Каждый живой организм получает информацию из окружающего его мира и отвечает на них соответствующими реакциями. Связь между участком, на который попадает раздражение, и реагирующим органом в высшем многоклеточном организме осуществляется нервной системой. Проникая своими разветвлениями во все органы и ткани, нервная система связывает все части организма в единое целое, осуществляя объединение, интеграцию [1]. Следовательно, нервная система есть сложнейший и тончайший инструмент сношений, связи многочисленных частей организма между собой и организма как сложнейшей системы с бесконечным числом внешних влияний (И. П. Павлов). В основе деятельности нервной системы лежит рефлекс (И. М. Сеченов). Это значит, что в тот или иной рецепторный (воспринимающий М. П.) нервный прибор «ударяет» тот или иной агент внешней или внутренней среды. Этот удар трансформируется в нервный процесс, в явление нервного возбуждения. Возбуждение по нервным волокнам, как по проводам, бежит в центральную нервную систему и оттуда, благодаря установленным связям по другим проводам приносится к рабочему органу, трансформируясь, в свою очередь, в специфический процесс клеток этого органа (И. П. Павлов). Основным анатомическим элементом нервной системы является нервная клетка, которая вместе со всеми отходящими от неё отростками носит название нейрона, или нейроцита. От тела клетки отходят в одну сторону один длинный (осевоцилидрический) отросток — аксон, или нейрит, в другую сторону — короткие ветвящиеся отростки — дендриты.
Передача нервного возбуждения внутри нейрона идет в направлении от дендритов к телу клетки, от неё к аксону; аксоны проводит возбуждение в направлении от тела клетки.
Передача нервного импульса с одного нейрона на другой осуществляется посредством построенных концевых аппаратов, или синапсов.
Всю нервную систему можно представить состоящей в функциональном отношении из элементов трех видов:
1) рецептор (восприниматель), транспортирующий энергию внешнего раздражения в нервный процесс, он связан с афферентным (центростремительным, или рецепторным) нейроном, распространяющим начавшиеся возбуждения (нервный импульс) к центру, с этого явления начинается анализ поступившего сигнала;
2) кондуктор (проводник), вставочный, или ассоциативный, нейрон, осуществляющий замыкание, т. е. переключение возбуждения с центростремительного нейрона на центробежный;
3) эфферентный (центробежный) нейрон, осуществляющий ответную реакцию (двигательную или секреторную) благодаря проведению нервного возбуждения от центра к периферии, к эффектору (нервное окончание эфферентного нейрона).
Живой организм — это уникальная кибернетическая система, способная к самоорганизации и самоуправлению. Эту функцию выполняет нервная система. Для самоуправления нужно три звена.
Первое звено — поступления информации по вводному каналу.
Второе звено — переработка информации, которая совершается декодирующим устройством.
В состав декодирующего устройства входят клеточные тела афферентных нейронов нервных узлов и нервные клетки серого вещества спинного мозга, коры и подкорки головного мозга, образующие нервную сеть серого вещества ЦНС.
Третье звено — управление. Передача эфферентных сигналов из серого вещества спинного и головного мозга на исполнительный орган осуществляется по эфферентным каналам.
Особый интерес представляет работа третьего звена, а точнее работа исполнительных органов: произвольные мышцы, преимущественно скелетные и некоторые внутренности (язык, гортань, глотка).
По нисходящим путям от коры головного мозга идет латеральный корково — спинномозговой (пирамидный) путь. Он является сознательным эфферентным двигательным путем. Пирамидный путьсостоит из двух пучков: латерального и прямого. Латеральный пучок начинается от нейронов коры большого мозга, на уровне продолговатого мозга переходит на другую сторону, образуя перекрест, и спускается по противоположной стороне спинного мозга. Прямой пучок спускается до своего сегмента и там переходит к мотонейронам противоположной стороны. Следовательно, весь пирамидный путь является перекрещенным.
От коры среднего мозга: идет Красноядерно-спинномозговой,или руброспинальный, путь(tractus rubrospinalis), состоящий из аксонов нейронов красного ядра. Эти аксоны сразу после выхода из ядра переходят на симметричную сторону и делятся на три пучка. Один идет в спинной мозг, другой в мозжечок, третий — в ретикулярную формацию ствола мозга.
Нейроны, дающие начало этому пути, участвуют в управлении мышечным тонусом. Рубромозжечковый и руброретикулярные пути обеспечивают координацию активности пирамидных нейронов коры и нейронов мозжечка, участвующих в организации произвольных движений.
При повреждении этих путей нарушается их проводимость. Повреждения проводникового аппарата спинного мозга приводят к нарушениям двигательной или чувствительной системы ниже участка повреждения в результате травмы спинного мозга наблюдается локальное повреждение восходящих и нисходящих трактов — путей проведения информации с зон рецепции в эти зоны. В неврологии эти патологические явления называются сегментарным уровнем поражения. Морфологически сегментарный уровень поражения характеризуется разрушением тел нейронов и их восходящих и нисходящих отростков, из которых образуются проводящие пути спинного мозга. [4]
Пересечение пирамидального пути вызывает ниже перерезки гипертонус мышц (мотонейроны спинного мозга освобождаются от тормозного влияния пирамидных клеток коры) и, как следствие, к спастическому параличу.
При пересечении чувствительных путей полностью утрачивается мышечная, суставная, болевая и другая чувствительность ниже места перерезки спинного мозга.
В результате проведения исследований этой темы, мы столкнулись с вопросом: как происходит кодирование информации? Анализ результатов исследования показал, что существует множество гипотез кодировки информации. Один из способов кодирования основан на варьировании характеристик последовательностей (серий) нервных импульсов, направляемых в результате синаптической передачи к следующей группе нейронов. При этом кодирующий механизм — временная организация разряда нервных импульсов. Возможны разные виды такого кодирования. Часто кодом служит средняя частота разряда: во многих сенсорных системах увеличение интенсивности стимула сопровождается повышением частоты разряда сенсорных нейронов. Кроме того, кодом могут служить длительность разряда, разнообразное группирование импульсов в нем, продолжительность разряда залпов импульсов и т. д. Таким образом, возможно, именно этот способ является шифровкой кода для данной передачи импульса.
Кроме того, путь по которому проходит импульс не единственный, существуют и другие, но для того, чтобы появился новый путь, нужно перекрыть предыдущий. Таким перекрыванием является его механическое повреждение.
При повреждении спинного мозга появляются дополнительные пути для проведения информации, чем и объясняются случаи полного и частичного восстановления больных после повреждения спинного мозга, при полном или частичном его разрыве. Каждая мышца и каждый дерматомер иннервируются двигательными и чувствительными волокнами не одного сегмента, а, по меньшей мере, еще 2–3 соседних сегментов. Поэтому при фактическом поражении 1–2 сегментов спинного мозга заметных расстройств обычно не наступает. [2] Классическая неврология утверждает, что при повреждении и даже полном удалении 2 сегментов спинного мозга, величина разрыва до 3–4 см нарушения чувствительных и двигательных функций происходить не должно. Раньше, в начале XX века, это явление было исследовано, доказано и принято за аксиому. Отрицание этого факта на современном этапе ничем не обосновано.
В организме человека имеется возможность проведения импульсов, минуя пораженные сегменты спинного мозга, путем перескока по морфологическим субстратам с налагающимися рецепторными полями. В первую очередь это субстраты, целостность которых не нарушена:
1) сложная переплетенная сеть нервных волокон кожи;
2) нервная сеть твердой мозговой оболочки;
3) вегетативная нервная система;
4) рецепторный аппарат мышц.
Также возможно компенсаторное проведение импульсов:
а) в сохранившихся волокнах на уровне поражения сегментов спинного мозга;
б) по сохранившейся паутинной и мягкой мозговой оболочке;
в) отдельно следует отметить возможность проведения импульсов по спинномозговой жидкости, являющейся электролитом;
г) проведение импульсов посредством эфаптической передачи.[3]
Нами была выдвинуто предположение, что после повреждения спинного мозга, для восстановления проводимости нервного импульса, можно обойти место повреждения, с помощью искусственных проводящих путей (мостика), соединяющие неповрежденные участки. Это предположение подтверждается и ранее известными данными. Спинномозговая жидкость, омывающая и питающая ткани спинного мозга, является электролитом. Проводимость нервных импульсов при повреждении спинного мозга сохраняется при условии циркуляции ликвора в позвоночном канале. Таким образом, передача информации через, так называемый, мостик (ликвор) возможна, но она легко может искажаться, а так же каналы, по которым будет передаваться этот импульс, могут не выдержать высокого уровня сигнала, что может привести к разрушению канала.
Так как в эксперименте использовались очень небольшие токи, то в первую очередь активизировались наиболее возбудимые ткани вблизи электродов. Предпринимались попытки активизировать спинальные нейронные сети, отвечающие за движение, «сажая» на сохраненные рецепторы спинальных нейронов вещества, соответствующие моноаминергическим медиаторам. Препараты служили источником сигнала, активизирующего нейронные сети спинного мозга и предотвращающего их деградацию. Были найдены оптимальные сочетания моноаминергических лекарств, для улучшения функции ходьбы и баланса. [5]
При комбинировании «мостика», электростимуляции, химической стимуляции и двигательной активности можно прогнозировать, что процесс восстановления после механической травмы будет более эффективным. Даже при полном разрыве связей спинного мозга с головным «спящие» спинальные нейронные сети удавалось превратить в высоко функционально активные. В этом случае можно вводить лекарства через специальные каналы, действующие на соответствующие рецепторы и имитирующие модулирующий нервный сигнал, прерванный после травмы. Проводя этого рода эксперименты появилась идея о создании «мостика» для имплантации над механически поврежденном участком спинного мозга.
На основе собранных данных и работе над данной темой был поставлен эксперимент.
В первой части производились наблюдения амплитуды и формы сигнала, поданного с генератора на выделенный участок спинномозговой области объекта (лягушки) при ненарушенном позвоночнике. Структурная схема экспериментальной установке (Рис1.)
Рис. 1
Рис. 2
В выделенном участке спинномозговой области объекта (Рис2) в точку А подается импульсный сигнал, а в точке В регистрируется сигнал без видимых изменений.
При частичном механическом повреждении спинномозговой области в точке С и при повторном наблюдении в точке В видны заметные изменения. Произошло резкое уменьшение амплитуды сигнала и возникли помехи.
Для восстановления проводимости использовался «мостик», из нержавеющей стали выполненный виде тонкой проволоки.
В результате произошло частичное восстановление амплитуды и формы сигнала при значительном снижении уровня помех. Для дальнейшего увеличения амплитуды и снижения помех в точку D был включен дифференциальный усилитель. Анализ полученных результатов показал, что при увеличении амплитуды входного сигнала пропорционально увеличился выходной сигнал. Дальнейшее усиление входного сигнала к заметному изменению выходного не привело, а явилось причиной разрушения канала.
Проведенные исследования показали, что разрушения канала происходят вследствие значительной длительности воздействующих импульсов, а также недостаточное согласование объекта с входным сопротивлением дифференциального усилителя.
Перспективным направлением дальнейших исследований восстановления нервной проводимости является оптимизация величины амплитуды и длительности воздействующих импульсов.
Литература:
- Привес М. Г. Анатомия человека. — 12-ое издание. — СПб.: СПбМАПО, 2009. — 720 с.
- http://www.medkursor.ru/biblioteka/topical/spinal_cord/8954.html
- http://paralife.narod.ru/library/kachesov/g2.htm
- Качесов В. А. Основы интенсивной реабилитации ДЦП. — М.: 2001. —С. 115.
- Мусиенко П. Статья: «Шаг в обход. Электрохимические нейропротезы — против паралича». Наука и жизнь.: 2012. № 12
