Травма периферического нерва
Три периода при травмах. Если рассмотреть вопрос, для чего у человека мозг и нервная система, каковы их функции и задачи, то мы придем к выводу, что их роль заключается в обеспечении наиболее эффективным путем выживания и безопасности организма. Для этого нервная система разделена на вегетативную, обеспечивающую гомеостаз - постоянство внутренней среды (пищеварение, кровообращение, температуру и т.д.) и центральную(ЦНС), которая совместно с периферической обеспечивают взаимодействие с внешней средой. Вегетативная нервная система работает автономно, но под контролем ЦНС(интеллектуальная деятельность человека также является одной из составляющих работы ЦНС, направленная в конечном итоге на обеспечение "комфортного" безопасного существования). Роль ЦНС заключается в анализе внешнего воздействия, выделения новой информации и, исходя из имеющихся приоритетов, выбора наиболее экономной и быстрой реакции..
Одним из аспектов безопасного существования является процесс собственного восстановления организма при его травмах.
Рассмотрим, как протекает этот процесс.
При любых травмах состояние организма можно условно разбить на три периода: - период травмы и ее заживления, период реабилитации последствий и последующее стационарное состояние.
На первом этапе ведущую роль играет вегетативная нервная система. Убираются остатки омертвевших тканей, активируется процесс регенерации, восстанавливается нарушенная система кровообращения, вновь прорастают нервные окончания. То, что невозможно восстановить, заменяется шрамами. Наконец гомеостаз восстановлен, но с определенными функциональными нарушениями. В действие вступает ЦНС. Теперь ей необходимо определить, какие возмущения эти нарушения вносят в обработку информации и выработку команд, в рефлекторную деятельность и скорректировать накопленные рефлексы с учетом возмущений. Рефлексы - двигательные стереотипы, изменяются таким образом, чтобы реализовать принцип максимальной скорости и экономичности рефлекторной реакции в новых условиях. (Аналогичные задачи стоят и перед вегетативной нервной системой. Например, если удалена почка или легкое, должна произойти перестройка ее работы, чтобы сохранить постоянство внутреннего гомеостаза при возросшей нагрузке на уцелевшие органы.)
В реальности первый и второй периоды частично пересекаются

Рассмотрим два примера, на которых мы попытаемся показать, какие проблемы приходится решать организму при нарушениях работы опорно-двигательного аппарата независимо от того, связано ли это с обычными травмами, или с поражениями нервной системы.

Например, человек сломал плечевую кость. Перелом "аккуратный" - закрытый, не привел к значительному травмированию мягких тканей, нервов. Наложили гипс. Когда кость срослась - сняли гипс. Кончился первый период. После снятия гипса выяснилось, что появились контрактуры локтевого и плечевого суставов. Рука не разгибается полностью и объем движений в плечевом суставе ограничен. Начинается второй период - восстановления подвижности руки. Через 10-20 дней этот период заканчивается - либо полной победой и восстановлением движений в полном объеме, либо с некоторыми ограничениями. Далее - период стационарного состояния.

Анализируя этот пример можно сделать важный вывод. Хотя травма не привела к патологии мышц и связок, тем не менее, объем движений был ограничен. Это связано с тем, что за время первого периода ЦНС сформировала новые рефлекторные состояния двигательной системы, максимально способствующие заживлению на первом этапе. Собственно второй период призван трансформировать обратно рефлекторную деятельность ЦНС для восстановления двигательных стереотипов. Чтобы этот процесс прошел удачно, руку сгибают и разгибают, постепенно увеличивая объем движений, скорость и силу (а это достаточно болезненно). Для увеличения эффективности процедур и уменьшения болезненности делают массаж. Понятно, что если угол разгибания руки не увеличивать, то сколько бы мы ее ни тренировали, полностью восстановить движение не удастся. Или, если бы мы ограничились только массажем, грамотным, длительным, интенсивным, успех тоже будет недостижим. Если бы мы оказывали адекватное воздействие (принудительное и самостоятельное сгибание руки), но по 5-10 минут в день, или раз в неделю, то результат также будет отрицательным. Т.е., воздействие должно быть адекватным (движение руки и собственная работа мышц руки), необходимой интенсивности и длительности.

Второй пример - модельный по отношению к травмам ЦНС. Предположим, что у человека резаная травма ноги, при которой оказывается полностью перерезан седалищный нерв. Хирурги сшили нерв, рана зажила. Фактически, первый период на этом заканчивается. Но перерезанный нерв разделен на две части. Первая - идет от позвоночника к месту разреза. Вторая - от места разреза к области иннервации в тканях ноги. Сразу после травмы вторая часть погибает. На месте дегенерировавшей части нерва остаются продукты распада, которые являются направляющими для прорастания отдельных аксонов и дендритов от первой части нерва. Сам нерв представляет жгут аксонов и дендритов (далее все нервные отростки будем называть аксонами, как это принято в нейрохирургии) различных типов нейронов - чувствительных (сенсорных), моторных, гамма-мотонейронов.

Невозможно представить, с каким хаосом сигналов сталкивается мозг. И какой сложности задача стоит перед ним. Задача подобная детской игрушке - паззлам. Есть картинка и куча разнообразной формы фишек, из которых необходимо сложить эту картинку. И чем больше куча, чем мельче элементы, тем сложнее задача. Но в данном случае фишек-аксонов не десятки, а десятки тысяч.

Травму нерва можно сравнить с обрывом многожильного телефонного кабеля. Телефонист нашел обрыв, соединил провода, но телефоны молчат. Ему еще необходимо перекоммутировать на станции входящие провода от этого кабеля, чтобы найти пары проводов от абонентов, а затем подключить их к нужным каналам.

Нерв - это "кабель" с множеством проводов, разделенных на жгуты отдельными оплетками. Около 25% от общего сечения нерва занимают собственно отдельные "провода", аксоны, с диаметром 5-20 микрон. Это значит, что в нерве диаметром около 5 мм содержится несколько десятков тысяч аксонов нейронов различных типов и назначений. И вот теперь они перепутаны, нервные импульсы попадают совершенно не туда, куда они попадали до травмы. И для восстановления движения мозг (ЦНС) должен однозначно их идентифицировать и перекоммутировать как по пути в мозг, так и в аналитических отделах мозга. .

Попробуем объяснить, какую задачу решает мозг, когда выстраивает соответствие восстановленных аксонов и как ему в этом помогают реабилитационные процедуры.

Каждому приходилось ездить на велосипеде, хотя бы на трехколесном. Представим, что при езде вы управляете через пружины или резиновые ленты, привязанные к рулю. Угадать, с каким усилием необходимо тянуть за ленту, чтобы руль повернулся на необходимый угол крайне трудно. Приходится корректировать потягивая поочередно за ленты. Глаза являются датчиком, регистрирующим ошибку, и мозг, в соответствии с величиной и знаком ошибки, отдает рукам приказ потянуть или ослабить ленту, и насколько. Что-то подобное происходит при работе мышц.

Мышцы обладают особенностью. Они не могут толкать, а свою функцию выполняют сокращением. В нашем примере с велосипедом одна резиновая лента натягиваясь, выполняет роль сокращающейся мышцы. Вторая лента в это время должна ослабить свое натяжение (мышца расслабляется и удлиняется), но ровно настолько, чтобы руль не проскочил нужный угол или не остановился раньше, чем надо. Когда мы едем на велосипеде, глаза отслеживают поворот руля и дают команду рукам, какую из лент ослабить, а какую поднатянуть, чтобы угол поворота руля был именно тот, который мы хотим.

При выполнении движения конечностью происходит тот же процесс. В упрощенном виде кости конечностей являются рычагами, соединенными шарнирами - суставами. К концам костей прикреплена сухожилиями минимум пара мышц-антагонистов. Одна мышца, сокращаясь, увеличивает угол между костями (разгибатель), другая - уменьшает (сгибатель). В реальности набор мышц гораздо больше, так как в большинстве суставов существует возможность трехмерного движения. Мышцы состоят из мышечных волокон, объединенных в двигательные единицы. Каждая двигательная единица иннервируется одним мотонейроном, от которого отходят окончания к каждому волокну двигательной единицы. Чем больше частота поступающих по мотонейрону нервных имппульсов - тем больше сокращается мышечное волокно.

Для того, чтобы мозг мог отследить, какое напряжение необходимо установить в каждой из мышц-антагонистов, мышцы, сухожилия, суставные сумки снабжены датчиками - проприоцепторами, сухожильными и суставными рецепторами. Они посылают информацию, кодируемую частотой импульсов, о степени удлинения или сокращения мышечных волокон, скорости сокращения и степени натяжения, величине угла в суставе. Совокупность сигналов от этих рецепторов позволяет нам осознавать свое тело в пространстве, мысленно представить совершаемое движение.

Проприоцепторы - это особые мышечные волокна, прикрепленные параллельно мышечным волокнам одним концом к сухожилию, а вторым - к мышечным волокнам. На волокна проприоцептора закреплены нервные окончания. Когда мышца сокращается - проприоцептор также сокращается, растягивается - растягивается и проприоцептор, и частота генерируемых импульсов с нервного окончания, закрепленного на нем, соответственно меняется.

Физиологической особенностью рецепторов (нейронов) является то, что частота нервных импульсов за небольшим исключением не превышает 100 герц (100 импульсов в секунду). Если бы мы попытались закодировать этой частотой весь диапазон сокращения мышцы или ее скорость, то получили бы очень грубый инструмент, так как весь диапазон движения можно было бы разбить всего на сто частей. Но природа обошла эту трудность. К проприоцепторам подходят гамма-мотонейроны, по которым передается команда растянутому проприоцептору сократиться или сокращенному - подрастянуться. Таким образом динамический диапазон проприоцептора расширяется.

Суммируя вышесказанное, вырисовывается такая картина. По минимуму двигательную единицу "обслуживает" мотонейрон, два сенсорных нейрона от проприоцептора, передающих информацию о удлинении мышечных волокон и скорости изменения их длины, нейрон от сухожильного рецептора, дающий информацию о степени натяжения, пара гамма-мотонейронов, подстраивающих проприоцептор под удлинение и скорость удлинения мышечных волокон и суставные рецепторы двух типов, частота одних увеличивается, а других уменьшается при уменьшении угла в суставе. Аксоны всех этих нейронов входят в состав нерва, иннервирующего мышцы конечности. Аналогичный набор сопровождает двигательную единицу мышцы антагониста. Процесс движения реализуется следующим образом. Перед мозгом стоит двигательная задача - согнуть конечность, т.е., повернуть кость в суставе на некоторый угол. Посылается сигнал по мотонейрону к двигательной единице мышцы сгибателя сократиться на необходимую длину, а сигналы к двигательной единице мышцы разгибателя выключаются и она расслабляется. (Так как до выполнения движения угол между костями был фиксирован, то на двигательные единицы этой пары мышц-антагонистов шли нервные импульсы, обеспечивающие необходимую для этого степень напряжения мышечных волокон.) От сенсорных окончаний проприоцепторов и от сухожильных рецепторов в ЦНС идет информация о том, как выполнена команда на изменение угла в суставе. Эта информация сравнивается с эталонной картиной требуемого конечного состояния конечности, имеющейся в памяти, и при необходимости посылаются корректирующие команды. Это и есть петля сенсорной коррекции. Конечно, приведенная нами модель достаточно схематична, но из нее по крайней мере можно понять, что если эти аксоны хотя бы частично перепутаны, нормальная работа конечности невозможна.

Вернемся к нашему телефонисту. Если бы его устройство срабатывало только в том случае, когда все 100 проводов соединены правильно, а нужная комбинация оказалась последней, ему пришлось бы выполнить 100! (сто-факториал) перестановок, что приблизительно равно 10⁷⁷ попыток. К примеру, по имеющимся представлениям и фактам возраст Вселенной не более 5 миллиардов лет. Это 5*10⁹ лет. Делая по одной попытке в секунду телефонисту удалось бы за время существования Земли перебрать всего 2*10¹⁷ комбинаций. Таким путем задача является невыполнимой. Но телефонист поступает проще. Во первых, телефонная сеть устроена таким образом (и телефонист знает об этом), что два провода, идущие к телефону замкнуты. Поэтому с помощью тестера он довольно быстро определяет пары проводов, идущие к телефону. После этого ему остается обзвонить абонентов, уточнить номер ответившего и подсоединить эту пару к нужному номеру. Если все абоненты на месте, вся процедура займет 1-2 часа.

В нашем примере, как мы уже выяснили, не все аксоны ухитряются попасть на свои места. Значит, перед мозгом стоит задача, которую решал телефонист. Каков алгоритм решения мы не знаем, но можем предположить, что он имеется и достаточно эффективный, так как в конечном итоге все-таки удается в целом восстановить движение конечности, хотя задача стоит перед ним неизмеримо сложнее, а решает он ее за достаточно короткое время. Как можно понять, все, что имеет в своем распоряжении ЦНС - это импульсы, посылаемые по мотонейронам (аналог тестера телефониста), предполагаемый отклик на них от сенсорных окончаний (абоненты) и образы двигательных стереотипов, хранящиеся в памяти.

Предположим, что такую задачу пришлось бы решать нам. Повторяем, как это происходит в действительности, нам не известно. Но базовая предпосылка заключается в том, что мозг, ЦНС в состоянии определить новые пути для нервных импульсов и их место в аналитических программах обработки информации для восстановления генетически заданных движений травмированной конечности. Вопрос только в том, можно ли помочь этому процессу и что является необходимым.

Итак. Если прекратить посылку импульсов из ЦНС, которые должны идти по моторным нейронам, то нога будет обездвижена. Теперь с посторонней помощью согнем ногу. В мозг направится поток нервных импульсов и он теперь может разделить все аксоны, которые находятся в восстановленном нерве, на сенсорные и моторные (по сенсорным идут импульсы). Так как одни проприоцепторы в этот момент растягиваются, другие сокращаются, то появляется возможность их разделить на две группы, соответствующие мышцам сгибателям и разгибателям. Меняя скорость сгибания или разгибания конечности в суставе, дополнительно аксоны можно разделить на дающие информацию о скорости и об удлинении. В крайних положениях могут быть активированы и идентифицированы сухожильные рецепторы. По времени запаздывания импульсов, приходящих в мозг, он может определить, на каком расстоянии от мозга находятся сенсоры. Учитывая, что информация, которую предстоит обработать, хранится недолго, процесс изменения угла в суставе необходимо повторять многократно. Далее встает более сложная задача - разделить вторую группу нейронов на моторные и гамма-мотонейроны, найти их расположение в мышцах антагонистах и т.д. И конечный этап - "запустить" двигательные единицы.

Такое "линейное" представление очень схематично описывает действительность. Выделенных путей для импульсов от конкретного сенсора нет. На всем пути импульсов в аналитические центры за счет связи между нейронами происходит постоянная суммация и разветвление информации между различными нейронами, дублирование информации в разные отделы головного мозга и наоборот, выделение по определенному признаку: Но, по крайней мере, из этого рассмотрения ясно, что раз мы имеем дело с работой системы обработки информации, то первое, что необходимо иметь - это адекватную входную информацию. Второе - независимо от места поражения нервной системы (периферический нерв, спинной мозг, головной мозг), если восстановление возможно, то процесс переинформирования аналитических цепей реализуется стандартным путем - обработка входной информации, выработка команд, сравнение результата с имеющимся в памяти, сравнение с работой симметричных непораженных отделов тела, оптимизация в сторону максимального подобия, экономичности и скорости выполнения команд.

Можно предположить, что имеется некоторая скорость формирования новых связей, которая зависит от объема и полноты входной информации, ее интенсивности. Если входная информация оптимальна, скорость переинформирования максимальна. На этот процесс накладывается составляющая по формированию долговременной памяти, после чего процесс становится необратимым.

На страницу Теория