Постинсультная спастичность: периферические механизмы патогенеза
На правах рукописи
КАТУШКИНА
Элина Анатольевна
ПОСТИНСУЛЬТНАЯ СПАСТИЧНОСТЬ: ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПАТОГЕНЕЗА
14.01.11 – Нервные болезни
03.03.01 - Физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва -2011
- Работа выполнена в ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздравсоцразвития РФ.
- Научные руководители:
- доктор медицинских наук Зиновьева Ольга Евгеньевна
- доктор биологических наук, профессор Шенкман Борис Стивович
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор Меркулова Дина Мироновна
доктор медицинских наук Умрюхин Павел Евгеньевич
Ведущая организация:
Учреждение Российской академии медицинских наук Научный центр неврологии РАМН.
Защита диссертации состоится «_____»__________________ 2011 г. в «_____» часов на заседании Диссертационного Совета Д 208.040.07 при ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (119991, Москва, ул. Трубецкая д.8, стр. 2).
С диссертацией можно ознакомиться в ГЦНМБ ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (117998, Москва, Нахимовский проспект, д. 49).
Автореферат разослан «_____»____________________2011 г.
Ученый секретарь
Диссертационного Совета
доктор медицинских наук,
профессор Дамулин Игорь Владимирович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В России ежегодная заболеваемость инсультом составляет свыше 450 тысяч случаев [Кадыков А.С. и колл., 2002]. Около 80% больных, перенесших острое нарушение мозгового кровообращения становятся инвалидами. Наиболее частой причиной инвалидизации данной категории пациентов являются двигательные нарушения, представленные спастическим парезом.
Известно, что степень пареза может уменьшаться в течение первого года после инсульта, в то время как спастичность может нарастать. Так, по данным ряда иследований, через 3 месяца после перенесенного инсульта спастичность выявлялась у 19%, а через 12 месяцев - у 21-39% пациентов [Watkins C., 2000; Sommerfeld D. K., et al., 2004]. При одинаковой степени пареза функциональная активность пациентов выше в отсутствие спастичности [Ryu J. S. et al, 2010].
Патофизиологические механизмы постинсультной спастичности (ПС) остаются недостаточно изученными. Наименее изученным звеном патогенеза ПС является состояние скелетных мышц. Результаты нейрофизиологического и морфологического обследования свидетельствуют о наличии структурно-функциональных изменений скелетных мышц, формирующих биомеханический компонент спастичности, однако данные немногочисленных исследований в этой области нередко противоречивы и недостаточны для понимания патологических процессов, развивающихся в скелетных мышцах [Huang C. Y. et al, 2006].
На сегодняшний день ни один из способов лечения не позволяет решить проблему спастичности, что связывают, в том числе, со структурными изменениями скелетных мышц, поддерживающими и усугубляющими спастичность. Необходимы дальнейшие исследования с целью углубления имеющихся представлений о патогенетических механизмах церебральной спастичности и разработки патогенетически обоснованных методов коррекции.
Цель исследования
Изучить механизмы развития и роль структурно-функциональных нарушений скелетных мышц в патогенезе постинсультной спастичности.
Задачи исследования
- исследовать функциональное состояние верхнего мотонейрона при ПС;
- оценить возбудимость сегментарного аппарата спинного мозга при ПС;
- оценить состояние основных сократительных и цитоскелетных белков миофибрилл в спастичной мышце;
- оценить состояние внеклеточного матрикса и его роль в формировании ПС;
- изучить особенности капилляризации мышечной ткани при ПС;
- сопоставить полученные данные на разных сроках ПС.
Научная новизна
В работе впервые проведена комплексная оценка состояния нескольких уровней организации движений при ПС, в результате чего получены данные о нарушениях функции двигательных путей центральной нервной системы, сегментарного аппарата спинного мозга, а также структурно-функциональных изменениях скелетных мышц на разных сроках ПС.
Впервые выявлено, что в отдаленные сроки после инсульта происходит частичная компенсация изменений проводимости по корковоспинномозговым трактам; при этом изменения возбудимости спинного мозга носят стойкий характер.
Впервые показано, что уже на ранних сроках после инсульта происходит ряд структурных изменений скелетной мышцы, центральным звеном которых является трансформация миозинового фенотипа в «быструю» сторону, что значительно усугубляется со временем. Трансформация миозинового фенотипа сопровождается снижением капилляризации мышцы, в меньшей степени – нарастанием вариабельности размеров миофибрилл и централизацией ядер мышечных волокон. Впервые при церебральной спастичности исследованы матричные белки мышечного волокна, выявлена их частичная деструкция.
Практическая значимость работы
Установлено, что изменение структуры скелетных мышц при спастичности связано, прежде всего, с трансформацией фенотипа мышцы в сторону преобладания в ней «быстрых» волокон, что, по данным литературы, является обратимым при повышении активности мышцы. Полученные данные указывают на необходимость повышения работы мышц с введением в реабилитационную программу пациентов упражнений, направленных на активацию «медленных» волокон, прежде всего, концентрических физических упражнений.
Положения, выносимые на защиту
- Двигательные нарушения при постинсультном спастическом гемипарезе обусловлены поражением как центральной нервной системы, так и самой скелетной мышцы.
- В отдаленные периоды после инсульта происходит улучшение функции проводимости по корковоспинномозговому пути при сохраняющейся дисфункции сегментарного аппарата спинного мозга.
- В ответ на повреждение корковостволовых и спинально-сегментарных уровней организации движений в скелетной мышце происходит прогрессирующая трансформация сократительного аппарата в виде увеличения доли легкоутомляемых волокон, которая сопровождается снижением капилляризации мышцы, что может усугублять двигательный дефект пациентов.
Апробация работы
Диссертационная работа была апробирована на совместном заседании кафедры нервных болезней лечебного факультета ГОУ ВПО Первый МГМУ им И.М. Сеченова Минздравсоцразвития России и лаборатории миологии ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН 24.05.2011 г., протокол №31.
Основные положения и результаты исследования были представлены в виде устных докладов и обсуждались на IX «Конференции молодых ученых, специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики» (Москва, 2010); 19-й Европейской конференции по инсульту (Барселона, 2010).
Личный вклад автора
Автору принадлежит ведущая роль в организации исследования, проведении клинического неврологического обследования, изучении биоптатов скелетных мышц, анализе и обобщении полученных результатов. Вклад автора является определяющим и заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования: от постановки задач, их реализации до обсуждения результатов в научных публикациях и докладах.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста; состоит из введения, 4 глав (обзора литературы, характеристики обследованных пациентов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения полученных результатов), заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, содержащего 24 отечественных и 121 иностранный источник. Диссертация иллюстрирована 5 таблицами и 17 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Пациенты и методы исследования
Обследовано 32 пациента, перенесших полушарный инсульт и имевших двигательный дефект в виде повышения тонуса задней группы мышц голени, которые находились на стационарном лечении в Клинике нервных болезней им. А.Я. Кожевникова (база кафедры) в период с 2008 по 2010 гг.
В исследование вошло 28 мужчин и 4 женщины в возрасте от 33 до 71 года, (средний возраст - 55,7±1,5 лет). Длительность после инсульта составила от 3 месяцев до 15 лет. В соответствии с задачами пациенты набирались в две подгруппы, исходя из давности перенесенного инсульта: в I подгруппу вошли пациенты, длительность после инсульта у которых составляла более 3 месяцев и менее 1,5 лет; во II подгруппу - более 3 лет. Контрольную группу составили 11 здоровых добровольцев.
Всеми пациентами подписано добровольное информированное согласие на проведение исследования, протокол которого был одобрен Межвузовским комитетом по этике при Ассоциации медицинских и фармацевтических вузов.
Клиническое обследование включало неврологический осмотр с оценкой функционального состояния двигательных нарушений в верхних и нижних конечностях. Сила мышц оценивалась по стандартной шестибалльной шкале; мышечный тонус - при помощи модифицированной шкалы Эшуорта (мШЭ).
Всем пациентам было проведено нейрофизиологическое обследование, которое включало транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) и стимуляционную электромиографию (ЭМГ).
ТМС проводилась на аппарате Нейро-МВП-4 («Нейрософт», Россия); оценивались возбудимость нейронов коры головного мозга (пороги вызванных моторных ответов - ВМО) и состояние двигательных проводящих путей (измерение времени центрального моторного проведения – ВЦМП).
ЭМГ проводилась на 4х-канальном миографе фирмы MBN (Россия); оценивалась возбудимость сегментарного аппарата спинного мозга по данным параметров F-волны, полученным при стимуляции срединного и большеберцового нервов (амлитуда F-волны, отношение средних апмлитуд F-волны к М-ответу - Fсредн./M) и Н-рефлекса (наличие Н-рефлекса в мышцах кистей, отношение максимальных амплитуд Н-рефлекса и М-ответа - Нmax/Mmax в камбаловидной мышце).
27 пациентам было проведено исследование биоптатов камбаловидной мышцы функционально пораженной стороны, полученных путем открытой биопсии. Непосредственно после забора отдельные пробы замораживались в жидком азоте. Дальнейшее хранение проводилось при температуре -84С.
Морфологические, иммуногистохимические исследования биоптатов скелетных мышц, а также гель-электрофорез десмина проводились в лаборатории миологии ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН; заведующий лабораторией - д.б.н., профессор, Шенкман Борис Стивович. Биохимическое исследование каркасных белков мышцы проводилось в лаборатории структуры и функции мышечных белков Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН (с.н.с. И.М. Вихлянцев), заведущая лабораторией – д.б.н., профессор Подлубная Зоя Александровна.
Поперечные срезы биоптатов толщиной 10 мкм подвергались следующим исследованиям.
Патоморфологический анализ с исследованием формы мышечных волокон (МВ), выявлением признаков фиброза, некроза, воспаления, жировой инфильтрации проводился при помощи окраски гематоксилином и эозином.
Иммунофлуоресцентное окрашивание с использованием моноклональных антител проводилось для определения доли волокон, содержащих тяжелые цепи миозина I (медленные с аэробным типом метаболизма) и II типов (быстрые гликолитические волокна), с последующим измерением площади поперечного сечения (ППС) МВ. Для изучения миозинового фенотипа анализировали не менее 200 МВ, для расчета размеров волокон – не менее 150-ти. Вариабельность размеров волокон рассчитывалась по формуле: коэффициент вариации = (Стандартное отклонение/Средняя ППС волокна)*100.
Метод двойного мечения также проводился для выявления коллагена IV типа с целью определения целостности базальной мембраны МВ.
Гистохимическое окрашивание с помощью окраски «амилаза-ШИК» (по Andersen et al., 1975) проводилось для определения количества капилляров, кровоснабжающих одно МВ и количества капилляров в 1 мм2; отбиралось не менее 5 полей зрения.
Для выявления изоформ коллагена I и III типа использовалась гистохимическая реакция Picrosirius Red (Direct Red) с выявлением окраски фосфомолибденовой кислотой [Miller et al., 2001]. Объем общего коллагена на поперечном срезе определяется следующим образом: Доля площади коллагена I типа + доля площади коллагена III типа / ППС среза (рамка измерений).
Выявление центральных ядер МВ проводилось при помощи окрашивания DAPI с целью оценки активности дегенеративно-регенеративных процессов в МВ; анализировали не менее 100 МВ.
Срезы фотографировали при 20- или 40-кратном увеличении с помощью флуоресцентного микроскопа Leica Q500MC (Германия) и фотокамеры Leica DC300, измерения проводили с помощью программы Leica Qwin.
Для определения содержания цитоскелетных белков МВ (титина, небулина, десмина) использовали гель-электрофорез с последующим иммуноблоттингом на нитроцеллюлозной мембране. Денситометрию белковых полос в геле проводили с помощью компьютерной программы Total Lab 1.11.
Статистическая обработка данных выполнялась с помощью статистических пакетов SAS 9.2, STATISTICA 9 и SPSS-19. Критическое значение уровня статистической значимости принималось равным 0,05. Для сравнения параметров групп использовались непараметрические методы: дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса и критерий Ван дер Вардена. Корреляционный анализ проводился с использованием коэффициента Кендалла и Спирмена. Данные в тексте представлены как M±m, где М – среднее, а m – ошибка среднего.
Результаты исследования
Характеристика двигательной сферы пациентов.
Все обследуемые могли самостоятельно передвигаться; из них 12 человек (37,5%) постоянно пользовались дополнительной опорой. Повышение тонуса в мышцах сгибателях кисти варьировало от 0 до 4 баллов, в задней группе мышц голени – от 2 до 4 баллов (рис.1). У 2 (6,3%) пациентов спастичность в ноге не сочеталась со спастичностью в руке.
Рис. 1. Степень спастичности по мШЭ в мышцах функционально пораженных конечностей пациентов
Глубина пареза в мышцах как верхних, так и нижних конечностей варьировала от 0 до 5 баллов (рис. 2). Спастичность не сочеталась с парезом у 3 (9,4%) пациентов в мышцах руки и у 6 (18,8%) пациентов в мышцах ноги. Отмечалась тенденция к нарастанию спастичности при более грубом парезе.
Рис. 2. Сила мышц функционально пораженных конечностей пациентов
В I подгруппу вошло 15 (46,9%), во II – 17 (53,1%) пациентов. Пациенты различались по возрасту: в I подгруппе средний возраст составил 51,8±2,6 лет, во II подгруппе – 58,3±1,7 (p<0,05). Другие клинические показатели были распределены в подгруппах равномерно: статистически значимых различий в глубине пареза и степени спастичности не было. 5 пациентов из I подгруппы и 7 пациентов из II подгруппы постоянно пользовались дополнительной опорой при ходьбе. Давность инсульта в среднем составила 11±1,8 месяцев в I подгруппе и 5,8±0,6 лет во II подгруппе.
Биопсия камбаловидной мышцы была проведена 13 пациентам I подгруппы и 14 пациентам II подгруппы.
Данные нейрофизиологических исследований.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС).
В целом по группе исследование функции верхнего мотонейрона (МН) выявило снижение возбудимости корковых нейронов на пораженной стороне, что проявлялось повышением порога ВМО для обеих пораженных конечностей по сравнению с интактной стороной (p<0,03) (табл. 1А).
Таблица 1.
Данные ТМС
| Порог ВМО, % | ||
| m. abductor pollicis brevis (норма 55-75%) | m. tibialis anterior (норма 60-75%) | |
| интактная / пораженная | интактная / пораженная | |
| Группа в целом | 72,8± 2,6 / 93,2 ±2,4** | 82,9±2,6 / 95,4±2,0** |
| Подгруппа I | 70,5±3,7 / 96,9±3,0** | 84,2±2,5 / 97,3±2,6** |
| Подгруппа II | 75,5±4,3 / 89,6±3,7** | 78,0±4,5 / 93,5±3,0** |
1A. Пороги вызванных моторных ответов; * - p <0,05; ** - p<0,01
| ВЦМП, мс | ||
| Кортикоцервикальный тракт (норма 9,6±1,1) | Кортиколюмбальный тракт (норма 16,6±1,2) | |
| интактная / пораженная | интактная / пораженная | |
| Группа в целом | 9,5±0,3 / 24,1±3,9** | 17,3±0,3 / 25,0±1,1** |
| Подгруппа I | 9,7±0,3 / 33,4±5,9** | 16,9±0,4 / 27,2±1,3** |
| Подгруппа II | 9,3±0,5 / 16,0±4,5 | 17,5±0,5 / 23,6±1,5* |
1Б. Время центрального моторного проведения; * - p<0,05; ** - p<0,01
Также обнаружено нарушение функции проводимости по кортикоспинальным трактам (КСТ) в виде значимого увеличения ВЦМП на пораженной стороне для верхних и нижних конечностей (p<0,001). При этом на клинически интактной стороне показатели ВЦМП по кортикоцервикальным и по кортиколюмбальным путям соответствовали норме (табл. 1Б).
При сопоставлении указанных изменений с клиническими характеристиками было выявлено, что повышение порога ВМО для мышц верхней конечности коррелировало с глубиной пареза в ней (коэффициент корреляции r= -0,322, p<0,05). Выявлена отрицательная корреляция между ВЦМП по КСТ на стороне поражения и силой в пораженных конечностях.
Значимые различия возбудимости корковых МН между пораженной и клинически интактной сторонами сохранялись внутри обеих подгрупп (p<0,01). Во II подгруппе выявлено значимое улучшение проводимости по КСТ, что проявлялось в уменьшении абсолютных значений ВЦМП и разницы между ВЦМП пораженной и интактной сторон, p<0,05 (рис. 3).
Рис. 3. ВЦМП по пораженным КСТ на разных сроках после инсульта, мс. # – разница между подгруппами I и II, p<0,05; * - разница между подгруппой II и нормой, p<0,05.
Электромиография (ЭМГ)
При ЭМГ исследовании у 23 (73%) пациентов выявлены признаки повышения возбудимости сегментарного аппарата СМ в виде появления «гигантских» F-волн (F-волн с амплитудой >1000 мкВ), повышения Fср./M >5% и отношения Нmax/Мmax, а также наличия Н-рефлекса в мышцах кисти (табл. 2). Достоверно чаще все признаки гипервозбудимости выявлялись на клинически пораженной стороне.
Наличие «гигантских» F-волн зафиксировано у 18 (57%) пациентов, причем у 12 (36%) - только в руках, у 1 (3%) - только в ногах. Наличие Н-рефлекса в мышцах кисти было выявлено у 17 (53%) больных.
Показатель Fср./M превышал 5% у 20 (64%) пациентов, при этом значимое повышение данного показателя было зафиксировано при исследовании n. medianus на клинически пораженной стороне по сравнению с интактной стороной (р<0,01) и с нормой (p<0,05), чего не получено для n. tibialis (р>0,1).
Отношение Нmax/Мmax было значимо повышено на клинически пораженной стороне по сравнению с интактной стороной (р<0,01), однако абсолютные значения указанного параметра соответствовали границам нормы.
Не было выявлено значимых корреляций между показателями ЭМГ и выраженностью пареза или спастичности, а также между данными ТМС и ЭМГ.
Таблица 2.
ЭМГ-характеристики подгрупп
| F/M (n. medianus), % (норма 5) | F/M (n. tibialis), % (норма 5) | Н/М (m. soleus), % (норма 35-75%) | |
| интактная / пораженная | интактная / пораженная | интактная / пораженная | |
| Группа в целом | 2,9±0,3 / 9,9±1,8** | 4,3±0,4 / 4,4±0,8 | 30,4±3,4 / 49,4±4,6** |
| Подгруппа I | 2,8±0,3 / 6,6±1,1* | 3,9±0,4 / 4,0±0,9 | 28,1±4,0 / 55,4±5,9** |
| Подгруппа II | 2,9±0,5 / 12,8±3,4* | 4,5±0,8 / 4,8±1,4 | 31,8±5,8 / 45,7±7,7 |
2А. Количественные параметры. * - p<0,05; **- p<0,01
| Наличие «гигантских» F-волн | H-рефлекс m. abductor pollicis brevis интактная / пораженная | ||
| n. medianus интактная / пораженная | n. tibialis интактная / пораженная | ||
| Группа в целом | 2 (6%) / 14 (42%) | 3 (9%) / 3 (9%) | 3 (9%) / 14 (42%) |
| Подгруппа I | 2 (6 %) / 5 (15%) | 2 (6%) / 1 (3%) | 1 (3%) / 5 (15%) |
| Подгруппа II | 0 / 9 (27%) | 1 (3%) / 2 (6%) | 2 (6%) / 9 (27%) |
2Б. Качественные параметры.
Повышение Fср./M при стимуляции n. medianus на функционально пораженной стороне по сравнению с клинически интактной стороной сохранялось в обеих подгруппах (р<0,05), однако нормативные показатели были превышены лишь во II подгруппе (р<0,05). Напротив, отношение Нmax/Мmax было повышено на функционально пораженной стороне по сравнению с клинически интактной стороной только в I подгруппе (рис. 4).
Рис. 4. Динамика показателй Fср./М n. medianus и Нmax/Mmax m. soleus на разных сроках после инсульта. # - разница между пораженной и непораженной стороной, p<0,05
Исследование биоптатов камбаловидной мышцы.
Морфологическое исследование не выявило признаков некроза, фиброза, признаков жировой инфильтрации МВ.
Иммунофлюоресцентное исследование.
Характеристика мышечных волокон.
Выявлена трансформация миозинового фенотипа в сторону увеличения доли мышечных волокон, содержащих «быстрые» ТЦМ II типа в обеих подгруппах по сравнению с контролем (p<0,01), при одновременном уменьшении доли «медленных» волокон, содержащих ТЦМ I типа (р<0,01). При сравнении I и II подгрупп между собой выявлено, что в группе с длительной спастичностью прогрессивно увеличивалась доля волокон II типа, p=0,05, при уменьшении доли волокон I типа, р=0,01 (табл. 3, рис. 5).
Рис. 5. Трансформация типов ТЦМ. # -разница с группой контроля;*-с подгруппой I; p<0,05.
В обеих подгруппах не обнаружено значимых изменений размеров волокон I и II типов по сравнению с контролем. Также не выявлено значимых различий размеров волокон между подгруппами (табл. 3). Индивидуальный анализ показал, что волокна I типа имели тенденцию к кластеризации в диапазоне средних цифр ППС; диапазон размеров ППС волокон II типа был шире, а пациенты были распределены более равномерно в пределах данного диапазона.
Было выявлено значительное повышение вариабельности размеров мышечных волокон I и II типов у пациентов с постинсультной спастичностью по сравнению с контролем; между подгруппами значимых различий не обнаружено (табл. 3). Нарастание вариабельности размеров МВ сопутствовало трансформации миозинового фенотипа в «быструю» сторону.
Таблица 3.
Характеристика миозинового состава мышцы
| ТЦМ I | ТЦМ II | |||||
| Контроль | Подгруппа I | Подгруппа II | Контроль | Подгруппа I | Подгруппа II | |
| Доля, % | 77,3±4,6 | 59,9±2,6 | 36,8±6,4 | 22,6±4,6 | 49,5±3,3* | 66,5±5,7* |
| ППС, µм2 | 5597±340 | 5132±448 | 5754±494 | 6573±577 | 5758±828 | 5899±593 |
| Коэфф. вариации, % | 6,2±0,5 | 37,3±5,5* | 29,1±2,9* | 4,4±0,8 | 40,9±5,1* | 34,3±2,6* |
*- сравнение с контрольной группой, p<0,05; -разница между подгруппами I и II, p<0,05.
Анализ централизации ядер МВ.
Выявлено увеличение количества центральных ядер в обеих группах по сравнению с контролем: в I подгруппе данное число составило 7,4±1,7, во II подгруппе – 8,5±1,8; контроль – 3,0±0,7 (p<0,05). При этом централизация ядер сопровождала увеличение ППС волокон, содержащих ТЦМ II (r=0,48, р<0,01).
Исследование состояния базальной мембраны МВ (коллаген IV типа) не обнаруживало нарушений ее целостности при постинсультной спастичности в обеих подгруппах.
Гистохимическое исследование
Исследование содержания коллагена I, III типов не выявило значимого увеличения содержания коллагена в мышце.
Анализ капилляризации мышечной ткани выявил значитемое снижение плотности капилляров в обеих подгруппах по сравнению с контролем, p<0,01 (табл. 4). Также выявлена тенденция к снижению количества капилляров, кровоснабжающих одно МВ, в обеих подгруппах, что положительно коррелировало с долей волокон I типа (r=0,47, р=0,01) и с площадью ППС волокон обоих типов (для I типа r=0,64, p<0,00; для II типа r=0,52, p<0,00). Другими словами, по мере усиления трансформации миозинового фенотипа в «быструю» сторону уменьшалась ППС волокон и капилляризация одного МВ.
Таблица 4.
Капилляризация мышцы
| Контроль | Подгруппа I | Подгруппа II | |
| Плотность капилляров в 1 мм2 | 305±12,2 | 243,7±16,9* | 223,9±13,9* |
| Количество капилляров на 1 МВ | 1,8±0,1 | 1,6±0,1 | 1,5±0,2 |
*- сравнение с контролем, p<0,05
Гель-электрофорез цитоскелетных белков мышечного волокна.
По данным биохимического анализа биоптатов выявлено снижение содержания основного каркасного белка для миозиновых цепей – титина - в обеих исследованных группах по сравнению с контролем (p<0,01). Между подгруппами значимых различий не выявлено (p>0,1).
Содержание небулина (матричного белка для актина) и десмина (белка, участвующего в формировании промежуточных филаментов), было значимо снижено в I подгруппе (р<0,05), в то время как во II подгруппе данные показатели не отличались от таковых контрольной группы.
Следует отметить, что все исследуемые параметры не имели значимых связей с клиническими характеристиками пареза и спастичности у пациентов.
ОБСУЖДЕНИЕ
В результате проведенного комплексного обследования больных с постинсультной спастичностью (ПС) получены данные о нарушениях функции двигательных путей центральной нервной системы (ЦНС), сегментарного аппарата спинного мозга (СМ), а также структурно-функциональных изменениях скелетных мышц на разных сроках после инсульта.
При ТМС было выявлено снижение возбудимости корковых МН пораженной гемисферы, что согласуется с данными других авторов [Cicinelli P. et al., 1997; Swayne O.B. et al., 2008; Perez M.A. et al., 2009]. Однако в нашем исследовании показано, что повышение порога возбудимости корковых МН пораженной гемисферы является достаточно стабильным показателем: значимых различий между I и II подгруппами выявлено не было. Повышение порога ВМО было зафиксировано и на клинически интактной стороне, что свидетельствует о распространенном характере функциональных нарушений в моторной коре головного мозга.
Снижение возбудимости корковых МН коррелировало с глубиной пареза в руке, но не в ноге, что, вероятно, связано с различием организации кортикоспинальных проекций: количество моносинаптических связей КСТ максимально для альфа-мотонейронов, иннервирующих мышцы кистей [Козаров Д., 1983; Никитин С.С. и соавт., 2003]. В литературе есть работы, которые подтверждают наши данные [Cicinelli P. et al., 1997; Cruz Martinez A. et al., 1998; Thickbroom G.W. et al., 2002], в то время как другие исследователи не выявляют аналогичных корреляций [Butefisch C.M., 2003; Swayne O.B., 2008].
Другим результатом, полученным при ТМС, было замедление скорости проведения по поврежденным КСТ, что коррелировало с глубиной пареза в конечностях. Нарушение функции КСТ было максимальным в I подгруппе пациентов, во II подгруппе проводимость значимо улучшалась. Увеличение ВЦМП было показано ранее при различных заболеваниях головного мозга, сопровождавшихся развитием спастического пареза [Takeuchi N. et al., 2007; Wheaton L.A. et al., 2009]. Однако нам не встретилось указаний об улучшении проводимости по КСТ со временем, прошедшим после инсульта.
Исследование функционального состояния сегментарного аппарата СМ выявило признаки гипервозбудимости спинальных МН. Как качественные, так и количественные показатели гипервозбудимости были значительно более выражены на клинически пораженной стороне, что согласуется с результатами других исследователей [ Milanov I.G., 1992; Decq P., 2005; Choi I.S. et al., 2007]. Однако признаки повышенной возбудимости выявлялись и на клинически интактной стороне в 27% случаев, что было продемонстрировано и ранее [Thilmann A.F. et al., 1990]. Данный феномен может быть обусловлен рядом нейрофизиологических изменений в ЦНС: двусторонней афферентацией от мышечных веретен как к сегментарному аппарату СМ, так и к головному мозгу; спраутинг от соседних интернейронов СМ; выявленное при инсульте ипсилатеральное влияние корковых нейронов на сегментарный аппарат СМ [Gracies J., 2005; Stecina K. et al., 2007; Dyer J.,2009].
Наиболее чувствительным показателем функционального состояния сегментарного аппарата СМ в нашем исследовании было отношение Fср./М в руках. При этом со временем отношение амплитуд Fср./M в руках имело тенденцию к нарастанию. В ногах данный показатель оказался нечувствительным (различий между пораженной и интактной сторонами не получено). Следует отметить, что изменение отношений амплитуд Fср./M не коррелировало ни с силой, ни со степенью спастичности по шкале Эшуорта.
Показатели гипервозбудимости сегментарного аппарата СМ были выражены более значительно в руках, чем в ногах. Возможно, это связано с относительно большей активностью клинически пораженных нижних конечностей пациентов и, как следствие, с большим потоком афферентных импульсов от конечности, что способствует изменению активности как моторной коры, так и сегментарного аппарата СМ на соответствующем уровне.
Таким образом, в отдаленные сроки после инсульта происходит частичная компенсация функции КСТ, при этом изменения возбудимости СМ со временем прогрессируют в сегментах, иннервирующих верхние конечности.
Основным результатом исследования камбаловидной мышцы стала трансформация миозинового фенотипа в сторону преобладания волокон II типа (обладающих высокой скоростью сокращения при низкой выносливости), что выявлялось уже на ранних сроках после инсульта и усугублялось со временем.
Трансформация миозинового фенотипа в «быструю» сторону была показана в предыдущих исследованиях [Olsson M.C. et al., 2006; Ponten E.M. et al., 2007; McKenzie M.J. et al., 2008]. Однако в литературе есть и противоположные результаты [Booth C.M. et al., 2001; Sommerfeld D.K. et al., 2004]. Возможно, указанные расхождения связаны с изучением разных моделей спастичности и неоднородностью пациентов по возрастным и клиническим характеристикам, что мы постарались учесть в нашей работе.
На сегодняшний день в генезе преобразования миозинового фенотипа рассматривают нарушение нейронального контроля активации мышцы, снижение активности мышцы, а также длительность спастических состояний [ Pette D., 2001; Giger J. et al., 2009; Ponten E. et al., 2007; Ryu J.S., 2010].
Скелетные мышцы обладают повышенной чувствительностью к изменению нейрональной активации: так, изменения экспрессии генов возникают в мышце уже через несколько часов после иммобилизации, что приводит к снижению синтеза актина и миозина I типа [Giger J.M. et al., 2009].
В экспериментальных исследованиях показан сдвиг экспрессии ТЦМ от медленных к быстрым фенотипам при снижении активности мышцы. Напротив, увеличение активности мышцы приводит к преобладанию медленного фенотипа [Pette D. et al., 2001; Ponten E.M. et al., 2007]. При этом, вероятно, глубина пареза не является непосредственным индикатором активности мышцы: по данным литературы даже у здоровых людей при гиподинамии выявляется увеличение быстрых форм миозина, и наоборот – тренировки могут приводить к преобладанию медленных форм [McKenzie M.J. et al., 2008].
Выявленное нами прогрессирование трансформации типов миозина со временем было обнаружено другими исследователями [Gracies J.M., 2005; Ryu J.S., 2010]. E.M. Pontn и P.S. Stl (2007) при ПС длительностью около 1,5 лет выявили увеличение доли волокон I типа, в то время как через 3 года после инсульта отмечали сдвиг в сторону экспрессии волокон II типа, в связи с чем авторы предложили выделять раннюю (до 1 года) и позднюю (более 3 лет) спастичность, на что мы ориентировались при подборе групп [Ponten E.M. et al., 2007]. Однако по нашим данным трансформация в быструю сторону происходит уже на ранних сроках ПС.
В нашей работе выявлена централизация ядер МВ, которая коррелировала с ППС волокон II типа, что, вероятно, свидетельствует о более активных пластических процессах в волокнах данного типа. В доступной нам литературе отсутствует информация относительно централизации ядер при спастичности.
В литературе обсуждается роль матричных белков скелетной мышцы (титин, небулин), а также десмина в генезе изменений механических свойств мышечного волокна [Friden J. et al., 2003; Olsson M.C. et al., 2006]. Однако исследования указанных белков при церебральной спастичности отсутствуют. В нашей работе были выявлены признаки деструкции титина в обеих подгруппах, что, вероятно, способствует усугублению двигательного дефекта пациентов с постинсультным спастическим гемипарезом.
Нами не обнаружено разрастание соединительной ткани в мышце при спастичности, что не согласуется с некоторыми предыдущими исследованиями [Williams P.E., 1988; Lieber R.L. et al., 2003]. Однако, подобно нашим данным, в одном исследовании не было выявлено разрастания соединительной ткани даже при наличии контрактур при спастичности [O'Dwyer N.J. et al., 1996].
Также нами выявлено снижение капилляризации мышечной ткани у пациентов со спастичностью, что сопутствовало трансформации миозинового фенотипа. Подобное сочетание представляется закономерным: капилляризация волокон II типа в норме несколько ниже, чем у волокон I типа, что может быть обусловлено отсутствием необходимости высокой оксигенации мышечных волокон II типа: известно, что сдвиг экспрессии тяжелых цепей миозина от медленных к быстрым фенотипам приводит к изменению метаболизма с аэробно-окислительного на гликолитический [Andersen P. et al., 1977; Scelsi R. et al., 1984; Pontn E.M. et al., 2007].
Таким образом, развитие спастического пареза в результате инсульта сопровождается изменением структуры пораженной скелетной мышцы, что усугубляется с течением времени и, вероятно, способствует ухудшению восстановления двигательных функций пациентов.
Подводя итог полученным результатам, следует отметить, что большинство изменений не имело связи с клиническими характеристиками пациентов, что отчасти связано с субъективностью оценки клинических данных. По данным L. Alibiglou с соавт. (2008), исследовавших степень пассивного сопротивления мышцы при спастичности при помощи специального аппарата, исключающего субъективный компонент в оценке спастичности, не было выявлено связи между объективными показателями спастичности мышцы и градациями мШЭ [Alibiglou L. et al., 2008]. Однако на сегодняшний день не разработаны доступные методики параклинической оценки раздельно неврального и механического компонентов спастичности [Pisano F. et al., 2000].
Изменения нейрофизиологических параметров и структуры скелетной мышцы соответствуют таковым при снижении двигательной активности. Несмотря на отсутствие корреляции выявленных изменений с глубиной пареза, судить о специфичности данных для спастичности можно с ограничениями, поскольку в исследование не были включены пациенты с парезом без спастичности.
Полученные результаты могут помочь определить подходы к реабилитации пациентов со спастическим парезом. Так, повышение активности мышцы способствует трансформации миозинового фенотипа в «медленную» сторону, что происходит при функциональной электрической стимуляции, но, в большей степени, при повышении произвольной активности мышцы [Gracies J.M., 2005; Ponten E.M. et al., 2007; McKenzie M.J. et al., 2008]. При этом в исследованиях на животных показано, что концентрические нагрузки (на плоской беговой дорожке) приводят к увеличению капилляризации мышцы, в то время как эксцентрические упражнения (на наклонной беговой дорожке) - к усугублению трансформации миозинового фенотипа в «быструю» сторону и снижению капилляризации мышцы [Cornachione A. et al., 2011], следует учитывать при разработке реабилитационных программ.
Полученные в исследовании данные позволяют расширить представления о механизмах двигательных нарушений при ПС. Анализ динамики изменений позволяет говорить о частичной обратимости некоторых нарушений в ЦНС и в скелетной мышце, а также разработать подходы к дифференцированной терапии указанных состояний.
ВЫВОДЫ
- При постинсультном спастическом гемипарезе происходит снижение возбудимости корковых мотонейронов, а также нарушение проводящей функции кортикоспинальных путей пораженной стороны. Со временем, прошедшим после инсульта, происходит значимое улучшение проводимости по кортикоспинальным путям, свидетельствующее о компенсаторных процессах, происходящих в центральной нервной системе.
- Постинсультный спастический гемипарез сопровождается повышением возбудимости сегментарного аппарата спинного мозга, не коррелирующим с выраженностью спастичности и значимо не изменяющимся со временем.
- При постинсультном спастическом парезе происходит трансформация миозинового фенотипа в сторону волокон, содержащих тяжелые цепи миозина II типа, обладающие низкой выносливостью при высокой скорости сокращения. При этом происходит частичная деструкция матричных белков мышцы – титина и небулина. Трансформация миозинового фенотипа имеет прогредиентный характер.
- При постинсультной спастичности не происходит значимого разрастания внеклеточного матрикса.
- Постинсультная спастичность сопровождается снижением капилляризации мышечной ткани; изменения капилляризации сопутствуют трансформации миозинового фенотипа мышцы.
- В целом структурно-функциональные изменения скелетных мышц происходят на ранних стадиях постинсультной спастичности и значительно усугубляются со временем. Основным звеном изменений мышцы является трансформация миозинового фенотипа в «быструю» сторону.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.
- Учитывая обратимость большинства выявленных изменений, следует стимулировать больных к увеличению физической активности.
- При значительном ограничении двигательных функций пациентов следует проводить пассивные методы активизации работы мышц, например, функциональную электростимуляцию.
- Анализ проведенных исследований позволяет рекомендовать концентрические физические упражнения для больных с постинсультной церебральной спастичностью.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Зиновьева О.Е., Шенкман Б.С., Катушкина Э.А. Состояние скелетных мышц при церебральной спастичности // Неврологический журнал. – 2008. – №6. - С. 42 - 48.
- Зиновьева О.Е., Шенкман Б.С., Катушкина Э.А. Патогенез церебральной спастичности // Укранський неврологiчний журнал. – 2009. - № 1. – С. 11 – 17.
- Kurushin V.A., Ogneva I.V., Katushkina E.A., Zinovieva O.E., Shenkman B.S. “Mechanical aspects of poststroke spasticity in human muscles” XXXVIII European Muscle Conference, Lille, France, 12-16 September 2009 // J. Muscle Res. Cell Motil. P. 31.
- Катушкина Э.А. «Трансформация миозинового фенотипа в «быструю» сторону и снижение капилляризации мышцы при постинсультной спастичности», Тезисы IX «Конференции молодых ученых, специалистов и студентов», посвященной Дню космонавтики, Москва, 14 апреля 2010г. // Материалы конференции. - М.: Учреждение Российской академии медико-биологических проблем РАН, 2010. – С. 44 - 45.
- Katushkina E.A., Zinovyeva O.E., Shenkman B.S., Yakhno N.N.. “Predominance of fast-twitch fibers and decreased capillary supply in post-stroke spastic soleus muscle”, XIX European Stroke Conference, Barcelona, Spain, 25-28 May 2010. // Cerebrovascular Diseases, 2010, Vol. 29 (Suppl.2).
- Зиновьева О.Е., Катушкина Э.А., Роговина Е.Г., Щербанина В.Ю., Шишов А.Я., Алекян Б.Г., Пурсанов М.Г. Ишемический инсульт в детском возрасте // Неврологический журнал. – 2010. - №5. – с.41-46.
Список сокращений
| ВМО ВЦМП КСТ МВ ППС ПС СМ ТМС ТЦМ ЦНС мШЭ ЭМГ | - - - - - - - - - - - - | вызванный моторный ответ время центрального моторного проведения кортикоспинальный тракт мышечное волокно площадь поперечного сечения постинсультная спастичность спинной мозг транскраниальная магнитная стимуляция тяжелые цепи миозина центральная нервная система модифицированная шкала Эшуорта электромиография |
