Нейростимуляция улучшила работу мотонейронов у пациентов со спинальной мышечной атрофией

Американские ученые улучшили работу мотонейронов у пациентов со спинальной мышечной атрофией третьего типа путем эпидуральной стимуляции спинного мозга. У троих взрослых пациентов на фоне нейростимуляции увеличились показатели мышечной силы (до 180 процентов) и выносливости (на 26 метров по результатам шестиминутного теста), а также улучшились характеристики походки (средняя длина шага выросла на 40 процентов). Как сообщается в статье, опубликованной в Nature Medicine, изменения сохранялись в течение некоторого времени и после завершения процедуры, то есть ученые смогли обратить вспять нейродегенеративные процессы и частично восстановить функцию выживших мотонейронов.

Спинальная мышечная атрофия — группа генетических заболеваний, причиной которых является гомозиготная потеря участка гена SMN1, расположенного на пятой хромосоме, что приводит к дефициту экспрессии белка SMN и избирательной гибели спинномозговых мотонейронов. Тяжесть заболевания зависит от количества копий почти идентичного гена SMN2. По данным 2021 года, заболеваемость спинальной мышечной атрофией по всему миру составляет от 1 на 5000 до 1 на 28000 детей. В России насчитывается около 200 пациентов с этим диагнозом.

На начальных этапах болезни развивается дисфункция синаптических цепей, обеспечивающих передачу нервного импульса. Возбуждающий импульс от афферентных проприоцепторов, поступающий в спинномозговые мотонейроны, слишком слабый. Это приводит к изменению проводимости мембранных ионных каналов и, как результат, к гипервозбудимости нейронов и их неспособности производить устойчивый потенциал действия. За последние десять лет FDA одобрило три препарата для лечения спинальной мышечной атрофии — они замедляют прогрессирование заболевания и предотвращают смерть пациентов, но не помогут восстановить утраченные двигательные навыки.

Группа американских ученых под руководством Эльвиры Пирондини (Elvira Pirondini), Роберта Фридлендера (Robert M. Friedlander) и Марко Капогроссо (Marco Capogrosso) из Питсбургского университета предположила, что повышение активности сенсорных рецепторов позволит компенсировать ослабление возбуждающего импульса и обратить вспять дисфункцию синаптических цепей. В эксперименте приняли участие три пациента со спинальной мышечной атрофией, страдавшие от слабости нижних конечностей, но еще способные стоять и ходить: мужчины 22, 30 и 55 лет, имевшие четыре копии SMN2, без лечения, получившие от 40 до 60 баллов по расширенной шкале оценки моторных функций больницы Хаммерсмит. Испытуемым на 29 дней установили временный имплантат из двух эпидуральных электродов, размещенных над сегментами спинного мозга L1-S1, чтобы задействовать задние корешки, иннервирующие мышцы ног. В ходе 19 двухчасовых сеансов стимуляции с частотой 40 герц (ежедневно с перерывами на выходные дни) участники проходили тестирование двигательных функций — ходьбы, мышечной силы, выносливости, также оценивались терапевтические эффекты процедуры.

Мышечная сила оценивалась по показателю момента силы во время максимального произвольного изометрического сгибания в бедренных и коленных суставах. В процессе нейростимуляции увеличение момента силы доходило до 31 процента, с 19,8 до 25,9 ньютон-метра, пациенты сообщали о том, что двигаться им становилось легче. Улучшения частично сохранялись даже после прекращения стимуляции, особенно в сгибателях бедра. В процессе нейростимуляции улучшились все показатели походки у пациентов, причем улучшение нарастало с течением времени — например, скорость шага увеличилась на 13-114 процентов. У одного из участников проекта получилось полностью согнуть колено, которое вовсе не сгибалось до эксперимента, диапазон движения в коленном суставе у него увеличился на 85 процентов, а в тазобедренном — на 54 процента. Все улучшения сопровождались увеличением мышечной активности. Нейростимуляция позволила на 20-32 метра улучшить результаты шестиминутного теста на ходьбу, а один из участников сообщил, что больше не испытывает усталости, пока идет из дома до лаборатории. У всех троих участников исследования снизилась утомляемость и улучшились характеристики походки, изменился паттерн походки.

Для оценки влияния нейростимуляции на пораженные болезнью мотонейроны ученые использовали метод электромиографии высокой плотности. Пиковая частота возбуждения мотонейронов при максимальном сокращении у здорового человека составляет более 100 герц, а у испытуемых этот же показатель до начала испытаний в среднем равнялся 50,6 герца. В процессе нейростимуляции характеристики мотонейронов менялись, и пиковая частота срабатывания в среднем достигла 70,9 герца, что ученые объясняют, используя данные зависимой от уровня оксигенации крови функциональной магнитно-резонансной томографии, подключением новых, а точнее «спасением» ранее малоактивных из-за болезни мотонейронов. Гипервозбудимость мотонейронов в ходе эксперимента снижалась, сокращался и рефрактерный период: в начале эксперимента в среднем рефрактерный период составлял пять миллисекунд (у здоровых людей — две миллисекунды), на четвертой неделе нейростимуляции этот показатель у испытуемых составил в среднем 3,61 миллисекунды.

Полученные данные подтверждают гипотезу о том, что у людей со спинальной мышечной атрофией есть выжившие мотонейроны, активность которых снижена, но может быть восстановлена при помощи нейростимуляции. Положительный эффект нейростимуляции наблюдался независимо от стадии заболевания, возраста пациента или проводимой терапии. По мнению исследователей, продолжение терапии еще более улучшит результаты, а одновременное применение уже существующих методов лечения синергически усилит эффект. Но при отмене нейростимуляции эффект со временем сходит на нет, поэтому для сохранения восстановленной функции процедура должна проводиться ежедневно на протяжении не менее двух часов. Ученые также подчеркивают, что это первый случай, когда нейростимуляционная терапия позволила обратить вспять дегенеративные процессы в нервной системе и восстановить функции мотонейронов при заболевании, разрушающем их.

Лекарства для лечения спинальной мышечной атрофии являются одними из самых дорогих в мире. А в 2024 году немецкие ученые сообщили о диагностике заболевания на этапе неонатального скрининга, что позволило начать лечение раньше и уменьшить тяжесть симптомов в будущем.