Рассечение спинного мозга
Рассечение спинного мозга приводит к снижению активности вследствие отделения частей нервной системы от мышцы. Его выполняют у экспериментальных животных на уровне спинного мозга, обычно это Т12-Т13.
Снижение уровня активности. Как отмечал Liber (1992), рассечение спинного мозга приводит к немедленному параличу. Через 3-4 недели после спинализации развивается мышечная спастичность, ведущая со временем к продолжительной активности разгибателей без очевидной произвольной активации мышц.
В этом «парализованном» состоянии, однако, нервно-мышечная система по-прежнему может активироваться электрическим током и при соответствующей помощи, а также афферентной обратной связи животные могут выполнять локомоцию задней конечности на тредбане, причем сила, образуемая камбаловидной мышцей, практически такая же, как и у «нормальных» животных (Gregor et al., 1988; Lovely, Gregor, Roy, Edgerton, 1990).
Нервно-мышечные адаптации. Как и в случае иммобилизации или подвешивания конечности, рассечение спинного мозга приводит к мышечной атрофии с преимущественным воздействием на медленно сокращающиеся мышцы, а также конверсией мышечных волокон (West, Roy, Edgerton, 1986).
Наиболее очевидная конверсия мышечных волокон, а также уменьшение мышечной массы наблюдаются в мышцах одного сустава, обеспечивающих удержание веса. Камбаловидная и медиальная икроножная мышцы атрофируются соответственно на 45 и 30% через 2 недели после рассечения спинного мозга.
Снижается также доля мышечных волокон типа I и увеличивается число волокон типа II, что приводит к увеличению доли двигательных единиц типа FR в камбаловидной мышце и возрастанию количества двигательных единиц типа FF и F1 (промежуточные быстро сокращающиеся) в медиальной икроножной мышце. Спинализации не влияет на утомляемость камбаловидной мышцы (Gordon, Pattullo, 1993).
Что касается медиальной икроножной мышцы, степень утомляемости может изменяться в зависимости от возраста, в котором было осуществлено рассечение спинного мозга. У молодых животных не наблюдается влияние на степень утомляемости медиальной икроножной мышцы, в то же время, если рассечение спинного мозга выполняют взрослым животным, утомляемость медиальной икроножной мышцы повышается.
В результате рассечения спинного мозга изменяются свойства и соединения нейронов спинного мозга. Так, двигательные нейроны, иннервирующие камбаловидную мышцу, становятся менее возбудимыми и начинают напоминать нейроны, иннервирующие быстро сокращающуюся мышцу. Изменения включают снижение поляризации и увеличение реобазы (Соре, Bodine, Fournier, Edgerton, 1986).
Восстановление двигательных функции после травмы. Мы выяснили, что нервно-мышечная система обладает уникальными способностями адаптироваться. Например, может измениться структура сократительных и метаболических белков мышцы вследствие снижения активности, и мышца может восстановиться после повреждения, обусловленного эксцентрическими сокращениями.
Периферическая нервная система
Известно, что нервно-мышечная система способна в определенной степени восстановить функцию после повреждения периферического нерва. Нейроны в зрелой ЦНС неспособны к клеточному делению, следовательно, это восстановление зависит от способности нейронов реиннервировать соответствующие мишени.
При повреждении аксона дегенеративные изменения наблюдаются в аксоне дистально к месту повреждения, а также в нейроне. Через 2-3 дня после аксотомии сома начинает разбухать и может увеличиться вдвое; эндоплазматический ретикулум (окрашенный как субстанция Ниссля) распадается и перемещается к соме.
Распад субстанции Ниссля называется хроматолизом. Продолжительность этого процесса от 1 до 3 недель; он включает обширный белков, необходимых для регенерации аксона и образования отростков. Если отросток способен «захватить» оставшиеся миелиновые фрагменты, то, скорее всего, исходная мишень.
«Захват» соответствующего миелинового фрагмента, по-видимому, — критическая фаза процесса восстановления функции. Поскольку восстановление функции зависит от способности отростков реиннервировать соответствующие мишени, сущность травмы периферического нерва — важный показатель степени восстановления функции.
Вообще при полном рассечении нерва прогноз наихудший, частичная денервации — менее серьезная травма, а ушиб имеет минимальные по продолжительности последствия. Травмы, ведущие к отсечению ствола периферических нервов, обычно сопровождаются продолжительным расстройством двигательной и сенсорной функций, характеризующихся плохой восстанавливаемостью.
Существуют специальные хирургические методы, направленные на то, чтобы помочь регенерирующим аксонам выпустить отростки и реиннервировать исходные мишени. Эти методы приводят к значительному числу неправильно направленных реиннерваций (Thomas, Stein, Gordon et al., 1987). Последствием этих иннервации является то, что активация пула двигательных нейронов не приводит к избирательной активации одной мышцы.
Подобная реорганизация, несомненно, нарушает двигательную координацию при выполнении точных и тонкий действий. Подобное характерно и для сенсорных аксонов, что затрудняет локализацию сенсорного стимула. Кроме того, нарушается взаимосвязь между силой рекрутирования двигательных единиц (порог рекрутирования) и амплитудой силы сокращения.
Взаимосвязь часто используют как показатель упорядоченного рекрутирования, основанного на принципе размера, согласно которому небольшие единицы рекрутируются при небольшой силе. Отсутствие взаимосвязи между порогом рекрутирования и амплитудой сокращения свидетельствует о потере способности рекрутировать двигательные единицы в соответствии с размером и, следовательно, точно дифференцировать силу, образуемую мышцей.
Все изложенное выше указывает на плохую координацию тонких и точных движений. Процесс называется коллатеральным выпусканием отростков, поскольку отростки образуются в дистальном участке двигательного аксона вблизи мишени.
Все двигательные единицы пула компенсируют такие травмы нерва коллатеральным выпусканием отростков (Rafuse, Gordon, Orozco, 1992), степень которого зависит от количества волокон, которые были денервирована. Чем больше степень частичного поражения и, следовательно, денервирована больше мышечных волокон, тем выше степень коллатерального выпускания отростков и больше размер оставшихся неповрежденными двигательных единиц.
Коллатеральное выпускание отростков способно компенсировать «потерю» двигательных нейронов почти на 80%, причем количество двигательных единиц может увеличиваться в пять раз (Gordon, Yang, Ayer, Stein, Tyreman, 1993). Приведенные данные свидетельствуют, что при поражении периферического нерва на 80 % нервно-мышечная система способна восстановить способность образования максимальной силы.
Центральная нервная система
У ученых нет единого мнения относительно способности ЦНС восстанавливаться. Один из примеров способности реорганизации ЦНС — синаптогенез (образование новых синапсов), который наблюдается при повышенной активности (Keller, Arissian, Asanuma, 1992). Эта реорганизация, как считают, лежит в основе процессов, связанных с двигательным обучением и памятью. Другие попытки изучения процесса выпускания отростков ЦНС касались рассмотрения способности спинного мозга компенсировать удаление избранных путей и импульсов.
Существуют доказательства коллатерального выпускания отростков аксонами спинного мозга в препарата с сохраненным корешком. Кроме того, имеются очевидные примеры, восстановление функции в которых можно объяснить активацией находящегося в состоянии покоя нервного пути (или ряда синапсов), который не используется до тех пор, пока не будет прерван (нарушен) другой (основной) путь.
По-видимому, выпускание отростков в нормальной ЦНС происходит непрерывно. Одним из критических факторов в регенерации ЦНС является наличие или отсутствие рубцов, поскольку отростки не могут пройти через такие физические барьеры, как рубцы (шрамы), что значительно ограничивает процесс регенерации.