Список сокращений
ВМО — вызванные моторные ответы
ВП — вызванные потенциалы
ИОНМ — интраоперационный нейрофизиологический мониторинг
МВП — моторные вызванные потенциалы
НМГ — нейромиография
ПСТ — позвоночно-спинномозговая травма
СМ — спинной мозг
СШ — спинальный шок
ССВП — соматосенсорные вызванные потенциалы
ТМС — транскраниальная магнитная стимуляция
ТЭС — транскраниальныя электростимуляция
УПП — уровень постоянного потенциала
ЭНМГ — электронейромиография
ЭСГ — электроспинограмма
Частота выявления позвоночно-спинномозговой травмы (ПСТ) в мире значительно варьирует, находясь в пределах 8—58 случаев на 1 млн населения [1]. ПСТ составляет 3—5% в структуре закрытой травмы и 5,5—17,8% среди всех повреждений опорно-двигательного аппарата [2]. Обратимость неврологического дефицита, возникающего при ПСТ, зависит от степени повреждения невральных структур, наличия и выраженности осложнений, таких как кровоизлияния и вторичная ишемия спинного мозга (СМ). Степень тяжести ПСТ оценивают по клинической симптоматике в соответствии с классификацией, предложенной American Spinal Injury Association (ASIA) (1992), которая базируется на модифицированной шкале H. Frankel и соавт. (1969) [3, 4]. Согласно этой шкале, пострадавших подразделяют на пять групп (A, B, C, D, Е) в зависимости от степени выраженности двигательных и чувствительных нарушений, возникших в связи с повреждением СМ.
Поскольку оценка по шкале ASIA требует хорошего речевого контакта, ее не всегда можно провести у пострадавших с сочетанной черепно-мозговой травмой и речевыми нарушениями или с угнетением бодрствования из-за воздействия медикаментов. Другим фактором, затрудняющим прогнозирование ПСТ, может быть развитие спинального шока (СШ), который в острейшем посттравматическом периоде создает картину полного повреждения СМ, хотя впоследствии может наступить полное функциональное восстановление [5, 6]. Дифференциальная диагностика функционального и анатомического повреждения СМ крайне важна для выбора тактики лечения, особенно для определения способа хирургического пособия и времени вмешательства [7].
Основу инструментальной диагностики ПСТ составляют методы нейровизуализации — мультиспиральная компьютерная и магнитно-резонансная томография в различных модификациях. Однако на основании получаемых с их помощью изображений однозначно прогнозировать исход травмы можно лишь при выявлении полного перерыва СМ. В случае, когда клиническая картина не соответствует данным нейровизуализации, или ее оценка невозможна по указанным причинам, необходимо исследовать функциональное состояние проводников и серого вещества СМ [2]. Для этого используют различные методы, основанные на электрофизиологической оценке спонтанной и вызванной биоэлектрической активности нейронов и мышц, которые объединяют под общим названием «нейрофизиологические».
Цель обзора — определить возможности нейрофизиологических методов исследования для прогнозирования исходов позвоночно-спинальной травмы.
Методы оценки функционального состояния спинного мозга
Нейрофизиологические методы диагностики ПСТ и функционального состояния CМ можно разделить на две основные группы: регистрирующие спонтанную биоэлектрическую активность СМ и оценивающие изменения потенциала действия мышц или нервной ткани в ответ на стимуляцию центральных или периферических отделов нервной системы.
Методы регистрации спонтанной биоэлектрической активности СМ. Исторически первым способом исследования функционального состояния СМ была регистрация его спонтанной биоэлектрической активности (электроспинограмма) и оценка уровня постоянного электрического потенциала. Возможность регистрации электроспинограммы (ЭСГ) у человека впервые представлена J. Pool в 1946 г., при этом подразумевалась необходимость установки специального электрода в эпидуральное пространство посредством люмбальной пункции [8].
В ряде публикаций описана техническая возможность регистрации ЭСГ с помощью поверхностных электродов, прикрепляемых на кожу в проекции спинного мозга [9, 10]. Методика заключается в оценке биоэлектрической активности СМ с параметрами усиления и фильтрации сигнала, аналогичными электроэнцефалографии. При технической возможности регистрации колебаний сверхнизкой частоты (менее 0,01 Гц), одновременно с ЭСГ возможна оценка медленных цикличных изменений уровня постоянного потенциала (УПП) спинного мозга. ЭСГ и УПП спинного мозга отражают спонтанную биоэлектрическую активность, генерируемую мембранами аксонов и, вероятно, мотонейронами передних рогов [11]. Эти методы могут лишь показать сохранность и, возможно, активность метаболизма в этих отделах центральной нервной системы, но не позволяют определить, сохранена ли проводниковая функция.
Методы регистрации вызванной активности СМ. Для оценки функционального состояния аксона, участвующего как в моторном, так и в сенсорном проведении по СМ, необходимо зарегистрировать потенциал действия, возникающий в его дистальном отделе в ответ на стимуляцию проксимального участка. Такие методы нейрофизиологической диагностики принято называть вызванными потенциалами (ВП). Их подразделяют на две основные группы — моторные и сенсорные ВП.
Для получения моторных ВП (МВП) стимулируют прецентральную извилину и через 15—50 мс оценивают параметры сокращения мышц, соматотопически соответствующих стимулируемому участку коры. Для стимуляции используют транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) МВП, транскраниальную электрическую стимуляцию (ТЭС) МВП и прямую электростимуляцию коры. Однако в связи со значительной болезненностью две последние возможны лишь в условиях наркоза, а для непосредственной стимуляции коры мозга требуется еще и трепанация черепа с формированием доступа к твердой мозговой оболочке в проекции прецентральной извилины. Еще одной разновидностью моторных ВП является методика D-волны [12]. Для ее исследования проводят ТЭС, а ответ регистрируют с помощью специального инвазивного электрода, который устанавливают над дорзальной поверхностью спинного мозга эпи- или субдурально после осуществления ляминоэктомии. В клинической практике у пострадавших с ПСТ обычно исследуют моторные ВП в ответ на ТМС, а ТЭС и D-волну изучают лишь во время интраоперационного нейрофизиологического мониторинга (ИОНМ) [13, 14].
Методика исследования сенсорных ВП заключается в стимуляции периферических отделов анализаторов или стволов чувствительных или смешанных нервов [15]. У пострадавших с ПСТ используют соматосенсорные ВП (ССВП), возникающие в ответ на стимуляцию большеберцовых или срединных нервов. Для этого регистрирующий электрод располагают на скальпе в проекции функциональной зоны руки, если стимулируют срединный нерв, и на вертексе при симуляции большеберцового нерва. Дополнительные электроды устанавливают в области шейного и поясничного утолщений, а также над крупными сплетениями периферических нервов. Расчет разности во времени возникновения ВП от последовательно расположенных невральных структур и анализ их амплитуды позволяют локализовать патологический процесс и предположить механизм его развития (демиелинизация или аксональное повреждение) [16].
Моторные и соматосенсорные ВП отражают функциональное состояние проводников разных анатомических отделов — боковых и задних канатиков соответственно. Поэтому для полной оценки состояния СМ необходимо исследование обеих модальностей ВП.
Методы нейрофизиологической оценки периферической нервной системы
Еще одним методом нейрофизиологической диагностики ПСТ является миография. Несмотря на то, что она позволяет оценить функциональное состояние исключительно периферической нервной системы, по ее результатам можно косвенно судить о течении спинального шока и реабилитационном потенциале ПСТ. Миография включает значительное число разных методик, главные из которых — электронейромиография (ЭНМГ, в зарубежной литературе Nerve Conduction Study) и нейромиография, выполняемая с помощью биполярного концентрического игольчатого электрода (НМГ, в зарубежной литературе — Myography) [17].
Метод ЭНМГ заключается в электрической стимуляции ствола нерва с оценкой возникающего суммарного потенциала действия мышцы (в русскоязычной литературе его называют М-ответом) или нерва (S-ответ), что позволяет оценить степень повреждения аксонов второго мотонейрона или преганглионарной порции сенсорного нерва. Одной из его разновидностей является анализ F-волны — низкоамплитудного полиморфного колебания мышцы, возникающего через короткий интервал после М-ответа. Генез появления F-волны хорошо изучен — она является результатом возбуждения мотонейронов передних рогов СМ электрическим импульсом, распространившемся в проксимальном направлении [18].
Данные игольчатой НМГ отражают процессы перестройки мышечных волокон, возникающей при нарушении их иннервации вне зависимости от ее причины. С помощью НМГ можно оценить остроту, стадию и степень выраженности этого процесса. Однако это инвазивная методика, при выполнении которой требуется поддержание устойчивого контакта с пациентом для произвольного сокращения мышц различной интенсивности [19].
Информативность нейрофизиологических методов в прогнозировании ПСТ
Оценке информативности ЭСГ, УПП, ССВП, ТМС-МВП и ЭНМГ посвящен ряд ретроспективных исследований и систематических обзоров.
Первыми инструментальными исследованиями, с помощью которых осуществляли оценку степени повреждения СМ и прогнозировали исходы ПСТ, были ЭСГ и УПП, отражающие спонтанную активность аксонов. J. Pool в 1946 г. описал технику записи ЭСГ у человека и зарегистрировал вспышки острых потенциалов у пациента с параплегией. Он связал их возникновение со спонтанными приступами спастического напряжения мышц ног и предложил назвать такую спинальную биоэлектрическую активность «спинальной эпилепсией» [8]. Большинство работ, посвященных регистрации ЭСГ и УПП СМ, являются экспериментальными и проведены на животных [11, 20]. Они показали высокую информативность этих методов для оценки повреждения ткани СМ, возникшего в результате травмы или ишемии [11]. Однако эти методы не получили широкого практического применения, будучи неинформативными в отношении прогноза ПСТ, так как факт повреждения легко установить при клиническом осмотре и с помощью нейровизуализации, а сохранность биоэлектрической активности СМ ниже зоны его полного перерыва не позволяет делать заключения, обладающие высокой степенью доказанности.
Техническая возможность регистрации изменений ЭСГ в ответ на электрическую стимуляцию периферических нервов у человека впервые описана K. Shimoji и соавт. в 1971 г. [21]. В дальнейшем методика дополнена цифровой обработкой получаемого сигнала, позволившей проводить его накопление и усреднение, и получила название ССВП [15]. При ПСТ метод ССВП позволяет стимулировать сенсорную порцию периферического нерва, иннервирующего соответствующий дерматом ниже повреждения СМ, а ответ регистрировать от вышележащих отделов спинного или головного мозга. Регистрация вызванных потенциалов по отведениям, расположенным в проекции функциональной коры конечностей и над утолщениями СМ, свидетельствует о сохранности проведения по задним канатикам СМ и их функциональной целостности.
Информативность ССВП для прогнозирования исходов ПСТ изучена в ряде исследований, которые обобщены в систематическом обзоре P.K. Bedi и соавт. 2015 г. [22]. Так, при сравнении прогноза восстановления ходьбы после ПСТ с помощью клинической оценки по шкале ASIA и инструментальной с помощью ССВП результаты были одинаковыми [23]. M. Spiess и соавт. (2008) исследовали динамику ССВП при стимуляции большеберцового нерва у 297 пострадавших с ПСТ в течение первого года после травмы и показали, что у 10% пациентов показатели амплитуды пика Р38 изменяются за это время. Важным наблюдением авторов исследования было то, что первоначальное отсутствие кортикальных ответов ССВП не является абсолютным предиктором неблагоприятного прогноза восстановления ходьбы. Эти данные могут быть обусловлены тем, что ССВП отражают исключительно функциональное состояние задних канатиков СМ, которые состоят из проводников глубокой чувствительности, и не позволяют оценить эфферентное проведение от нейронов прецентральной извилины головного мозга к мышцам конечностей [16].
Исследовать функциональную целостность кортикоспинального тракта у пациентов с ПСТ вне седации стало возможным после внедрения в клиническую практику ТМС для регистрации МВП (ТМС-МВП). Это метод безболезненной и безопасной неинвазивной транскраниальной стимуляции первичной моторной коры с помощью электромагнитного импульса высокой интенсивности [24, 25]. Проведенное A. Curt и соавт. (1998) сравнение информативности ТМС-МВП и шкалы ASIA для прогнозирования восстановления функций верхних конечностей после ПСТ показали схожие результаты для обоих методов [26]. Кроме того, у больных с ушибом СМ по данным анализа амплитуды вызванных моторных ответов (ВМО) и их латентности можно оценивать объем поврежденной нервной ткани, хотя эти данные не являются информативными для прогноза восстановления [27].
Метод диагностической ТМС-МВП заключается в регистрации ВМО мышц конечностей, поэтому для правильной интерпретации результатов необходимо предварительно убедиться в сохранности функции как периферических нервов, так и мотонейронов, расположенных в передних рогах СМ. При ПСТ периферические мотонейроны могут повреждаться не только из-за прямого травмирующего воздействия, но и вследствие развития вторичной ишемии СМ, нередко сопровождающей ПСТ [27]. Это приводит к валлеровской дегенерации аксонов с их постепенным разрушением, проявляющейся атрофией мышц, что делает невозможным применение ТМС-МВП для диагностики степени повреждения СМ.
Функциональную диагностику структур, составляющих функциональную основу периферической нервной системы, проводят с помощью миографии. Выраженное снижение амплитуды М-ответов при ЭНМГ и спонтанная активность по данным игольчатой НМГ указывают на аксональное поражение, однако использование этих исследований для дифференциальной диагностики корешкового и спинномозгового поражения в случае осложненной ПСТ нецелесообразно, так как не дает необходимую информацию [28].
Другой причиной, снижающей информативность ТМС-МВП и ССВП в остром периоде ПСТ, является СШ. Это обратимая функциональная блокада анатомических структур СМ, которая возникает ниже области повреждения. При этом выраженность клинической симптоматики СШ зависит от динамики повреждения СМ [7]. Диагностика СШ представляет значительные трудности из-за схожести клинической картины анатомического и функционального перерыва СМ, особенно при неоднозначных данных, полученных при нейровизуализации [29]. Патофизиологический механизм, приводящий к развитию СШ, заключается в быстром выходе ионов калия из внутриклеточного во внеклеточное пространство, который происходит не только в результате прямого воздействия травмирующего агента на ткань СМ, но и возникающих в этой зоне кровоизлияний и ишемии вследствие повреждения сосудов [7]. Каскад биохимических реакций приводит к нисходящему торможению нижележащих отделов, что клинически проявляется транзиторным исчезновением сухожильных и вегетативных рефлексов, потерей чувствительности [30]. Так, C. Barnes и соавт. (1962) в экспериментальной работе на животных установили, что электрографическим биомаркером этих процессов являетсягиперполяризация мотонейронов спинного мозга с 2 до 8 мВ [31]. Исследование F-волны, которое является одним из этапов ЭНМГ, позволяет не только вычислить скорость распространения нервного импульса по проксимальному участку периферического нерва, но и оценить функциональное состояние мотонейрона [19]. В ретроспективном исследовании пациентов с ПСТ на шейном уровне Д.С. Каньшина и соавт. (2019) установили, что прекращение формирования F-волны при стимуляции большеберцовых нервов патогномонично для СШ, а восстановление ее регистрации говорит о его окончании [32]. В клинической картине СШ различают 4 последовательные фазы — арефлексия, начальное восстановление рефлексов, начальная и постоянная гиперрефлексия [33]. Длительность каждой из них может различаться в зависимости от тяжести ПСТ и степени анатомического перерыва СМ, что снижает точность прогнозирования исходов по шкале ASIA. Использование методики F-волны оправдано для подтверждения завершения первой и второй фаз СШ. После восстановления ее регистрации по данным ЭНМГ можно осуществлять точную клиническую оценку, а при невозможности — инструментально исследовать моторную и сенсорную проводимость методами моторных и соматосенсорных ВП.
В таблице представлены области применения нейрофизиологических исследований для прогнозирования неврологического исхода при лечении пострадавших с осложненной ПСТ.
Заключение
Прогнозирование функциональных исходов позвоночно-спинномозговой травмы основано на клинической оценке и данных нейровизуализации. Нейрофизиологические методы диагностики характеризуются схожей чувствительностью, особенно в случае одновременной оценки и моторного, и сенсорного проведения, выполненной после окончания спинального шока, которое также можно подтвердить инструментально. Практическое применение этих исследований ограничено ситуациями, в которых с пациентами невозможно установить нормальный вербальный контакт, например, при сопутствующей черепно-мозговой травме или во время проведения медикаментозной седации и миорелаксации.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Комментарий
Нейрофизиологические методы диагностики позволяют оценить функциональное состояние сенсорных и моторных трактов для обоснования тактики хирургического лечения и перспектив восстановления функции спинного мозга при его повреждении, а также направления хирургической декомпрессии при компрессионных поражениях спинного мозга и корешков с точки зрения дифференцированной электрофизиологической оценки сенсорной и моторной проводимости. Проведение электрофизиологических методов исследования позволяет ответить на следующие вопросы: 1. Вовлечены ли в процесс проводники? Какие? 2. Является ли данное повреждение необратимым, и какова стадия развития процесса (наличие спинального шока)? 3. Возможно ли восстановление нарушенных функций?
Настоящий обзор посвящен методам нейрофизиологической оценки травматических повреждений спинного мозга. Наиболее информативным для оценки функциональных изменений проводимости спинного мозга является комплекс электрофизиологических исследований, включающий в себя ТМС, ЭНМГ, ССВП, исследование D-волны. Точность этих методов в отдельности составляет 30—60%, а при комплексном исследовании она повышается до 80% и более. Для определения уровня и степени поражения спинного мозга у больных с позвоночно-спинномозговой травмой при ТМС авторы описывают регистрацию ВМО с мышц, иннервируемых сегментом, который находится ниже уровня поражения. Однако тестирование одного пораженного сегмента, как правило, при ограниченных повреждениях должно сопровождаться регистрацией потенциала с нескольких мышц, иннервируемых разными сегментами спинного мозга. При многоуровневом поражении, которое выявляется нейрорадиологическими методами, магнитная стимуляция помогает локализовать наиболее функционально пострадавшие в результате травмы участки спинного мозга. Данный обзор может быть полезен для понимания возможностей современных исследований в плане прогноза восстановления спинальных функций.
Вместе с тем, по нашим данным, весьма современным является нейрофизиологическое подтверждение механизмов нейропластичности, обеспечивающих временную компенсацию травматического нарушения функций спинного мозга. Исследования, выполненные в Научном центре неврологии, показали наличие взаимодействия спинного и головного мозга в контексте регенеративных процессов. Так, при остром повреждении спинного мозга довольно быстро происходит перестройка архитектоники широких полей кортикальных связей. Результаты проведения функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) показали связь расширения коркового представительства М1 и увеличения активации дополнительных моторных зон (премоторная кора, поясная извилина, префронтальная кора, задние отделы коры теменной доли) с восстановлением после травмы и в послеоперационном периоде. В исследовании 2019 г. предложено использование фМРТ покоя для прогнозирования функционального восстановления после травматического повреждения спинного мозга. Использование этого метода при спинальной травме предложено для оценки функциональной реорганизации на корковом и кортикоспинальном уровне. При оценке таких параметров, как порог вызванного моторного ответа в покое, латентность вызванных моторных ответов, кривая рекрутмента, длительность кортикального периода молчания и площадь активации моторной коры, выявлены изменения, характерные для пациентов с неблагоприятным течением после травмы. Более тяжелая симптоматика и неблагоприятный реабилитационный прогноз коррелировали со снижением кортикоспинальной возбудимости, повышенным торможением и снижением площади активации моторной зоны. У пациентов с более благоприятным течением, напротив, наблюдалось вовлечение вторичных моторных зон. Вероятно, на ранней стадии травматической болезни спинного мозга аксональное повреждение компенсируется за счет вовлечения новых кортикальных и дополнительных моторных связей. Активация обходных кортикоспинальных путей обеспечивает достаточный периферический рекрутмент, что позволяет сохранить двигательные функции. Однако в определенный момент компенсаторный резерв истощается, и новое аксональное повреждение отражается в виде постепенно нарастающего неврологического дефицита.
Определяя стадию компенсаторной реорганизации корковых структур, можно оценивать кортикоспинальный резерв и потенциально классифицировать больных по степени риска ухудшения неврологического статуса и реабилитационному потенциалу. Кроме того, результаты данного исследования могут служить для определения целесообразности оперативного вмешательства. Навигационная ТМС в сочетании с другими нейрофизиологическими методами может стать полезным инструментом в совершенствовании тактики лечения пациентов с позвоночно-спинномозговой травмой.
А.О. Гуща (Москва)