Badanie wykazało powrót do zdrowia po paraliżu przy użyciu nowatorskiej metody neurotechnologii
Kręgi w naszym ciele to kości tworzące kręgosłup. Nasz kręgosłup zawiera kilka nerwów, które rozciągają się od mózgu w dół do dolnej części pleców. Nasz rdzeń kręgowy to grupa nerwów i pokrewnych tkanek, z których składa się ten kręg kręgosłupa i zapewnia im ochronę. Rdzeń kręgowy jest odpowiedzialny za przekazywanie wiadomości (sygnałów) z mózgu do różnych części naszego ciała i odwrotnie. Dzięki tej transmisji jesteśmy w stanie odczuwać ból lub poruszać rękami i nogami. Uraz rdzenia kręgowego jest niezwykle ciężkim urazem fizycznym, gdy dochodzi do uszkodzenia rdzenia kręgowego. Kiedy rdzeń kręgowy doznaje urazu, niektóre impulsy z naszego mózgu „nie trafiają” do różnych części ciała. Powoduje to całkowitą utratę czucia, siły i mobilności w dowolnym miejscu poniżej miejsca urazu. A jeśli do urazu dojdzie w okolicy szyi, skutkuje to: paraliż na całej dużej części ciała. Uraz rdzenia kręgowego jest bardzo traumatyczny i ma znaczący wpływ na codzienne życie chorego, wpływając na trwałe skutki fizyczne, psychiczne i emocjonalne.
Nowe obiecujące badanie
Obecnie nie ma lekarstwa na naprawę uszkodzeń spowodowanych urazem kręgosłupa, ponieważ jest to nieodwracalne. Niektóre formy leczenia i rehabilitacji pomagają pacjentom prowadzić owocne i niezależne życie. Wiele badań jest w toku z nadzieją, że pewnego dnia będzie możliwe całkowite wyleczenie urazów rdzenia kręgowego. W przełomowym badaniu zespół naukowców z Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne i Szpitala Uniwersyteckiego w Lozannie w Szwajcarii zaprojektował nowatorską terapię, która ma przyspieszyć powrót do zdrowia po urazie rdzenia kręgowego. To badanie nazwane STIMO (STImulation Movement Overground) zostało opublikowane w: Natura1 i Nature Neuroscience2. Naukowcy twierdzą, że ich odkrycia opierają się na zrozumieniu, jakie zdobyli analizując modele zwierzęce przez lata badań.
Naukowcy starali się naśladować zachowanie mózgu i rdzenia kręgowego w czasie rzeczywistym. Uczestnikami tego badania było trzech paraplegików, którzy doznali urazów rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym i byli sparaliżowani od wielu lat (minimum cztery). Wszyscy przeszli różne rehabilitacje i chociaż w miejscu urazu istniały połączenia nerwowe, nie uzyskali ruchu. Po przejściu nowego protokołu rehabilitacji opisanego w bieżącym badaniu, byli w stanie chodzić już w ciągu tygodnia przy pomocy kul lub chodzika, pokazując, że odzyskali dobrowolną kontrolę nad mięśniami nóg, które zostały sparaliżowane po doznaniu kontuzji.
Badania osiągnęły to poprzez "ukierunkowaną stymulację elektryczną komórek nerwowych" w rdzeniu kręgowym lędźwi wraz z terapią wspomaganą wagą. Elektryczna stymulacja rdzenia kręgowego została wykonana z bardzo dużą precyzją, co czyni to badanie wyjątkowym. Stymulacja była jak krótkie wstrząsy elektryczne, które wzmacniały sygnały i pomagały mózgowi i nogom sparaliżowanych uczestników lepiej komunikować się. W tym celu implanty – układ elektrod (16 elektrod na generatorze impulsów) – zostały umieszczone na rdzeniu kręgowym, umożliwiając naukowcom celowanie w różne pojedyncze mięśnie w nogach uczestników. Ten implant, maszyna wielkości pudełka zapałek, została pierwotnie zaprojektowana do leczenia bólu mięśni. Możliwość chirurgicznego wszczepienia tego urządzenia w określone obszary rdzenia kręgowego była wyzwaniem technologicznym. Różne konfiguracje tych elektrod w implantach aktywowały docelowe obszary rdzenia kręgowego i naśladowały sygnały/wiadomości, które musiały być dostarczone do mózgu, aby móc chodzić. Oprócz stymulacji elektrycznej pacjenci musieli także samodzielnie „pomyśleć” o poruszaniu nogami, aby obudzić uśpione połączenia neuronowe.
Trening
Ważne było, aby uczestnicy mieli dokładny czas i miejsce stymulacji elektrycznej, aby wytworzyć określony ruch. Ukierunkowane impulsy energii elektrycznej były dostarczane przez bezprzewodowy system sterowania. Dla uczestników wyzwaniem było przystosowanie i dostrojenie koordynacji między „zamiarem” chodzenia przez ich własny mózg a zewnętrzną stymulacją elektryczną. Eksperyment doprowadził do lepszej funkcji neurologicznej i pozwolił uczestnikom na naturalne trenowanie umiejętności chodzenia naziemnego w laboratorium przez dłuższy czas. Po tygodniu wszyscy trzej uczestnicy byli w stanie chodzić bez użycia rąk za pomocą ukierunkowanej stymulacji elektrycznej i systemu wspomagania ciężaru ciała przez ponad kilometr. Nie odczuwali zmęczenia mięśni nóg, a ich jakość stąpania była stała, dzięki czemu mogli wygodnie uczestniczyć w długich sesjach treningowych.
Po pięciu miesiącach treningu dobrowolna kontrola mięśni wszystkich uczestników znacznie się poprawiła. Taka długa i intensywna sesja treningowa okazała się bardzo dobra dla utrzymania plastyczności poprzez wykorzystanie wrodzonej zdolności naszego układu nerwowego do „reorganizacji” włókien nerwowych i wzrostu nowych połączeń nerwowych. Dłuższy trening doprowadził do poprawy i spójnej funkcji motorycznej, nawet po wyłączeniu zewnętrznych stymulacji elektrycznych.
Wcześniejsze badania, w których stosowano podejścia empiryczne, zakończyły się sukcesem, w których niewielu paraplegików było w stanie wykonać kilka kroków na krótkim dystansie za pomocą pomocy do chodzenia, o ile zapewniono stymulację elektryczną. Po wyłączeniu stymulacji powracał ich poprzedni stan, w którym pacjenci nie mogli aktywować żadnych ruchów nóg, a to dlatego, że pacjenci nie byli „wystarczająco przeszkoleni”. Unikalnym aspektem obecnego badania jest to, że zaobserwowano, że funkcje neurologiczne utrzymują się nawet po zakończeniu treningu i wyłączeniu stymulacji elektrycznej, chociaż uczestnicy szli znacznie lepiej, gdy stymulacja była włączona. Ten zabieg treningowy mógł pomóc w odbudowie i wzmocnieniu połączeń nerwowych między mózgiem a rdzeniem kręgowym, które w wyniku urazu stały się niefunkcjonalne. Naukowcy byli zachwyceni nieoczekiwaną reakcją ludzkiego układu nerwowego na ich eksperyment.
Jest to przełomowe badanie dla pacjentów, którzy doznali różnego rodzaju przewlekłych urazów rdzenia kręgowego i pojawiła się nadzieja, że dzięki odpowiedniemu treningowi mogą wyzdrowieć. Początkowa firma o nazwie GTX Medical, której współzałożycielami są autorzy tego badania, zamierza zaprojektować i opracować szyte na miarę neurotechnologia które mogą być wykorzystane do prowadzenia rehabilitacji w systemie opieki zdrowotnej. Taka technologia powinna być również przetestowana dużo wcześniej, tj. bezpośrednio po urazie, gdy potencjał powrotu do zdrowia jest znacznie wyższy, ponieważ układ nerwowo-mięśniowy organizmu nie doznał całkowitej atrofii związanej z przewlekłym paraliżem.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
1. Wagner FB i wsp. 2018. Ukierunkowana neurotechnologia przywraca chodzenie ludziom z uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Natura. 563(7729). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2
2. Asboth L et al. 2018. Reorganizacja układu korowo-siatkowo-rdzeniowego umożliwia odzyskanie funkcji po ciężkim stłuczeniu rdzenia kręgowego. Neuronauka przyrody. 21 ust. 4. https://doi.org/10.1038/s41593-018-0093-5
***
