Восстановление нейронных связей после инсульта

По данным Всемирной организации здравоохранения, инсульт — одна из основных причин смерти в развитых странах. Если же инсульт не приводит к летальному исходу, то последствия для жизни человека становятся достаточно серьёзны: возможно нарушение двигательных и когнитивных функций, а также работы органов чувств. Но сейчас существуют различные методы восстановления мозга после инсульта, в том числе экспериментальные. Они разрабатываются и в России.

The Village встретился с нейробиологом, участницей «Научных боёв» Политехнического музея Гульнур Смирновой, которая занимается разработкой методов восстановления нейронов с помощью генной терапии, чтобы поговорить о том, что такое инсульт и как современная наука помогает людям, которые его перенесли.

— Давайте начнём с базовых понятий. Что такое инсульт?

— Инсульт — это острое, то есть очень быстрое, нарушение кровообращения мозга. Оно может быть вызвано несколькими факторами. Либо это тромб, перекрывающий просвет сосуда, и тогда это называется тромбозом кровеносных сосудов (или ишемическим инсультом). Либо это разрыв сосуда — и тогда это геморрагический инсульт. В обоих случаях кровь не доставляется к клеткам мозга, причины разные, а следствие одно — инсульт.

— То есть это в первую очередь связано с системой кровообращения?

— Да. Так же, как и инфаркт сердца, — это тоже нарушение кровоснабжения. Когда сердечная мышца не снабжается кровью, она погибает. Мышца теряет свою эластичность и перестаёт сокращаться. Человек начинает чувствовать это посредством сердечных болей. Инсульт — то же самое, только в мозге.

— А что происходит с нейронами?

— Основная функция крови — доносить клеткам всего организма, в том числе и мозга, питательные вещества, в первую очередь глюкозу и кислород. Когда к нейронам они не доставляются, те начинают ощущать дискомфорт. У нейрона нет питательных веществ, чтобы обеспечивать выполнение своих функций. Когда люди долго не едят, они теряют свою функциональность, перестают двигаться и думать. То же самое и нейрон: он перестаёт проводить электрические импульсы, а затем погибает. Смерть нейронов и других клеток мозга приводит к некрозу, то есть гибели мозговой ткани.

— Почему вообще возникает риск тромбов или пережатий?

— На внутренней поверхности кровеносного сосуда могут образовываться атеросклеротические бляшки. Они постепенно накапливаются и способны закупорить весь сосуд. В первую очередь это связано с питанием и воспалительными процессами в организме. Если нарушается соотношение липидов (простейших молекул жира) высокой и низкой плотности, они начинают откладываться. А тромб — это сгусток крови. Причин образования тромбов много. Они могут появляться в крупных сосудах — в аорте, на выходе из сердца. В какой-­то момент тромб отрывается от стенки сосуда, идёт по широкому сосуду, а потом попадает в капилляр и перекрывает его. В этом месте нейроны начинают отмирать. 

— И что после этого происходит с мозгом?

— Это зависит от того, какой капилляр или какой сосуд перекрыт. Каждый капилляр снабжает определённое количество нейронов. Если это крупный сосуд, то от него отходит много мелких — это так называемый бассейн кровеносных сосудов. Если перекрыт крупный сосуд, то кислород не поступает ко всей области мозга, которую сосуд снабжает, и она погибает. От локации остановки кровоснабжения зависит площадь поражения. Есть даже такое понятие — микроинсульт: когда человек даже не замечает, что лопнул какой­-то маленький сосуд в мозге. Его можно выявить только на компьютерной томографии.

Считается, что терапевтическое окно после острого инсульта в среднем составляет около трёх часов. Если за это время принять все необходимые меры, человек может восстановиться полностью

— А каковы последствия для мозга в долгосрочной перспективе?

— Нарушение какой-­то функции нашего тела. Всё зависит от того, в какой области мозга произошло нарушение кровоснабжения. Ведь разные области головного мозга связаны с функционированием разных областей организма. Если инсульт происходит в соматосенсорной области коры головного мозга (это в теменной части головы), может нарушиться координация рук и ног. Есть область, которая отвечает за речь, и тогда у человека нарушается речь. Если инсульт происходит в зрительной коре, может ухудшиться зрение.

На самом деле всё сложнее, чем я описываю, потому что сам нейрон не может запасать себе питательные вещества. Он тратит много энергии на то, чтобы выполнять свои функции. А всеми полезными веществами нейрон снабжают специальные клетки-­помощники, так называемые глиальные клетки. Нейроны так чувствительны к отсутствию кислорода и глюкозы именно потому, что не могут сами ничего запасать. При перекрытии кислорода и глюкозы глиальные клетки могут поддерживать нейроны в течение 20 минут после начала инсульта. А если проходит больше 20 минут, то начинается патологический процесс, то есть гибель нейрона неизбежна.

— Получается, что инсульт — это не единоразовое событие, а процесс?

— В общем, да. Поэтому важно как можно быстрее транспортировать человека до пунктов оказания помощи. Чем быстрее сделают это и введут тромболитические вещества, которые рассасывают тромб, тем быстрее может восстановиться кровоснабжение и, соответственно, деятельность нейронов и глиальных клеток. Считается, что терапевтическое окно после острого инсульта в среднем составляет около трёх часов. Если за это время принять все необходимые меры, человек может полностью восстановиться. Поэтому важно вовремя диагностировать инсульт. 

— Сейчас уже есть методики восстановления, которые применяются на практике?

— Да. Для начала стоит отметить, что терапия после инсульта возможна не для всех областей мозга. Когда происходит инсульт, возникает ядро ишемии — область, в которой скорость кровотока падает до минимума, то есть от 0 до 20 % от общего кровотока, и там происходит гибель нейронов. А есть зона полутени вокруг ядра ишемии. Считается, что нейроны морфологически там ещё живы, то есть сохраняют структуру и объём, но свою функцию выполнять не могут, потому что нарушения в метаболизме клеток произошли всё-­таки значительные. Они такие полумёртвые­-полуживые. Эти клетки и считаются объектом терапии: есть вероятность возвращения им функциональности.

Одним из новаторских и при этом простых в осуществлении методов является так называемая гипотермия. «Гипо» — это уменьшение, «терма» — температура. То есть это уменьшение температуры мозга. Это делают с помощью охлаждающего шлема, разработанного в России. В Москве такой терапией занимаются в трёх клиниках. Шлем надевают на больного и понижают температуру мозга до 36–34 градусов. 34­–36 градусов — это мягкая гипотермия, можно глубже, от 32 до 30 градусов, но там уже много побочных эффектов. При пониженной температуре замедляются все процессы в мозге, в том числе и патологические, то есть те, которые развиваются после инсульта, — воспаление, отёк мозга. Эти процессы ведут к гибели нейронов, их и нужно замедлить. Это позволяет мозгу восстановиться самому.

— А при современных методиках возможно полное восстановление мозга?

— Зависит от степени тяжести инсульта. Есть специальные градации поражения: тяжёлое, средней тяжести, умеренное, лёгкое. Если речь об умеренной степени, то человек может восстановиться полностью. Если степень поражения тяжёлая, то это сказывается на двигательной активности мышц: начинаются парезы конечностей, параличи. 

— Какие есть методики кроме гипотермии?

— Важна движенческая терапия. Когда человек двигается, у него возбуждаются окончания нервов, по которым идёт сигнал в мозг о том, что конечность активна. В мозге синтезируются так называемые нейротрофины. Это молекулы, которые помогают нейрону поддерживать свою функциональность. Когда какая­-то часть мозга претерпевает нехватку кислорода, нейротрофины специально синтезируются в этом месте и дают нейрону сигнал, чтобы он жил.

Нейротрофин ­— это белок, который связывается с рецептором и запускает целый каскад химических реакций внутри клетки, и таким образом клетка, в частности нейрон, понимает, что надо жить. Когда мы двигаемся, в мозге вырабатываются нейротрофины. Они способствуют хорошему функционированию нейронов. Таким образом, чем больше человек двигается, тем лучше у него восстанавливаются нейроны. Восстанавливаясь, нейрон сам начинает посылать сигналы в конечность, чтобы, например, рука работала. Чтобы применять такую терапию, разрабатывают специальные компьютерные интерфейсы и устройства, которые помогают двигать пальцами, — так называемые экзоскелеты.

Я занимаюсь пока ещё экспериментальными разработками в этой области. Нейротрофины могут помочь восстановить повреждённые нейроны, для этого их нужно доставить в область полутени с помощью лентивирусных частиц. Это вирусы, в которых закодирована информация о последовательности гена нейротрофина. Когда лентивирусные частицы доставляют клеткам в области полутени, они проникают в них, встраивают ген нейротрофина в ДНК нейрона, и он начинает синтезировать нейротрофины. Они выходят из клетки и дают сигнал, что нужно восстанавливаться.

Лентивирусные частицы в поражённую область доставляют с помощью инъекций. Кстати, были попытки и просто инъецировать нейротрофины в мозг. Эксперименты на животных показали, что это помогает восстановлению и уменьшает объём ишемического очага. Но сами нейротрофины живут недолго. К тому же, если эти белки вкалывать в вену, они не проходят через гематоэнцефалический барьер. Чтобы вещества проникли из крови в мозг, им нужно пройти через мембрану кровеносного сосуда, которая пропускает молекулы определённого размера. А этот белок слишком большой, поэтому и разрабатывают разные обходные способы доставки нейротрофинов в мозг.

В экспериментальных моделях эти способы работают, но, чтобы им дойти до людей, должно пройти какое­-то время. Надо провести много исследований, попытаться избежать побочных эффектов — в генной терапии не всё так просто. Это именно разрабатываемые методы, которые не всегда могут быть успешными из­-за того, что побочные эффекты порой проявляются через большой промежуток времени. И пока сложно предположить, какими они могут быть.