Спинной мозг и выполнение движения - с точки зрения нейрофизиологии

Актер Кристофер Рив (Christopher Reeve, 1952-2004), в 1980 гг. сыгравший главную роль в трех фильмах о Супермене, в 1995 г. упал с лошади во время скачек. Спинной мозг Рива был разорван в верхней части, на уровне сегментов С1-С2 (см. разд. «Основы», рис. «Сегменты спинного мозга и дерматомы»).

Головной мозг Рива не был поврежден и функционировал нормально, остальной спинной мозг также был в норме, однако его головной и спинной мозг больше не были соединены друг с другом.

Тело Рива было практически полностью парализовано — он мог лишь немного двигать плечами и головой. Он даже не мог самостоятельно дышать. Столетием раньше такая травма привела бы к летальному исходу, однако современные методы лечения и своевременно оказанная помощь помогли Риву выжить и прожить еще около 10 лет. Он смог продолжить актерскую карьеру и заняться режиссурой.

Подобный возникшему у Кристофера Рива разрыв в области шейного отдела спинного мозга приводит к параличу и потере чувствительности в руках и ногах — такое состояние называют ква-дриплегией. Если разрыв возникает ниже шейных нервов, возникает параплегия — паралич и потеря чувствительности в ногах и нижней части тела. Такое состояние описано ниже в разд. «Клинические аспекты: Травмы спинного мозга».

Кристофер Рив в роли Супермена в 1984 г. (слева) и через 9 лет после травмы спинного мозга в 2004 г. (справа)

Кристофер Рив и его вторая жена Дана основали Фонд Кристофера и Даны Рив (Christopher and Dana Reeve Foundation), занимающийся исследованиями спинного мозга. Фонд помогает улучшить жизнь людей с повреждениями спинного мозга, а также поддерживает исследования, направленные на поиск способов лечения таких повреждений.

Будучи далеко не единственным связующим звеном между телом и головным мозгом, спинной мозг обеспечивает выполнение многих двигательных программ. При поддержке тела пациент с поврежденным спинным мозгом может ходить по бегущей дорожке. Кристофер Рив мог ходить в бассейне, где его тело поддерживала вода.

Когда нога пациента с травмой спинного мозга перемещается назад на бегущей дорожке, в результате чего стопа теряет опору, нога рефлекторно отрывается от дорожки и перемещается вперед. Когда стопа вновь касается поверхности дорожки, тактильные рецепторы инициируют рефлекс, заставляющий стопу отталкиваться от поверхности и поддерживать вес тела.

Таким образом, согласованная работа нескольких спинномозговых рефлексов обеспечивает выполнение такого сложного движения, как ходьба. Рефлекторную природу ходьбы можно продемонстрировать на примере недоношенных и новорожденных детей: если ребенка поставить вертикально на опору, он будет совершать шаговые движения (автоматическая походка новорожденных).

Одним из наблюдаемых у других позвоночных сложных рефлексов является чесательный рефлекс. Животное рефлекторно чешется в ответ на стимул на поверхности тела. Сложность чесательного рефлекса проявляется в точности движений. Без участия головного мозга лапа (у четвероногих обычно задняя лапа) точно находит место раздражения на теле. Обычно чесательный рефлекс запускается в ответ на ощущение зуда.

По-видимому, кожные рецепторы зуда сформировались в процессе эволюции как средство обнаружения паразитов и других чужеродных объектов. К обсуждению ощущения зуда мы вернемся в отдельной статье на сайте - просим вас пользоваться формой поиска по сайту выше.

У людей и других животных с перерезанным спинным мозгом продолжают работать спинномозговые рефлексы даже в отсутствие коммуникации между спинным и головным мозгом. Именно поэтому парализованные конечности могут совершать спонтанные движения — такие движения называют спазмами. Однако головной мозг больше не может обеспечить согласованность этих движений. Поэтому рефлексы, связанные с опорожнением мочевого пузыря и кишечника, приходится искусственно стимулировать лицам, осуществляющим уход за пациентом.

а) Клинические аспекты: Травмы спинного мозга. Ежегодно травмы спинного мозга возникают у 11 000 человек в США и 1000 человек в Канаде (по данным фонда Foundation for Spinal Cord Injury). Около 40% таких травм возникает вследствие автомобильных аварий, а другие 40% являются следствием падений. Часто спинной мозг бывает полностью перерезан — тогда пациент полностью теряет чувствительность и подвижность ниже места разрыва.

Хотя 12 000 ежегодно регистрируемых травм спинного мозга могут показаться огромной цифрой, число таких травм довольно мало по сравнению с числом ежегодно регистрируемых в США и Канаде случаев других травм нервной системы. Некоторые пациенты, в том числе канадец Рик Хансен (Rick Hansen), внесли большой вклад в повышение осведомленности общественности об этом состоянии, а также в исследование возможных способов лечения.

У Хансена параплегия возникла в 1975 г. в результате повреждения спинного мозга в нижней части грудного отдела. Двенадцать лет спустя, чтобы привлечь внимание общественности к проблемам людей с ограниченными возможностями и собрать деньги для фонда, занимающегося проблемами повреждений спинного мозга, он отправился в кругосветное путешествие на своей инвалидной коляске, проехав 40 000 км.

Фонд занимается реабилитацией, инвалидным спортом и программами, направленными на повышение осведомленности общественности. Сейчас он спонсирует Центр спинного мозга Blusson (Blusson Spinal Cord Centre) в Ванкувере, Канада. Это самый крупный в мире институт по изучению спинного мозга, в котором работают более 300 исследователей.

Травмы спинного мозга обычно возникают вследствие повреждения спинного мозга, запускающего целый ряд вторичных дегенеративных процессов, которые увеличивают объем поражения. Последующее образование рубцовой ткани, полости и кисты приводят к нарушению коммуникации между двумя сторонами разрыва. Исследования травм спинного мозга направлены на минимизацию острых изменений, которые возникают после повреждения, а также на разработку способов обеспечения нейронной коммуникации в поврежденной области, повышение мобильности пациентов и улучшение качества помощи на дому.

Нанотехнология (отрасль, специализирующаяся на разработке и применении средств молекулярных размеров) вселяет надежду на появление методов уменьшения острых эффектов повреждения спинного мозга и восстановления его функции. Нанотехнология имеет дело с частицами размером 1-100 нанометров (нм). (Нанометр — это миллиардная доля метра, или 10^-9 метра.)

Могут быть сконструированы нанотрубки или нановезикулы для доставки лекарственных препаратов, РНК или стволовых клеток в область повреждения, где они могут остановить дегенеративные изменения и обеспечить формирование мостиков из нервной ткани. Нанотрубки, предназначенные для доставки химических веществ или проведения электрических импульсов, могут быть введены в область повреждения через кровеносные сосуды и мелкие капилляры внутри спинного мозга. Они также могут быть введены в организм в виде молекул, которые самостоятельно собираются в скаффолды или трубки, когда достигают мишени.

Наноскаффолды, внедренные в область повреждения с целью формирования мостиков, могут способствовать прорастанию новых аксонов в месте повреждения. В поврежденную область могут быть внедрены наноаксоны, которые образуют синапсы с нейронами на обеих сторонах разрыва и обеспечивают передачу сигналов в месте повреждения. В поврежденную область также можно ввести нановезикулы, заполненные препаратом вроде фактора роста нервов, чтобы обеспечить стимуляцию роста клеток.

Благодаря крошечным размерам наномедицинские носители могут взаимодействовать с клетками спинного мозга на обеих сторонах разрыва (Dalamagkas et al., 2018).

б) Закрепление изученного. Прежде чем продолжить, проверьте себя.
1. Задействованные в управлении движением области ЦНС и нервные пути одновременно имеют ________ и ________ организацию.
2. ________ кора создает план действий, кора ________ выстраивает последовательность двигательных актов в соответствии с планом, а ________ кора обеспечивает производство движений.
3. ________ отвечает за видоспецифичные движения, необходимую для выживания деятельность, поддержание позы и ходьбу.
4. Помимо того, что ________ является связующим звеном между головным мозгом и остальным организмом, он также функционирует независимо, обеспечивая производство рефлекторных движений.
5. Расскажите, к чему может привести нарушение связи между головным и спинным мозгом.

в) Ответы на вопросы для самоконтроля:
1. В любом порядке: иерархическую; параллельную.
2. Префронтальная; премоторная; моторная (Ml).
3. Ствол мозга.
4. Спинной мозг.
5. Стоящие ниже в иерархии двигательные функции могут сохраняться в отсутствие стоящих в иерархии выше, однако функции высших уровней обеспечивают произвольный контроль движений. В случае отделения головного мозга от спинного движения больше не поддаются произвольному контролю.

Видео соматическая рефлекторная дуга

- Читать далее "Моторная кора головного мозга - с точки зрения нейрофизиологии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 25.9.2023