Прескочи към главното съдържание на страницата

Архив


БРОЙ 7 2018

Мозъчна невропластичност и реорганизация

виж като PDF
Текст A
акад. Е. Титянова, дм, дмн
Клиника „Функционална диагностика на нервната система”, ВМА – София; Медицински факултет на Софийски университет „Св. Кл. Охридски”; Българска академия на науките и изкуст­вата


Функционалното възстановяване на мозъчните функции след инсулт е комплексен процес, чиито механизми остават непълно изяснени. То се свързва с: (1) биологично възстановяване на мозъчната лезия (реституция); (2) адаптивна реорганизация чрез ангажиране на нови невронални мрежи и/или (3) използване на компенсаторни стратегии (различни от нормалния отговор) – заместващо поведение или обучение на болния за компенсиране на неговия двигателен дефицит. Съществуват доказателства за едновременно действие на посочените механизми, но възможностите на човека за мозъчна реорганизация са индивидуални и зависят от все още неизвестни биологични процеси, характеризирани като "спонтанно възстановяване". Те се свързват с генетично кодиран инструментариум за спонтанно ремонтиране на увредените ДНК молекули. Редица проучвания показват, че крайният изход от инсулта се предопределя в първите 6 месеца от мозъчната увреда, макар че функционално възстановяване може да се наблюдава години след него. Обзорът обобщава съвременните теории и хипотези за мозъчна реорганизация след инсулт.

Ключови думи: инсулт, мозъчна реорганизация

  
Невропластичност при здравия мозък

Реорганизацията на мозъка е универсален физиологичен процес, който се наблюдава при всички възрасти и съпътства живота на всеки човек още от раждането му. Тя е генетично заложена и е свързана с неговата невропластичност – възможност на мозъка да се променя адаптивно в зависимост от промените в организма или външната среда. Механиз­мите за това се свързват с анатомична и функционална реорганизация на нервната система на две нива: мозъчна кора (корова пластичност) и невронална мрежа (невронална пластичност), което се асоциира с активиране на функционално неактивни нервни клетки, пътища и връзки, промяна в техния брой, форма и размери, както и с образуването на нови неврони.

Редица проучвания показват, че мозъчната реорганизация се стимулира най-силно след специфично обучение. При здравите лица обучението е единственият начин да повишим мозъчния капацитет. За да го запазим, трябва да тренираме мозъка си ежедневно, а за да го увеличим – трябва да го тренираме интензивно и специфично с подходящи задачи и натоварване. Най-добри резултати се постигат в ранните години на живота, когато реорганизацията на мозъка е физиологична и е свързана с неговото съзряване. Мозъкът ни е по-бодър и по-креативен в сутрешните часове след здравословен сън, което е вековно познание, отразено в сентенцията „Утрото е по-мъдро от вечерта”. Възможността на човешкия мозък непрекъснато да се реорганизира е в основата на активното стареене, при което интелектът остава съхранен.

Интересен факт е, че всички видове изкуства (музика, живопис, танци...) могат да имат невропластично въздействие върху мозъка. Показано е, че музиката води до реорганизация на моторната и слуховата кора на професионалните музиканти, променя нивата на невротрансмитерите и хормоните и може да подобри поз­навателните способности, двигателните умения и настроенията. При увреждане на мозъка визуалното изкуство може да възстанови и дори да промени творческото възприятие и функции.

Човешкият мозък обаче има пред­определен и индивидуален максимален праг на натоварване. Свръхсилните стимули (без предварителна подготовка и обучение) могат да бъдат фатални, а тези, които застрашават мозъка ни, но не го убиват, предизвикват процеси на ендогенна невропротекция – изграждане на мозъчен толеранс към повторно въздействие на същия стимул. Ето защо, не трябва да претоварваме излишно нашия мозък. За всяко ново мозъчно умение се изисква достатъчно време и подходящо индивидуално обучение. В противен случай могат да възникнат редица негативни прояви като безсъние, епилептични пристъпи, съдови нарушения, психози и др.

Често се питаме какъв е гениалният мозък? Все още няма научно определение за него. Надареният и обикновеният мозък се различават по някои морфологични показатели, като постигат една и съща задача по коренно различна програма на работа. Това се доказва със съвременните функционални невроизобразяващи методи, които могат да регистрират зоните на мозъчна активност по време на когнитивни тестове.


Невропластичност и реорганизация в условията на мозъчна увреда

През последните години класичес­кото схващане, че централната нервна система не се регенерира след мозъчна увреда, претърпя еволюция.

Още Luria през 1963 г.[6] допуска, че увреденият мозък може да се реорганизира и да възстанови функциите си като използва своите интактни нервни пътища, но според него коровите структури не се реорганизират поради невъзможност да регенерират. Днес е доказано, че някои корови области (напр. говорният център) могат функционално да се реорганизират след подходяща неврорехабилитация и обучение[7].

Възрастните мозъчни клетки могат да бъдат препрограмирани, така че да станат плурипотентни, за което през 2012 г. е присъдена Нобелова награда по физиология на учените Джон Гърдън и Шиня Яманака. През последните десетилетия са открити стволови клетки във възрастния мозък със способност за формиране на нови нервни клетки с висок капацитет за обучение и ре-обучение, механизми за спонтанна регенерация на клетките чрез ремонт на увредените ДНК молекули (Нобелова награда по химия за 2015 г.) и самообновяване на клетките чрез автофагия (Нобелова награда по медицина за 2016 г.)[1]. Допуска се, че позитивните думи и позитивното мислене могат да стимулират процесите на спонтанна мозъчната регенерация и функционално възстановяване (оздравяване без медицинска намеса).

В условия на недостатъчно ефективен мозъчен капацитет вследствие на мозъчно увреждане, настъпват спонтанни компенсаторни механизми, които водят до възстановяване на функцията, но вече с променена характеристика спрямо здравите лица. Увреденият мозък се стреми да използва максимално съхранените нервни пътища и системи, за да оптимизира възстановяването на възникналия неврологичен дефицит. С течение на времето се изгражда нова функционална мозъчна архитектоника, която не е така ефективна както здравия мозък, но може да обезпечи възможно най-оптимална мозъчна дейност в зависимост от вида на увредата, възрастта на болния и неговото преморбидно състояние. В новата функционална мозъчна анатомия по-голямо участие има незасегнатата мозъчна хемисфера, което определя промяна и в двете (засегната и незасегната) хемисфери. Възстановяването като правило е с най-високи успехи в първите 6 месеца след мозъчно увреждане и с по-добър изход, ако е започнало по-рано. Тежестта на двигателния дефицит е пропорционална на степента на увреда на кортикоспиналния тракт[17], което може да се обективира с МРТ трактография.

Функционалното възстановяване на мозъка след инсулт, чийто механизми остават непълно изяснени, се свързва с едновременно действие на три процеса[8-10] (Фиг. 1, Фиг. 2):

Фигура 1: Схематично представяне на механизмите на реорганизация. А. Активиране на алтернативни (функционално неактивни) невронни пътища. Б. Демаскиране на латентни синапси чрез модулиране на GABA-ергичната инхибиция (свързано с поява на краткотрайни промени). В. Аксонална регенерация с промяна на броя, формата, размера и типа на синапсите, което се асоциира с дълготрайни промени в мозъчните функции.

А      Б.    В.

 
Фигура 2: Функционална МРТ на главния мозък при здраво лице (А) и болен с инсулт в басейна на лява средна мозъчна артерия (В). При здрав индивид говорът предизвиква минимална активация в дясната хемисфера. Болните с увреда на лява хемисфера реализират говора си чрез значителна ко-активация на дясната неинсултна хемисфера.

А.      Б.

  

І. Биологично възстановяване (реституция) на периинфарктните (penumbra) зони в острата фаза на инсулта

Приема се, че тези зони са структурно интактни, с гранична перфузия, имат краткотраен потенциал за преживяемост, който е недостатъчен за компенсиране на нарушените функции. Показано е, че при над 90% от болните зоните на penumbra се преобразуват в мозъчен инфаркт след 3-я час от началото на инцидента, макар че в редки случаи то може да продължи до 42 часа. Това определя и лимитирания времеви прозорец за реканализация при острите исхемични мозъчни инсулти:

  • до 3-4.5 часа от началото на инцидента при интравенозната тромболиза,
  • до 6-я час при интраартериалната тромболиза,
  • до 6-12 час при механичната тромбектомия, но само при подбрана група от пациенти.

ІІ. Адаптивна реорганизация чрез ангажиране на нови невронални мрежи, които въздействат върху крайните екзекутивни пътища за реализиране на функцията

Главните механизми на възстановяване се свързват с използването на остатъчните десцендентни двигателни пътища, които са незасегнати от мозъчната лезия и двустранно представени[7]. Възникват адаптивни промени в неинсултната хемисфера, които демаскират в различна степен нормално съществуващите ипсилатерални пътища в зависимост от локализацията и тежестта на мозъчната увреда и най-често се асоциират с огледални движения в крайниците.

ІІІ. Използване на компенсаторни стратегии (различни от нормалния отговор) при осъществяване на определена задача – заместващо поведение или обучение на болния за компенсиране на неговия двигателен дефицит

За разлика от бавнорастящите мозъчни тумори, мозъчният инсулт предизвиква остра мозъчна диасхиза, асоциираща се с намален регионален кръвен ток и снижен метаболизъм. При супратенториалните инсулти настъпва диасхиза в контралатералната малкомозъчна хемисфера и гръбначния мозък (кортикоспинална диасхиза), като проучвания с позитронна емисионна томография (ПЕТ) показват, че кортикалните зони на диасхиза са над 13 пъти по-широки от самата инфарктна зона[10,11]. Съществува схващане, че възстановяването на мозъчните функции след инсулт се асоциира с поетапно обратимо развитие на диасхизата, което нормализира дейността на функционално подтиснатите невронални структури. Процесът обхваща инфарктната и неинфарктната хемисфера посредством аксоните на corpus callosum (т.нар. „комисурална диасхиза”). След 6-я месец с ПЕТ се установява организиране на нова невронна мрежа, която се припокрива топографски с увредената от инсулта преморбидна мрежа.

Едва през последните години се наблюдава повишен научен интерес към болните с хронична хемипареза, което се обуславя от голямата социалната значимост на мозъчносъдовата болест във всички страни на света и високия процент на трайна инвалидност сред преживелите инсулт. Подобни проучвания установяват двустранни промени в двигателния контрол, при които участието на непаретичната страна доминира и корелира с тежестта на мозъчната увреда и възможности­те на мозъка за реорганизация[2-5]. Болните сами избират своя предпочитан патерн на движение като оптимално и адаптивно поведение при наличие на хроничен дефицит. Така индивидуалната вариабилност в крайния двигателен изход на бол­ните се определя от естествения постинсултен ход на възстановяване, терапевтичното въздействие и индивидуалните човешки възможности за функционална мозъчна реорганизация, които детерминират поведенческите компенсаторни реакции в хроничния стадий на инсулта.

Бурното развитие на науката през последните десетилетия дава възможност да надникнем в тайните на мозъка и неговото дълголетие.

Проучванията показват, че мозъкът на всеки човек е уникален и няма аналог. Той притежава висока невропластичност и възможност да се реорганизира, променя и самообновява. Съдържа стволови клетки във всички възрасти с висок капацитет за обучение и реобучение в специализирани нервни клетки. Въвеждането на 3-измерно биопринтиране на тъкани и органи, произведени от собствен биологичен материал (кожа, кости, черен дроб, сърдечни мускули и клапи, ембрионални стволови клетки и др.), открива нова ера в репаративната медицина и перспектива за създаване на биороботи, подпомагащи мозъчната реорганизация и човешките дейности.

Съвременната медицина е насочена към търсене на нови механизми за стимулиране на мозъчната невро­пластичност и реорганизация, възстановяване на мозъчните функции в случай на увреждане (стволова терапия, ендоваскуларно лечение, 3-измерно биопринтиране на мозъчни стволови клетки др.) и прилагане на нови методи за неврорехабилитация след инсулт (огледална терапия, транскраниална магнитна стимулация, биороботи и др.), което допринася за повишаване на качеството на живот на болните и техните семейства и спомага за социалната им реинтеграция в обществото.

 
  
 
 

 
книгопис:
1.    Нобелови награди. Уикипедия. https://bg.wikipedia.org/wiki/.
2.    Титянова Е. Индикатори за двустранно променен двигателен контрол на походката при хронична хемипареза след супратенториален мозъчен инсулт. Афтореферат на дисертационен труд за присъждане на научна степен “доктор на науките”, С., 2007.
3.    Титянова Е, Любенова Д. Хемипаретична походка след мозъчен инсулт. Съвременни методи на изследване и неврорехабилитация. Коти ЕООД, С., 2016.
4.    Heald A, Bates D, Cartlidge NE, et al. Longitudinal study od central motor conduction time following stroke. 2. Central motor conduction measured within 72 h after stroke as a predictor of functional outcome at 12 months. Brain 116, 1993: 1371-1385.
5.    Kwakkel G, Kollen B, Lindeman E. Understanding the pattern of functional recovery after stroke: facts and theories. Restor Neurol Neurosci 22, 2004: 281-299.
6.    Luria AR. Restoration of function after brain injury. Pergamon Press Ltd, Oxford, England, 1963.
7.    Nudo RJ, Plautz EJ, Frost SB. The role of adaptive plasticity in recovery of function after damage to motor cortex. Muscle Nerve 24: 2001, 1000-1019.
8.    Pantano P, Formisano R, Ricci M, Di Piero V, Sabatini U, Di Pofi B, Rossi R, Bozzao L, Lenzi LG. Motor recovery after stroke. Morphological and functional brain alterations. Brain 119, 1996: 1849-1857.
9.    Seitz RJ, Azari NP, Kmorr U, Binkofsky F. The role of diaschisis in stroke recovety. Stroke 30, 1999: 1844-1850. .
10.    Twitchell TE. The restoration of motor function following hemiplegia in man. Brain 54, 1951, 443 481.
11.    Von Monakow C. Die Lokalisation im Grobhirn und der Abbau der Funktion durch Kortikale Herde. Wiesbaden, Bergman, 1914.