Главный исследователь Филиппа М. Уоррен, доктор философии, представила результаты 17 ноября на Neuroscience 2014, ежегодном собрании Общества нейробиологии. Это исследование представляет собой важный шаг вперед в усилиях по обращению вспять даже длительного паралича мышц диафрагмы, которые активируются нервными волокнами, отходящими от верхней части ствола мозга.
Когда эти волокна в спинном мозге повреждены, электрические сигналы из головного мозга не могут достигать двигательных нервов, которые покидают спинной мозг, чтобы активировать мышцы, контролирующие жизненно важные функции. Это новое исследование предлагает двухэтапный подход к устранению той части повреждения, которая блокирует эти сигналы.«Мы показываем, что респираторный паралич можно обратить вспять через длительные промежутки времени после травмы спинного мозга», — сказал Уоррен, исследователь нейробиологии в Медицинском центре MetroHealth, который является филиалом Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв. «Это может облегчить длительные страдания пациентов, получивших травмы, улучшая их качество и, возможно, продолжительность жизни».Исследователи сосредоточили свои исследования на группе нервов, которые простираются от центра контроля дыхания в стволе головного мозга до позвоночных уровней C3-C5 спинного мозга, расположенных в середине шеи.
Эти волокна или аксоны головного мозга контролируют мышцу диафрагмы в ее критической функции дыхания. Любое повреждение спинного мозга выше С3 позвонка может вызвать обширный паралич мышц, приводящий к затруднениям дыхания, но также и движению, регуляции сердечного выброса и сексуальной функции.
К сожалению, эти травмы в области шеи наиболее распространены среди людей, страдающих травмой спинного мозга.После травмы спинного мозга поврежденные нервные волокна отмирают, вызывая потерю связей между мозгом и мышцами тела.
Чтобы сохранить ткань сразу после травмы, на месте травмы образуется рубец, который простирается на несколько дюймов вверх и вниз по спинному мозгу. Эта рубцовая ткань очень плотная, содержит сахара, которые подавляют рост новых нейронов, и не уменьшаются в длине или интенсивности с течением времени. Следствием этого является то, что новые связи не могут формироваться, чтобы мышцы могли функционировать после травмы, что исключительно важно для дыхания.Паралич дыхательных мышц, вызванный травмой спинного мозга, вызывает низкий уровень кислорода в крови, увеличивает желание организма дышать и заставляет все функционирующие дыхательные мышцы работать тяжелее.
Дыхательной способности травмированного спинного мозга часто недостаточно, чтобы полностью поддерживать жизнь пациента. Однако, если в спинном мозге могут образовываться новые нервные волокна или соединения, то могут быть активированы проводящие пути для восстановления дыхательной функции.
Таким образом, исследователи Case Western Reserve разработали метод обработки места повреждения с помощью специально разработанного фермента, чтобы восстановить связи и применить респираторную терапию для укрепления оставшихся функционирующих дыхательных мышц.На лабораторных животных исследователи использовали комбинированную технику для восстановления дыхательной функции через много месяцев после травмы. Сначала они вводили фермент хондроитиназу в область дыхательных нервов в спинном мозге, чтобы удалить ингибирующие сахара из рубцовой ткани. Действие фермента позволило как формировать новые связи, так и стимулировать скрытые пути в респираторно-моторной системе.
Во-вторых, животные подвергались кратковременным условиям с низким содержанием кислорода, что заставляло их дышать тяжелее и быстрее, чтобы восстановить дыхательные мышцы. Такой подход к лечению называется перемежающейся гипоксией.Комбинированная инъекция ферментов и лечение периодической гипоксии повышает уровень серотонина. Обычно известно, что он помогает облегчить тревожные расстройства, но серотонин также действует в более широком смысле как нейротрансмиттер, помогающий стимулировать нервные клетки.
Увеличивая серотонин в нервных связях и в конкретных рецепторах самих волокон, исследователи смогли помочь восстановить функцию диафрагмы до нормального уровня у животных. Это открытие необычно не только потому, что функция парализованной мышцы была полностью восстановлена, но и потому, что исследователи смогли добиться дыхания у животных, которые были травмированы в течение полутора лет.«Замечательно реактивировать диафрагму и дыхание у хронически травмированного животного, которое большую часть жизни имело парализованную половину диафрагмы», — сказал Джерри Сильвер, доктор философии, профессор нейробиологии Case Western Reserve, который участвовал в исследовании.
Хотя эти результаты обнадеживают, необходимы дополнительные исследования, чтобы усовершенствовать лечение. Более двух третей животных в исследовании ответили на комбинированную стратегию лечения, в то время как лечение не оказало никакого эффекта на остальных животных.
Две трети животных, которые ответили на комбинированное лечение, возобновили нормальное дыхание, в то время как другая треть испытала беспорядочное дыхание в поврежденной мышце.Исследователи обнаружили, что животные с прерывистым дыханием были переполнены серотонином во время лечения. Простое решение заключалось в применении блокатора рецепторов серотонина, который вернул этим животным нормальное дыхание. В настоящее время исследователи продолжают изучать феномен перегрузки серотонином у животных, чтобы расширить свои знания о ферменте хондроитиназе / стратегии лечения перемежающейся гипоксии.
Хотя эта стратегия лечения имеет большие перспективы для использования на людях, ее необходимо сначала оптимизировать и показать, что она эффективна на более крупных животных, спинной мозг которых по размеру больше похож на спинной мозг человека.«Лечение увеличило прочность нервных связей не в месте повреждения, а там, где нервы диафрагмы выходят из спинного мозга», — сказал Уоррен. «Это может иметь огромные последствия для лечения пациентов с травмой спинного мозга. Наша работа дает новую надежду на то, что в будущем, возможно, появится возможность восстановить парализованную деятельность дыхательных мышц даже в течение длительного периода времени после тяжелой травмы позвоночника, что позволит пациентам дышать. снова нормально. "