Neuroplastyczno m zgu a rehabilitacja.doc

NEUROPLASTYCZNOŚĆ MÓZGU A REHABILITACJA

Co to jest neuroplastyczność - Długotrwałe zmiany czynności neuronów na poziomie molekularnym, morfologicznym, synaptycznym, korowym i funkcjonalnym

Podstawa neuroplastyczności mózgu:

-  Zmiana efektywności synaptycznej pomiędzy parą neuronów stanowi składnik uczenia się i pamięci

-  Wzrost amplitudy potencjałów i liczby synaps wraz z aktywnością synaps nieaktywnych

Neuroplastyczność nieuszkodzonego, dojrzałego mózgu

Badania wskazują na istnienie popartych doświadczeniami na zwierzętach dowodów, iż różne ośrodki mózgu: hipokamp, móżdżek, kora i prążkowie ulegają zmianom w odpowiedzi na środowiskową stymulację i ćwiczenia

Neuroplastyczność nieuszkodzonego, dojrzałego mózgu - dowody

-  Myszy hodowane w stymulujących środowiskach zawierających zabawki służące do wspinania się i manipulacji lub ze swobodnym dostępem do ruchomego koła-bieżni, reagują zwiększeniem ilości neuronów w obrębie hipokampa. Ponadto obserwowano zwiększenie poziomu wytwarzanych w mózgu czynników neurotroficznych

-  Black badał neurony móżdżku szczurów umieszczonych na 30 dni w jednym z czterech środowisk:

§   tor przeszkód (wzrost liczby synaps przypadających na 1 neuron w móżdżkowych komórkach Purkiniego)

§   przymusowe ćwiczenia - ruchoma bieżnia

§   swobodny dostęp – koło bieżnia (zwiększyła się gęstość sieci naczyń włosowatych móżdżku)

§   pojedyncze klatki

-  Specyficzna stymulacja sensoryczna prowadzi do plastycznych zmian odpowiednich ośrodków mapy kory mózgowej

§   obszar korowy palców ręki u muzyków grających na instrumentach strunowych ulega rozszerzeniu, a wzrost jego zasięgu wykazuje zależność czasową, gdyż następuje w większym stopniu wówczas gdy ćwiczenia rozpoczęto w młodszym wieku i kontynuowano przez dłuższy czas

§   u ludzi posługujących się alfabetem Braille’a reprezentacja korowa palca używanego do czytania zwiększa się kosztem pozostałych palców, a zwiększanie się reprezentacji korowej było intensywniejsze w dniach roboczych, co wskazuje na zdolność mózgu do szybkich zmian w odpowiedzi na bodziec

-  Trening umiejętności ruchowych może prowadzić do strukturalnych zmian mózgu, które pozwalają danej umiejętności stać się mniej „korową”, a bardziej zautomatyzowaną

-  Pascal-Leone i Karni w badaniach na dorosłych ochotnikach prowadzili trening powtarzanych ruchów wykonywanych palcem/kciukiem. Trenowane grupy odznaczały się stopniowo coraz wyższym poziomem korowych pobudzeń wyjściowych płynących do angażowanych mięśni i coraz sprawniejszym wykonywaniem zadania

-  Grupa którą badał Pascual-Leone wykazała następnie ponowne zmniejszenie się korowej reprezentacji aż do wartości wyjściowej po wyuczeniu się danej sekwencji ruchowej, co wskazuje na możliwy udział struktur innych niż pierwszorzędowa kora ruchowa. Stanowisko to podtrzymują inni autorzy

-  Takie wyniki mogą przemawiać za słusznością twierdzenia, że trening umiejętności ruchowych może prowadzić do strukturalnych zmian mózgu, które pozwalają danej umiejętności stać się mniej „korową”, a bardziej zautomatyzowaną. Ma to duże znaczenie dla reedukacji ruchowej szczególnie po przebytych urazach neurologicznych czy ortopedycznych

-  Niedostatek impulsów sensorycznych / środowiskowych wydaje się wywoływać zmiany w obrębie kory mózgowej

§   W badaniach skupiano się głównie na amputacjach, aby określić zasięg zmian korowych w rezultacie przerwania dopływu bodźców z amputowanej części ciała do kory mózgowej

§   Florence za pomocą znaczników neuronalnych (technika obrazowania magnetycznego) sporządził mapę korowej reprezentacji ręki u 4 małp z trwałym uszkodzeniem kończyny górnej

§   Okazało się że samototropową reprezentację utraconej kończyny przejęła reprezentacja twarzy oraz obszar kory reprezentujący zachowaną kończynę

§   Mapy korowe zmieniają się w ciągu dni lub nawet z minuty na minutę w zależności od zwiększenia czy zmniejszenia bodźców czuciowych i aktywności ruchowej

-  W sytuacji, gdy dana część ciała zostaje uszkodzona, unieruchomiona lub amputowana – następuje zmiana aktywności neuronalnej

-  Liepert badał osoby ze stawem skokowym unieruchomionym ze względu na przebyte uszkodzenie, któremu nie towarzyszyło uszkodzenie nerwów obwodowych.

-  Unieruchomienie skutkowało zmniejszeniem obszaru reprezentacji korowej mięśnia piszczelowego przedniego, który jednak szybko wracał do wartości wyjściowych w wyniku skurczów mięśnia

-  W obrębie nieuszkodzonej półkuli dochodzi do zwiększania się grubości kory mózgowej, rozgałęziania się dendrytów i wzrostu ilości synaps przypadających na jeden neuron. Zmiany te wynikają z połączonego wpływu samego uszkodzenia oraz późniejszej asymetrii pomiędzy przednimi kończynami

Rola ruchowych pól asocjacyjnych

-  Weiller i inni autorzy w 2 oddzielnych badaniach przy użyciu PET (pozytronowa tomografia emisyjna) oceniali zmiany organizacji ośrodków nerwowych w grupie odpowiednio 10 i 8 osób w okresie rekonwalescencji po przebytym udarze z uszkodzeniem podkorowym (torebka wewnętrzna i prążkowie) porównywanych z grupami kontrolnymi

-  Takie okolice jak jądra podstawne, wzgórze, kora czuciowo-ruchowa po stronie przeciwnej względem rehabilitowanej kończyny górnej oraz część móżdżku położona po tej samej stronie – wykazywały obniżoną wielkość rCBF (regionalny, mózgowy przepływ krwi), wskazującą na dysfunkcję o podłożu niedokrwiennym.

-    Neuroplastyczność uszkodzonego, dojrzałego mózgu – dowody

-    Okolicami, które wykazywały zwiększony rCBF w porównaniu z grupą kontrolną, były:

§   kora przedczołowa, płat wyspowy, zakręt obręczy i dolne obszary kory płata ciemieniowego uszkodzonej półkuli

§   oraz kora przedruchowa, jądra podstawne i móżdżek po stronie nieuszkodzonej półkuli

-  Strukturami uczestniczącymi w ruchach odzyskującej sprawność ręki, okazały się pierwotnie korowe obszary dodatkowe i asocjacyjne, prążkowie (obustronnie) oraz część móżdżku położona po przeciwnej stronie

-  Ośrodki korowe o równoległym działaniu mogą czynnościowo zastępować się wzajemnie. Obszary ruchowe nie będące pierwszorzędowymi mogą wykazywać w okresie powrotu funkcji po uszkodzeniu mózgu większe znaczenie dla wyzwalania ruchów dowolnych

-  Fried i wsp. zidentyfikowali u małp z uszkodzonym mózgiem zstępujące drogi nerwowe, wychodzące z obszarów korowych o różnorodnej topografii, biegnące w regularnym porządku poprzez torebkę wewnętrzną:

-  ...Zstępujące włókna pochodzące z dodatkowego pola ruchowego oraz limbicznych pól ruchowych przebiegają przez odnogę przednią torebki wewnętrznej,...włókna  z kory przedruchowej - przez odnogę tylną po stronie brzusznej,...zaś pierwszorzędowe włókna ruchowe – przez środkową jedną trzecią odnogi tylnej.

-  Seitz i wsp.: Powrót funkcji ruchowych wydaje się opierać na aktywacji korowych pól przedruchowych obydwu półkul mózgowych

-  Dettmers i wsp. sugerują, że zwiększona rekrutacja wykonawczych obszarów kory mózgowej do wykonania zadań wymagających od zdrowych osób niewiele uwagi – może być przyczyną, dla której wielu pacjentów z udarem doświadcza poczucia zwiększonego wysiłku i związanego z tym zmęczenia podczas treningu zadań ruchowych.

-  W sytuacji, gdy zawał mózgu uszkadza równoległe partie kory mózgowej lub torebki wewnętrznej, mózg może polegać na gorszych funkcjonalnie drogach nerwowych z tej samej półkuli.

Rola połączeń ipsilateralnych

-  Udar często wiąże się z upośledzeniami – neurologicznymi i funkcjonalnymi dotyczącymi tzw. zdrowej ręki, co może być dowodem roli ipsilateralnych dróg nerwowych w kontrolowaniu czynności kończyny i powrocie do zdrowia po przebytym udarze.

-  Prawdopodobnie drogi ipsilateralne aktywują przede wszystkim proksymalne grupy mięśniowe –  u pacjentów po hemisferektomii i ciężkich uszkodzeniach półkuli mózgu obserwuje się znaczniejsze upośledzenia czynności w obrębie dystalnie położonych mięśni

-  Chorzy po udarze- kontrola nad bliższymi grupami mięśniowymi (utrzymywanie równowagi, możliwość zmiany pozycji w łóżku, chodzenie) powraca szybciej niż ruchy precyzyjne kończyn

Zmiany w reprezentacji korowej w uszkodzonej półkuli

-  Techniki mapowania pozwoliły zidentyfikować obszary zwiększonej aktywności w uszkodzonej półkuli, obejmujące asocjacyjne pola ruchowe i sąsiednie okolice kory mózgowej

-  Istnieje korelacja pomiędzy poszerzaniem się korowej reprezentacji ręki a stopniem poprawy klinicznej

-  Jenikns i Merzenich wykazali, że u różnych gatunków małp następstwem ograniczonych uszkodzeń kory mózgowej jest ogromna reorganizacja map korowych

-  W regionach otaczających uszkodzony obszar, na zewnętrz ogniska zawału, czyli strefy półcienia, rozwijają się nowe pola, które stają się reprezentacją korową większości powierzchni skóry, której poprzednia reprezentacja znajdowała się wewnątrz ogniska niedokrwienia

-  Za pomocą PET oceniano zmiany rCBF u chorych z nowotworem zajmującym korowy obszar ruchowy ręki – pacjenci zachowywali zdolność poruszania ręką, a aktywność rCBF rejestrowano wyłącznie wokół granic guza, a nie w odleglejszych miejscach

PODSUMOWANIE
Proces poprawy ruchowej może dokonywać się za pośrednictwem wielu różnych dróg nerwowych:

-  Reorganizacja map korowych z udziałem tkanki otaczającej ognisko zawału, zależna jest od aktywacji nieczynnych synaps i/lub tworzenia się nowych połączeń wewnętrzkorowych

-  Asocjacyjne obszary ruchowe kory mózgowej uszkodzonej półkuli

-  Asocjacyjne obszary ruchowe kory mózgowej przeciwnej półkuli, posiadające prawdopodobnie rezerwowe połączenia poprzez spoidło wielkie

-  Nieskrzyżowane szlaki piramidowe i siatkowo-rdzeniowe, kończące się w korze mózgowej przeciwnej półkuli

Wpływ treningu na plastyczność uszkodzonego mózgu
Przyspieszenie powrotu funkcji ruchowych

-  Istnieją obszerne dowody naukowe popierające aktywną rolę rehabilitacji w procesie przebudowy map korowych

-  Xerri i inni: małpy – trenowane w aportowaniu drobnych przedmiotów, badane technikami wewnątrzkorowego mapowania przed i po dokonaniu uszkodzenia pierwszorzędowych korowych pól somatosensorycznych.

-  Uszkodzone małpy wykazywały spodziewane ograniczenia sprawności ruchowej kończyny górnej, choć nadal były zdolne do wypełniania zadań zgodnie z wcześniejszą tresurą.

-  Zwierzęta zaczynały wówczas podczas wypełniania zadań kompensacyjnie używać przeciwnej kończyny górnej, lecz wiązało się to z gorszym ich wykonywaniem. W tej sytuacji małpy zaczynały ponownie wykorzystywać uszkodzoną kończynę, wykazując w ciągu kilku tygodni stopniową poprawę jej funkcji.

-  Poprawa ta szła w parze z uderzającym zwiększeniem się obszaru korowej reprezentacji ruchowej i czuciowej palców w uszkodzonej półkuli. W obrębie półkuli nieuszkodzonej nie stwierdzono znaczących zmian.

-  Nudo i inni wykazali, że reedukacja funkcji uprzednio wytrenowanej ręki po przebytym zawale mózgu zapobiegała zmniejszaniu się korowej reprezentacji ręki w obszarze przyległym do miejsca uszkodzenia – wyniki te sugerują, że ćwiczenia rehabilitacyjne rzeczywiście mogą kształtować proces reorganizacji tkanki kory mózgowej

Kompensacja a powrót funkcji

-  Friel i Nudo: badali małpy poddane drobnemu uszkodzeniu niedokrwiennemu pierwszorzędowej kory ruchowej;

-  Zwierzęta starały się odzyskać kawałki pokarmu.

-  Analiza nakręconego filmu ujawniła, że niektóre małpy, choć udało im się odzyskać poziom funkcji ruchowych z okresu poprzedzającego uszkodzenie – wykorzystywały nieco odmienne strategie ruchowe – te małpy doznały nieco rozleglejszych uszkodzeń umiejscowionych bardziej dystalnie w porównaniu ze zwierzętami, które osiągnęły pełną poprawę.

-  Strategie kompensacyjne uszkodzonej kończyny mogą stanowić naturalny przebieg odzyskiwania funkcji, lecz nie można ich porównywać do „prawdziwego” wyzdrowienia.

Środowisko, interakcje społeczne i aktywność fizyczna a powrót funkcji
I doświadczenie

-  Johansson i Olson oceniali wpływ powyższych na rezultaty usprawniania po udarze niedokrwiennym u szczurów

-  Grupa A – przebywała w pojedynczych klatkach

-  Grupa B – w klatkach o urozmaiconym środowisku (deseczki-pochylnie, łańcuszek, huśtawka, klocki)

-  Grupa C- przebywała w urozmaiconym środowisku przed dokonaniem udaru i po nim

-  Najlepsze wyniki uzyskała grupa C, najsłabsze A

II doświadczenie

-  Johansson i Olson – doświadczenie: szczury

-  Grupa A – hodowano grupowo w urozmaiconym środowisku

-  Grupa B – trzymano razem w klatce tej samej wielkości, lecz pozbawionej zabawek

-  Grupa C – przetrzymywano w pojedynczych klatkach ze swobodnym dostępem do ruchomego kołabieżni

-  W kategorii poprawy ocenianej za pomocą testów behawioralnych (wspinanie się chodzenie po równoważni) wpływ interakcji społecznych okazywał się silniejszy w porównaniu z kołem bieżnia, lecz najlepszy poziom wykonywania zadań był wynikiem połączonego działania urozmaiconego środowiska i interakcji społecznych

Wydaje się, że funkcjonalny wynik leczenia i odległy czas przeżycia chorych są znacząco lepsze w przypadku placówek udarowych w porównaniu z jednostkami o profilu ogólnym

Aktualne dowody pozwalają przypuszczać, że w zwierzęcym modelu uszkodzenia mózgu i degeneracji tkanki nerwowej ćwiczenia powodują zwiększony wychwyt mózgowy insulinopodobnego czynnika wzrostowego I (IGF-I) – hormonu neurotroficznego o udowodnionym działaniu neuroprotekcyjnym

Zwierzęta poddane ćwiczeniom w porównaniu ze zwierzętami o siedzącym trybie życia osiągają lepsze wyniki testów behawioralnych i zachowują czynność neuronów w wielu ośrodkach mózgowych

Jakie specyficzne rodzaje zadań sprzyjają plastyczności i w której fazie procesu zdrowienia powinno się je wdrażać?

Johansson i Olson – doświadczenie: szczury

§   Po dokonaniu uszkodzenia mózgu szczury dopuszczone do ruchomego koła-bieżni, prezentowały nadmierne pobudzenie ruchowe i spośród 9-ciu zwierząt tylko 3 przeżyły 13-tygodniowy okres badania

§   Jakie specyficzne rodzaje zadań sprzyjają plastyczności i w której fazie procesu zdrowienia powinno się je wdrażać?

§   Ostatnie badania wykazały, że u szczurów o okresie mniej więcej 7 dni po uszkodzeniu mózgu nadmierne zadania stawiane uszkodzonej kończynie (tj. przeciążenie) powodowały nasilanie się skutków uszkodzenia neuronów i dalsze obumieranie tkanki nerwowej

-  Panuje przekonanie, że za ten stan rzeczy odpowiada pobudzający neuroprzekaźnik – glutaminian. Jego podwyższony poziom we wczesnym okresie po uszkodzeniu mózgu może powodować obumieranie komórek.

-  Blokery receptorów glutaminianowych chronią tkankę nerwową podczas intensywnej pracy i sprzyjają funkcjonalnej poprawie

-  Autorzy podkreślają, że o ile doświadczenia behawioralne i terapia mogą pobudzać wzrost neuronów po uszkodzeniu mózgu, to jednak region otaczający ognisko uszkodzenia we wczesnym okresie może być szczególnie wrażliwy na obciążenia behawioralne i stres

-  Jones i Schaller twierdzą, iż wkrótce po uszkodzeniu okolic czuciowych i ruchowych kory mózgowej szczurów dochodzi do wzrostu ilości rozgałęzień dendrytów komórek piramidowych przeciwnej półkuli mózgu

-  Proces te osiąga szczytowe nasilenie ok. 18 dni po urazie, idąc w parze z rejestrowanym nadmiernym obciążaniem zdrowej kończyny.

-  Z chwilą, gdy zwierzęta zaczynały ponownie korzystać z niedowładnej kończyny, następowało zmniejszanie się ilości rozgałęzień dendytów i funkcjonalna poprawa

-  Unieruchamiali albo zdrową, tylną łapę po stronie uszkodzenia, albo niedowładną przednią łapę po przeciwnej stronie, zamierzając zbadać wpływ tych działań na rozgałęzianie się dendrytów

-  Unieruchomienie kończyny po przeciwnej stronie w okresie pierwszych 15 dni po uszkodzeniu nie wywarło jakichkolwiek skutków, lecz ograniczenie ruchomości po stronie uszkodzenia hamowało tworzenie się rozgałęzień neuronów i w późniejszym okresie skutkowało gorszymi wynikami prób oceniających obustronne funkcje sensomotoryczne

-  Autorzy sugerują, że całkowite unieruchomienie zdrowej kończyny we wczesnym okresie po udarze może pogarszać ogólny wynik funkcjonalny. Być może istnieje szczególny okres, w którym rozwój strategii kompensacji polegający na wykorzystaniu zdrowej kończyny jest optymalny.

-  Bury i inni autorzy prowadzili dalsze badania pod wpływem unieruchamiania zdrowej przedniej kończyny na plastyczność mózgu po uszkodzeniu spoidła wielkiego u szczurów.

-  Szczury z uszkodzeniem mózgu lub po operacji bez uszkodzenia (pozorowanej) w ciągu 8 dni bezpośrednio po zabiegu były albo zmuszane do korzystania z niedowładnej przedniej łapy albo pozwalano im na normalne korzystanie z obu przednich łap.

-  Badanie histologiczne dotkniętej uszkodzeniem kory sensomotorycznej wykazało zwiększone stężenie białek związanych z przemianami astrocytów i zjawiskami plastyczności u zwierząt z grupy poddanej tylko uszkodzeniu oraz w grupie poddanej wymuszonym obciążeniom ruchowym

-  Wspomniany efekt był najsilniejszy w grupie poddanej i uszkodzeniu, i wymuszonym obciążeniom

-  Wzrosło również stężenie zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF) – neurotroficznego czynnika wzrostowego – pod wpływem dokonanego uszkodzenia i wymuszonych obciążeń.

-  Odkrycia te sugerują, że reakcje ze strony astrocytów po uszkodzeniu korowym mogą być kształtowane przez wymogi natury behawioralnej, co ostatecznie może prowadzić do wzrostu neuronalnego po przebytym uszkodzeniu

-  Pozostaje to w sprzeczności ze wspomnianym wcześniej badaniem Jonesa i Schallerta, którzy sugerują obumieranie tkanki nerwowej we wczesnym okresie pod wpływem nadmiernych obciążeń behawioralnych.

-  Być może powyższy wynik odzwierciedla potrzebę zrównoważonej intensywności programu rehabilitacji lub fakt, że rozleglejsze uszkodzenia są bardziej podatne na ekscytotoksyczność

-  Środowisko i ćwiczenia funkcjonalne wywierają wpływ na neuroplastyczność po udarze mózgu.

-  Zwierzęta poddane stymulacji środowiskowej, socjalizacji i aktywności ruchowej osiągają lepsze wyniki funkcjonalne, wykazują większą złożoność budowy rozgałęzień wypustek neuronów i nasiloną aktywację korową.

-  W pierwszych dniach po uszkodzeniu intensywne wykorzystanie chorej kończyny może być przeciwwskazane

-  Zatem we wczesnym okresie po udarze bardziej polecane mogą być czynności ruchowe obustronne lub naprzemienne, które stopniowo mogą ustępować miejsca intensywniejszej terapii, bardziej zogniskowanej na niedowładnej kończynie

Paradygmat terapii za pomocą ograniczania-wymuszania ruchu

-  Taub pod koniec lat 60-tych i 70-tych badał wpływ ograniczania ruchomości zdrowej kończyny górnej i powrotu funkcji ruchowych u naczelnych.

-  Twierdził, że zwierzęta z przewlekłym deficytem ruchowym wykazują zjawisko „wyuczonego nieużywania” chorej kończyny ze względu na fakt, iż próby korzystania z ręki po urazie kończyły się niepowodzeniem, które ulega następnie wzmocnieniu lub przekształceniu w odruch warunkowy

-  Taub i inni autorzy zastosowali obecnie paradygmat „wymuszonego używania” względem chorych po udarze

-  Przeprowadzili badania u praworęcznych pacjentów w okresie 1-20 lat po lewostronnym udarze niedokrwiennym, z częściowym powrotem funkcji prostowników nadgarstka i palcó...