Сотрудники Института физиологии им. Павлова РАН подтвердили взаимосвязь между активностью нейронных сетей спинного мозга, управляющих мочеиспусканиеми локомоцией. Это означает, что двигательная тренировка и стимуляция спинного мозга могут способствовать восстановлению функций системы нижних мочевыводящих путей у пациентов с травмой спинного мозга. Дальнейшие исследования нейронов спинного мозга помогут оптимизировать стратегии нейрореабилитации и разработать интерфейсы нейропротезирования для пациентов. Результаты исследования опубликованы в Experimental Neurology.
Тяжелая травма спинного мозга часто приводит не только к нарушениям сенсомоторного контроля и параличу, но и к нарушению вегетативных функций, включая рефлекторный и произвольный контроль мочеиспускания. У парализованных людей нередко отмечаются разнообразные нарушения функций мочевыводящих путей: отсутствующее или бесконтрольное мочеиспускание.
Ранее в Институте физиологии им. Павлова была доказана эффективность эпидуральной электростимуляции спинного мозга для восстановления двигательных способностей у людей и животных с травмой спинного мозга. В новом исследовании группа ученых из нескольких лабораторий изучали взаимодействие между системами мышц, осуществляющих мочеотведение и локомоцию животного, а также согласованную работу нейрональных аппаратов, управляющих этими системами.
В первой части исследования ученые вживляли электроды в мышцы нижних конечностей (шесть мышц бедра, колена и голеностопа) и в мышцы, необходимые для мочеиспускания и удержания мочи (детрузор мочевого пузыря и наружный уретральный сфинктер), и одновременно регистрировали активность этих во время разнообразных тестов активной ходьбе вперед или назад, пассивной ходьбе, в покое.
В результате ученые выявили четкую согласованность между работой мышц конечностей и мышцами мочеиспускания при ходьбе. Она предполагалась и ранее, но сотрудники Института физиологии им. Павлова доказали ее наличие.
Во второй части исследования ученые регистрировали и визуализировали нейронные сети, которые управляют одновременно двумя процессами: локомоцией и мочеиспусканием.
«Сегодня существуют методики, которые позволяют визуализировать прямо на срезах спинного мозга те клетки, которые активно задействовались при выполнении конкретной высокоинтенсивной задачи. Если животное ходит, например, в течение 2 часов, то постепенно в нейронах, которые активно задействованы в этой задаче, усиливается экспрессия так называемых «генов раннего ответа» (для них характерная очень быстрая индукция в ответ на широкий спектр воздействий). В своих исследованиях мы рассматривали активность одного из генов раннего ответа – с-fos», – рассказала Наталья Меркульева, первый автор исследования.
Исследователи обнаружили, что электростимуляция не только инициирует пошаговые движения задних конечностей вперед и назад в зависимости от направления беговой дорожки, но также меняет активность мочевыделительной системы. Хотя нельзя исключить непосредственное влияние электростимуляции на висцеральные пути спинного мозга, ученые обнаружили, что электромиографические сигналы в детрузоре и нижнем уретральном сфинктере не согласовывались с частотой электростимуляции, а также могли продолжаться в течение нескольких секунд после её прекращения. Более того, аналогичная схема активации нижних мочевыводящих путей была получена при пассивных движениях задних конечностей, реализуемых мануально без применения электростимуляции. Это позволяет полагать, что на полученный эффект активации мочевого пузыря определяется именно интегративными взаимодействиями между спинальными нейронами, контролирующими локомоцию и мочевыделение.
Таким образом, имеющиеся данные указывают на то, что ходьба вперед и ходьба назад по-разному активируют нейрональные сети, которые управляют работой мочевого пузыря и сфинктера и приводят к появлению продукта гена с-fos в структурах спинного мозга.Ученые предполагают, что это происходит потому, что разные мышцы активны при ходьбе назад и при ходьбе вперед.
«Мы были удивлены, когда увидели, что при ходьбе назад в определенных зонах спинного мозга количество клеток, которые синтезируют белок с-fos, увеличивается в несколько раз, по сравнению с ходьбой вперёд.У нас пока нет четкого понимания, почему так происходит; есть только гипотезы. В настоящее время мыпродолжаем исследования, чтобы ответить на этот вопрос», – рассказала Наталья Меркульева.
Дальнейшая работа ученых будет направлена на создание методик, которые в будущем помогут пациентам восстанавливать работу мочевыводящих путей.
Текст: Институт физиологии
neuronovosti.ru/hodba-i-mocheispuskanie-svyazany-nejronnymi-setyami-spinnogo-mozga/