XXI. századi technológia
A beavatkozás alapja az epiduralis elektromos stimuláció (EES), amely lehetővé teszi, hogy az idegrendszer plaszticitására építve az épen maradt, de funkcionálisan inaktív leszálló pályákat használja a bénult végtagok megmozdítására. Az EES kulcsszerepet tölt be abban a folyamatban, amelynek során a gerincvelő mintegy újratanulja a mozgással összefüggő szenzoros információk felhasználását az izomaktivitás létrehozására.
Az EES képes a motoneuronokat bevonni a gerinvelő hátsó szarvából kiinduló proprioceptív reflexkörökbe. A kutatócsoport gerincvelősérült betegekben minden egyes gerincvelői hátsó gyökhöz speciális, lokalizáció és ütemezés szerint egyedi EES protokollt dolgozott ki az adott gyök motoneuronjainak eléréséhez. A protokollok alapján alkalmazott stimulációt összekapcsolták a beteg által kivitelezett, testsúlytámogatott mozgási kísérletekkel. Ez a beavatkozási elrendezés lehetővé tette, hogy az épen maradt idegi pályák újraszerveződjenek, és jelentősen javítsa a mozgásképességet stimuláció mellett és anélkül. A korábbi, folyamatos EES-re épülő beavatkozási próbálkozások, bár az izomaktivitást erősítették, nem segítették a funkcionális rehabilitációt.
A kutatócsoport által kifejlesztett vezetékmentes technológia lehetővé teszi, hogy az epiduralis stimulációt a megcélzott gerincvelőszakaszokon egyidőben, egymástól függetlenül és időben változó módon alkalmazzák. A testsúlytámogatással a tréningekhez biztonságos környezetet hoztak létre. A teljes test mozgását 14 kamerával, a mozgást kísérő EMG-aktivitást, illetve a talajra ható erőket folyamatosan, valós időben követték és rögzítették. Az EES kivitelezéséhez vezetékmentes kommunikációs modullal egybekötött, mély agyi stimuláláshoz használt, beültethető impulzusgenerátorokat használtak. Az EES-szekvenciákat le lehet adni előre programozott módon, úgynevezett nyitott hurkú vagy külső jelekhez illesztett, zárt hurkú vezérléssel. A lumbosacralis régió gyökeinek stimulálását fájdalomterápiához alkalmazott, 16 elemes elektródasorral érték el.
Az első esetek
Az első vizsgálatba három olyan férfibeteget vontak be, akik több mint négy éve súlyos vagy teljes alsó végtagi bénulásban szenvedtek a gerincvelő nyaki szakaszának traumás károsodása miatt, és akiknél a korábbi rehabilitációs erőfeszítések eredménytelenek voltak. Előzetesen egészséges önkéntesek részvételével összeállították a flexiós és extenziós mozgások neuronális aktivációs térképét. A hátsó gyökök célzott eléréséhez modellezték a stimulációt, majd MRI- és CT-felvételek segítségével személyre szabták a modelleket. E modellek alapján változó erősségű impulzusokkal kalibrálták az elektródákat, és kidolgozták azok optimális konfigurációját. Az egyes elektródákból érkező impulzusokra adott izomválaszok kirajzolták minden elektróda térbeli szelektivitását. Ezeket az eredményeket egy algoritmusba építették be, majd a betegeket az egyes ízületek akaratlagos, izolált mozgatására kérték, miközben egyidejűleg alkalmazott EES impulzusokkal támogatták a kívánt mozgást.
Mivel a kísérletek folyamán EEG-vizsgálatot is végeztek, az is igazolódott, hogy a mozgási szándékkal egyidejű EES-impulzusok robusztus választ generáltak a szenzomotoros kéreg területén, feltehetőem a proprioceptív afferentációk bevonódása miatt.
A járás támogatására a térben és időben differenciált impulzusokat a láb mozgásának pályájához illesztett, zárt hurkú vezérléssel irányították, és az ingerek ütemezését folyamatosan az egészségeseknél felvett aktivációs mintákhoz közelítették. Az időzítés viszonylag kis mértékű megváltoztatása is jelentős különbségeket eredményezett a teljesítményben. Az optimalizálást követően át lehetett térni a nyílt hurkú, előre programozott vezérlésre, amely tovább javította a mozgás összhangját. A stimuláció csak mozgási szándék esetén volt aktív. A stimuláció lehetővé tette a betegeknek, hogy mind a mozdulatok erejét, mind gyorsaságát akaratlagosan befolyásolják.
A stimuláció segítségével alig egy év elteltével valamennyi betegnél jelentős funkcionális javulást tapasztaltak, és képessé váltak mintegy egy kilométernyi út megtételére, akár egy órán keresztül folyamatosan járva. Mozgási képességük folyamatosan javult, és a három betegből kettő a testsúly 35%-ának megfelelő támogatással, EES támogatás nélkül, egyikük guruló kerettel – EES támogatás mellett – önállóan képes járni.
Konklúzió
Három beteg természetesen még csak arra elegendő, hogy a koncepció létjogosultságát bizonyítsa, azonban az elért eredmények mindenképpen áttörésként értékelhetők. A hamarosan meginduló klinikai kísérletek során a gerincvelő-sérülést követően minél korábban tisztázni kell, várhatóan mely betegek profitálhatnak a legtöbbet ebből az eljárásból.
Irodalom
Wagner FB, Mignardot JB, Le Goff-Mignardot CG, et al. Targeted neurotechnology restores walking in humans with spinal cord injury. Nature 2018;563(7729):65-71.
A közleményben szereplő betegek közreműködésével készült az alábbi, a technológiát is bemutató film.
