РФФИ-619 (13-04-01746а)

Руководитель проекта: Балтина Татьяна Валеревна

Название проекта: Структурная и функциональная организация спинальных нейронных сетей при деафферентации, локомоторной тренировки и локальной гипотермии.

Аннотация: Многие аспекты регуляции и восстановления двигательной функции после повреждения спинного мозга, а также механизмы реорганизации и функционирования нейронных локомоторных сетей при повреждении спинного мозга остаются малоизученными. Изменение притока сенсорной информации является основным фактором, вызывающим реорганизацию двигательной активности после травмы. Анатомическая и функциональная схема организации нейронов спинного мозга, которая обрабатывает сенсорную информацию остается неясной, но может быть изучена на модели частично изолированного спинного мозга. Целью данного исследования является выявление функциональной и морфологической организации нейрональных локомоторных сетей поврежденного спинного мозга, обеспечивающих двигательную функцию, при локальной гипотермии и двигательной тренировке. Полученные результаты позволят показать, что нейроны при повреждении спинного мозга в результате стимуляции афферентов и локальной гипотермии могут образовывать или сохранять нейронные сети, которые способны обеспечивать локомоторную активность задних конечностей. Проведенное исследование расширит представления о собственных механизмах спинного мозга, участвующих в регуляции двигательной активности задних конечностей в условиях нормы и экспериментальной патологии.

Полученные результаты:

ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ГИПОТЕРМИИ НА H- И M- ОТВЕТЫ ПОСЛЕ КОНТУЗИОННОЙ ТРАВМЫ СПИННОГО МОЗГА У СОБАК.

Для гипотермии описан широкий спектр нейропротекторных свойств с несколькими механизмами действия, включая сокращение кровотечения, отека, окислительного стресса и воспаления, а также апоптоза.  Это позволило нам ожидать положительного влияния гипотермии в острой фазе после травмы спинного мозга.

Исследовали функциональное  состояние двигательных центров спинного мозга до и после экспериментальной позвоночно-спинальной травмы у собак с использованием локальной интраоперационной гипотермии. После нанесения экспериментальной контузии животных разделили на две группы. В 1 группе, животным никаких терапевтических воздействий после ТСМ не проводилось (серые столбики). Во 2 группе производилась 20 минутная локальная интраоперационная гипотермия (белые столбики).  Все манипуляции с животными проводились  с соблюдением биоэтических норм.

 Наши результаты показали, что в период воздействия гипотермии после контузии спинного мозга у собак не происходит значимых изменений параметров М- и Н-ответов КМП (на рис.1 и 2 под цифрой 1).

Это указывает на минимальный терапевтический эффект гипотермии в этом периоде после контузионной травмы. В остром (до 3 суток) и раннем периоде (до 30суток) нами отмечено положительное влияния гипотермии на двигательные центры нейро-моторного аппарата собаки.

Уменьшение амплитуды Н-рефлекса и отношения Hmax/Mmax, свидетельствует о снижение рефлекторной возбудимости спинальных центров КМП в группе собак с гипотермией (рис. 3, белые столбики).

С одной стороны, это можно считать положительным эффектом, поскольку повышение возбудимости мотонейронов рассматривается как механизм развития спастичности после ТСМ. С другой стороны нет однозначного мнения о вреде спастичности. Показано, что в хроническом периоде, при развитии спастичности размер и пропорции мышечных волокон почти полностью восстанавливаются до нормального. Следовательно, спастичность может сохранять мышечные волокна в течение длительного времени после ТСМ, противодействуя ранней атрофии и преобразований, вызванных снижением активности мышц, в конечном счете, нормализуя фенотип мышечных волокон и их морфологию. В группе с гипотермией уже в раннем периоде мы отмечали прогрессивное снижение амплитуды М-ответа, что может свидетельствовать о ее повреждающем действии.

Таким образом, интраоперационная гипотермия после контузионной травмы спинного мозга может задерживать развитие функционального возбуждения нейро-моторного аппарата у собак непосредственно при воздействии гипотермии и предотвращать дальнейшие изменения рефлекторной возбудимости.

ВЛИЯНИЕ ВИБPОCТИМУЛЯЦИИ CТОПЫ И ОПОPНОЙ АФФЕPЕНТАЦИИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ CОCТОЯНИЕ МЫШЦ ГОЛЕНИ У КPЫCЫ В УCЛОВИЯX АНТИОPТОCТАТИЧЕCКОГО ВЫВЕШИВАНИЯ

Целью настоящего исследования было определение функциональных и морфологических характеристик   мышц задних конечностей крысы в условиях моделируемой гравитационной разгрузки, а также разгрузки, сочетанной с различными способами   стимуляции опорных рецепторов стопы.

Использование двух режимов стимуляции стопы крысы в условиях гравитационной разгрузки ( рис. 1А,Б; вибростимуляция – белые столбики, опорная афферентация – светло-серые столбики) привело к снижению ее отрицательного эффекта.  Вес всех мышц при сочетанной стимуляции и 14 суточной разгрузки был больше, чем без стимуляции (рис.1 АиБ).    Наши результаты показали, что в период воздействия гипотермии после контузии спинного мозга у собак не происходит значимых изменений параметров М- и Н-ответов КМП (на рис.1 и 2 под цифрой 1).

 Рис.1. Изменение веса мышц при сочетанном влиянии 7 суточной (А) и 14 суточной (Б) гравитационной разгрузки с различными способами стимуляции стопы: темно- серые столбики- гравитационная разгрузка, белые – в сочетании с вибростимуляцией, светло-серые – с опорной афферентацией; КМ – камбаловидная мышца, ИМ – икроножная мышца, ББМ – большеберцовая мышца. По оси ординат – вес мышц, выраженный в %, за 100% приняты значения интактных животных. * -  p<0.05.

Как видно из рисунка 2 использование вибростимуляции и опоры на фоне разгрузки привело к восстановлению М-ответа ИМ и ББМ до контрольных значений,  амплитуда М-ответа КМ увеличилась на 20% и составила 68?12%.

Рис.2. Изменение амплитуды М-ответа мышц голени крысы  при 7 суточной гравитационной разгрузке (темно-серые столбики) и сочетанном влиянии вибростимуляции стопы (белые столбики) и опорной афферентации (светло-серые столбики). По оси ординат амплитуда М-ответа в % от контроля, принятого за 100%; * - p<0.05.

Через 14 суток гравитационной разгрузки амплитуда М-ответа ИМ и ББМ восстановилась до контрольных значений. Дополнительная сочетанная стимуляции стопы не оказывала значимых влияний на амплитуду М-ответа исследуемых мышц.  Амплитуда М-ответа КМ через 14 суток гравитационной разгрузки увеличилась на 30%, дополнительная вибростимуляция стопы и опорная аффернтация не оказали влияния на амплитуду М-ответа КМ.

Наши результаты позволяют предположить, что изменения в мышцах в результате гравитационной разгрузки, не зависят от активации мотонейронов и  являются источником ее изменения. Используемая нами стимуляция поверхности стоп может активировать  соответствующие пути и двигательные нейроны, вызывая сокращение мышц,  имитирующих  обычные условия подошвенной стимуляции.  Возможно, использование подобных приемов может стать эффективным реабилитационным инструментом для клинических групп населения, таких как лежачие пациенты или пожилые люди.