факт локализации функции, хорошо изученный с помощью нейроанатомических и клинических сопоставлений, с фактом ее восстановления, нарушенного в результате локального повреждения мозга, предприняли российские ученые Института мозга, выдвинувшие в начале теорию многоцентровой локализации функций (Филимонов Н.Н., 1949; Саркисов С.А., 1980), выросшую в теорию динамической локализации функций (Кукуев Л.А., 1975; Адрианов О.С., 1982, 1999). Согласно теории в основе функциональной системы лежит диалектическое взаимодействие двух форм мозговой деятельности: жестких, генетически детерминированных и подвижных, вероятностно-детерминированных. Развитию представлений о динамической локализации функций способствовало внедрение в практику изучения работы мозга новых информационных технологий [1-5]: функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), воксель-ориентированной морфометрии (ВОМ), транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС), МР-трактографии и др. Эти технологии использовались при формировании учения о нейропластичности мозга. С точки зрения невролога, нейропластичность - это способность нервной ткани к структурно-функциональной перестройке, наступающей после её повреждения. Однако углубленное изучение процессов нейропластичности нейробиологами, нейрофизиологами расширило представление о феномене нейропластичности. «Неврологически» нейропластичность - это лишь частный случай пластичности мозга. Установлено, что нейропластичность лежит в основе обучения, памяти; процесс нейропластичности обеспечивает функционирование мозга как высокодинамической структуры в течение всей жизни индивидуума. Нейропластичность обнаруживается на всех уровнях организации нервной системы, она охватывает весь мозг и определяет его поведение [6]. Большой вклад в учение о нейропластичности сделали: канадский нейрофизиолог и психолог Дональд Хебб, показавший положительное влияние на процесс нейропластичности обогащения окружающей среды, Терье Ломо и Тим Блисс, открывшие феномен долговременной потенциации - одной из форм синаптической пластичности, повышающей эффективность синаптической передачи и являющейся основой большинства форм обучения и памяти [6]. Идеи российских физиологов и психологов Бернштейна Н.А., Анохина П.К., Выготского Л.С., Леонтьева А.Н., Лурии А.Р. внесли значительный вклад в современное учение о нейропластичности [7]. Важным в понимании механизма нейропластичности является положение современной нейробиологии, что в процессе эволюции человечество выработало стратегию высокой избыточности - мозг содержит больше нервных клеток, чем требуется в действительности. Мозг человека постепенно, на протяжении всей жизни постоянно меняется, что обеспечивает такое его свойство, как нейропластичность [6]. 32 физическая и реабилитационная медицина, медицинскаяреабилитация май 2019 нейрокогнитивные технологии в физической и реабилитационной медицине Изучение процессов нейропластичности с использованием современных информационных технологий позволило определить основные структурно-функциональные механизмы нейропластичности в норме и патологии [1, 8]. К ним относятся [9]: • реорганизация функциональной системы [10-12]; • спраутинг (прорастание) аксонов и дендритов; • синаптогенез; • ремиелинизация; • гипервозбудимость корковых нейронов: усиление синаптических связей - открытый в 1973 году Тимом Блиссом и Терье Ломо феномен долговременной по-тенциации; • нейрогенез: постоянное образование нейронов из стволовых клеток в зубчатой извилине гиппокампа, обонятельной луковице, полосатом теле; • открытый в 40-ых годах 20-ого столетия Хеббом феномен обогащения окружающей среды; • тренировка [10]. К механизмам, влияющим на восстановление нарушенных функций после инсульта, также относят [8]: • обратное развитие диашиза [11]; • нормализация церебральной перфузии; • активация коннектома; • нормализация состояния сенсорных систем [12]; • сохранность кортикоспинального тракта; • раннее начало реабилитационных мероприятий. Применение новейших нейровизуализационных технологий помогло сформулировать само понятие функциональной реорганизации после инсульта, приводящей к компенсации функционального дефицита. Выделяют различные механизмы компенсации нарушенных функций [13, 14]: • реорганизация поврежденного функционального центра; • перестройка взаимоотношений между разными уровнями одной системы; • реорганизация структуры и функций других систем и взятие ими на себя функций поврежденной системы. Использование фМРТ позволяет виртуально «увидеть» реорганизацию различных нарушенных в результате инсульта функциональных систем: двигательных, речевых, когнитивных и др. Так при восстановлении двигательных функций после инсульта наблюдается [10]: • расширение и увеличение активации периинфаркт-ных зон пораженного полушария: О премоторной зоны; О нижней теменной доли; О дополнительных моторных зон (переднего отдела мозолистого тела, лобного полюса). • увеличение и расширение зон активации обоих полушарий мозжечка; • увеличение активации моторной коры здорового полушария. Наблюдение с помощью фМРТ за динамикой активации функциональных систем позволяет наметить определенные стадии нейропластичности в постинсультный период [12, 15, 16]: • на самой ранней стадии - дезорганицация активации пораженной функциональной системы; • затем нарастание активации соответствующей функциональной системы в здоровом и пораженном (сохранных зонах) полушарии; • в дальнейшем - некоторое снижение активации, при относительно хорошем восстановлении, приближении её к норме. Для восстановления движений большое значение имеет сохранность кортикоспинального тракта (КСТ), определяемая с помощью трактографии [3, 5, 11, 17]. Анализируя состояние КСТ, следует учитывать определенные индивидуальные особенности строения КСТ [1]: если в подавляющем большинстве случаев КСТ на границе продолговатого мозга и шейного отдела спинного мозга совершает перекрест волокон (80%), то в отдельных случаях могут наблюдаться различные аномалии перекреста от 100% полного перекреста до отсутствия перекреста, что несомненно отражается на восстановлении двигательной функции. При повреждении КСТ в здоровом полушарии может наблюдаться компенсаторное увеличение волокон кор-тико-ретикуло-спинального тракта, что рассматривается как один из механизмов восстановления ходьбы [18]. Как показали исследования Белопасовой А.В. [19] с применением фМРТ с речевыми парадигмами у здоровых людей наряду с классическими зонами активации наблюдаются «дополнительные» зоны активации, включающие: • двустороннюю активацию передних отделов моторной коры (нижние отделы передней центральной извилины) и полушарий мозжечка - область управления артикуляцией; • двустороннюю зрительную кору (поля 17 и 18 по Бродману); • активацию гомологичной зоны Брока в правом полушарии - при заданиях на чтение и продолжение предложений; • задних отделов поясной извилины; • лентикулярного ядра и коры островка справа - при заданиях на чтение. У больных с постинсультной афазией наблюдалась реорганизация речевой системы [19], проявляющаяся: • в активации и расширении периинфарктных зон (при наиболее благоприятном восстановлении речи); • активации дополнительных зон: • при моторной афазии - в верхнетеменной дольке, в левой височной и затылочной долях; • при сенсорной афазии - в левой верхней левой теменной дольке. • активации гомологичных зон правого полушария (менее благоприятный фактор восстановления речи). Диашиз Важную роль в развитии неврологического дефицита при инсульте (особенно при обширных инфарктах мозга и кровоизлияниях) играет феномен диашиза. Диа-шиз - это феномен потери возбудимости нервной ткани в дистальных от очага поражения участках мозга. [11] Известно, что при одностороннем очаге в мозжечке может наблюдаться снижение активации в лобной, теменной и височной долях, сопровождающееся снижением когнитивных функций и развитием дисфазии (при левостороннем очаге); сосудистый очаг в левом зрительном бугре сопровождается снижением мозгового кровотока во фронтальной коре и развитием, так называемой, таламической афазии. Происходящее со временем и под влиянием нейрометаболической терапии снятие диашиза способствует восстановлению нарушенных функций. Нейрогенез До 90-ых годов прошлого столетия считалось, что "нервные клетки не восстанавливаются". В 90ых годах был открыт феномен нейрогенеза - постоянной генера № 2-2019 ФИЗИЧЕСКАЯ И РЕАБИЛИТАЦИОННАЯ МЕДИЦИНА, МЕДИЦИНСКАЯРЕАБИЛИТАЦИЯ 33 НЕйрокопнитивныЕ технологии в физической и реабилитационной медицине ции нервных клеток (нейронов и глии) в зубчатой извилине гиппокампа, обонятельной луковице и полосатом теле [20, 21]. В 2013 году было показано, что в гиппокампе человека ежедневно "рождается" около 700 нервных клеток (что составляет 1,75% от общего числа клеток в гиппокампе) [22]. Открыты факторы активации нейрогенеза: физическая активность, продолжение обучения, диета, некоторые вещества (ГАМК, глутамат, BDNF) и факторы ингибирующие нейрогенез: старение, стрессы [21]. Имеются данные, что стимулировать нейрогенез могут такие препараты как флуоксетин и церебролизин. Тренировки Доказана роль тренировок для реорганизации функции у здоровых и больных [9]. Так с помощью ВОМ обнаружено увеличение: • плотности серого вещества левой нижнетеменной доли у билингвов - людей, одинаково хорошо владеющих (обычно с детства) двумя или несколькими языками [23, 24]; • плотности мозолистого тела у профессиональных музыкантов[25, 26]; • заднего гиппокампа у профессиональных лондонских таксистов (по сравнению с начинающими) [27]. Тренировки оптимизируют участки мозга, участвующие в выполнении функции, и в результате человек начинает выполнять многие задачи автоматически [6]. В работе Бушеневой С.Н. и соавт. [10] с применением фМРТ с двигательной парадигмой показано, что после физического тренинга у здоровых испытуемых наблюдается усиление активации основных зон сенсомотор-ной коры и дополнительных зон в обоих полушариях мозжечка, мозолистом теле, премоторной коре. В группе больных с постинсультным гемипарезом после тренировки отмечалось усиление активации в периинфаркт-ной зоне сесно-моторной коры, в полушариях мозжечка, гомологичных зонах здорового полушария. Выделены физические факторы, которые наиболее активно влияют на процессы нейропластичности при постинсультных двигательных нарушениях [9, 28]. К ним относятся: • кинезиотерапия; • кинезиотерапия после фиксации на несколько часов здоровой руки; • транскраниальная магнитная стимуляция [29]; • виртуальная реальность; • зеркальная терапия; • музыкальная терапия; • система "Lokomat". Имеются данные о значительном влиянии фармакологических препаратов на процессы нейропластичности и нейрогенеза. К сожалению, многие из них получены в эксперименте на животных, получавших высокие дозы препарата, и не всегда проходят сквозь горнило доказательной медицины. К этим препаратам относятся [9]: • амфетамины - мощные стимуляторы ЦНС, к сожалению, вызывающие психическую зависимость, а в больших дозах - психозы; • леводопа; • флуоксетин - антидепрессант, селективных ингибитор обратного захвата серотонина, увеличивает количество синаптических моноаминов, что приводит к вторичным нейропластическим изменениям; • ниацин (никотиновая кислота) - оказывает положительное влияние на ангиогенез; • силденафил (сиалис) - препарат, применяемый при импотенции и легочной гипертензии, являясь мощным вазодилататором, увеличивает ангиогенез, нейрогенез и синаптогенез; • фактор роста эндотелия сосудов (эритропоэтин) стимулирует нейропластичность и ангиогенез. Исследователи указывают также на естественные факторы, положительно влияющие на нейропластичность и нейрогенез [6, 7]. К ним относятся: • физическая и умственная активность; • процесс обучения (в частности овладение новым языком); • нормальный сон; • низкокалорийная диета; • медитация. Исследователи также выделяют неадаптивные формы нейропластичности, к которым относят хронические болевые синдромы, спастичность, лекарственную и наркотическую зависимость, эписиндром при очаговых поражениях головного мозга. В основе наркотической и лекарственной зависимости может лежать феномен долговременной потенциации в вентрально-тегментар-ной области [6]. Можно наметить ближайшие перспективы оптимизации процесса нейропластичности: • совершенствование метода транскраниальной магнитной стимуляции и других нейрореабилитацион-ных технологий (транскраниальная электрическая стимуляция, интерфейс мозг-компьютер); • внедрение в клиническую практику новых лекарственных средств, эффективность которых испытана в эксперименте на животных: факторы роста (инсулиноподобный фактор роста; основной фактор роста фибробластов), ниацин, каннабиноиды и др.; • развитие нейротрансплантации [30]; • изучение гипотезы о возможном изменении идентификации нейрона [6].

About the authors

A S Kadykov

Research Center of Neurology; Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: kadykov@neurology.ru
Moscow, Russia

N V Shakhparonova

Research Center of Neurology

Moscow, Russia

A V Belopasova

Research Center of Neurology

Email: belopasova@neurology.ru
Moscow, Russia

J V Prjanikov

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Moscow, Russia

References

Supplementary files