Принцип работы кнс: принцип работы и советы по выбору

Устройство и принцип работы КНС, в чем он заключается

Приобретение дачного участка – это, с одной стороны, появившаяся возможность проводить выходные на природе.

Но в то же время, с другой стороны, и масса хлопот, связанных с его   уютного домика с камином или печью, но и подведение к нему хотя бы минимального набора удобств: душевой, туалета.

Как поступить в ситуации, когда центральной канализации и водоснабжения на участке нет? Придется решать ее исходя из собственных возможностей. Вариантов может быть несколько: от уличного туалета на выгребной яме до канализационной насосной станции. Однако прежде чем сделать свой выбор нужно изучить возможности и принцип работы станции, чтобы избежать ошибок в дальнейшем.

Содержание:

1. Область применения
2. Виды и их особенности
3. Устройство оборудования
4. Принцип работы станции
5. Делаем правильные расчет приемного обьема
6. Установка и первый запуск
7. Обслуживание станции

Сфера применения

Отведение стоков необходимо выполнять для каждого жилого строения. Сделать это просто если рядом проходит центральная канализация или в крайнем случае есть возможность установки септика. Хуже, когда не один из вариантов реализовать невозможно. Хотя остается еще один шанс сделать свою загородную жизнь комфортной – монтаж оборудования канализационной насосной станции. Она позволит осуществлять перекачку сточных вод до ближайшей магистральной системы, если таковая находится возле дачного поселка.

Смотрим видео, сфера применения и принцип работы КНС:

Однако необходимость в монтаже канализационной насосной станции возникает и в случае, если домашний санузел находится в цокольном этаже здания. Транспортировать оттуда стоки сложно по причине низкого расположения сантехники.

Виды КНС

Виды промышленных станций

На отечественном рынке канализационные станции представлены двумя основными типами:

• Бытовым
• Промышленным

Последние используются для сбора стоков с большого количества объектов и в частных домах не используются. Бытовые или мини КНС устанавливаются в коттеджах их еще называют сололифт. Они, в свою очередь, подразделяются на предназначенные для откачки стоков от:

• Одного унитаза
• Двух и более санузлов

Необходимость монтажа КНС может быть вызвана только двумя причинами:

1. Наличием туалетов в цокольных этажах
2. Если центральная магистраль находится далеко от дома

И в зависимости от этого используют сололифт или более крупное устройство КНС.

Первый вариант предполагает монтаж канализационной насосной станции непосредственно внутри санузла между выводом унитаза и канализацией. Такая станция легко справляется с измельчением бытовых отходов, поэтом можно ограничиться трубами небольшого диаметра.

Устройство и конструкция бытовых КНС:

Второй вариант – это по сути насосная станция только небольших размеров. Выполняя проектирование этой станции нужно учитывать суточный расход воды в доме, деленный на 4. Только так вы сможете обеспечить экономичный расход электричества при работе оборудования.

Из чего состоит канализационная станция

Чем является КНС? Это по сути герметичная сливная яма, оснащенная специальными насосами, осуществляющими транспортировку сточных вод в центральную магистраль и требующая регулярного обслуживании станции отчистки. Если же смотреть более подробно, то она представляет собой комплекс различных устройств: от накопительного резервуара до системы трубопроводов, требующая предварительного проектирования оборудования.

Устройство КНС

Итак, начнем с емкостей для стоков. Они могут быть выполнены из следующих материалов:

• Пластика
• Бетона
• Стали

В зависимости от этого параметра находится стоимость, а также выполняются работы по проектированию станции и это нужно учитывать выбирая модель для дачи или частного дома.

Далее – фекальный насос. Обычно используется два агрегата:

1. Рабочий
2. Резервный

Основной задачей этого оборудования является подъем стоков на определенный уровень, откуда они самотеком транспортируются в канализацию.

Третья составляющая КНС – система трубопроводов. Благодаря ей оба насоса объединены в одну систему, подключенную к очистным сооружениям. В системе трубопроводов устанавливаются задвижки, необходимые для управления работой насосов.

И последняя составляющая – поплавочные выключатели. Они предназначены для управления работой насоса в автоматическом режиме. Их принцип действия основан на поднятии вверх поплавка при повышении уровня стоков до определенной отметки. При этом происходит ослабевание натяжения троса и срабатывание выключателя, что приводи к включению насоса.

Устройство самой маленькой КНС

При падении уровня жидкости происходит обратный процесс, отключающий оборудование. Обычно используется несколько поплавков, на случай выхода одного из строя в работу включается второй насосный агрегат.

При поломке насоса третий и четвертый элементы включают резервное оборудование, что должно учитываться при обслуживании станции.

В качестве дополнительного оснащения устанавливается лестница, а также монтируется специальная крышка с отверстиями и электрощитом, контролирующим подачу энергии к агрегатам, все эти моменты должны учитываться при проектирование кнс.

Как работает станция

Функционирование КНС начинается с того момента, когда в нижний отсек заполняется стоками выше заданного уровня. В этом случае происходит запуск станции. При этом включаются насосы, которые перекачивают отходы в распределительную емкость, далее они поступают в трубопровод и в канализацию – в этом и состоит принцип работы любой КНС.

Смотрим видео, принцип работы:

Если в доме проживает два или три человека и количество отходов небольшое, то достаточно одного насоса. При увеличении объема может быть подключен второй агрегат. В этом случае станция переходит в режим наибольшей нагрузки, что должно быть учтено при проектировании системы отчистки. Возможность использовать один или сразу два насоса дает возможность экономить энергию, продлевая рабочий ресурс станции.

Если КНС не в состоянии справится с объемом вод, то на пульт оператора поступает сигнал, требующий принятия определенного решения по обслуживанию КНС.

Как рассчитать приемный объем

Проектирование КНС с погружными насосами предполагает проведение ряда вычислений и подбор оборудования. Необходимо выполнить расчет приемного объема, чтобы обеспечить правильную работу насоса. Для этого пользуются формулами завода-изготовителя. Конечно, лучше если эту работу будут выполнять профессионалы. Ведь типовой проект канализационной насосной станции требует проведения сложных вычислений, таких как:

1. Расход воды
2. Построение графика поступления в течение суток
3. Зная допустимое количество используемой жидкости, получают объем стоков
4. Находят минимальный и средний притоки
5. Определяют напор

И только выполнив расчет КНС, можно приступать к выбору модели насоса, учитывая наивысший объем поступления и значение напора.

Далее строится график работы насоса и трубопровода для определения максимальной точки напора и проводится анализ работы оборудования в аварийных ситуациях.

Последним этапом подготовки типового проекта КНС является нахождение объема емкости. Для этого строят график, на котором отображаются поступление и отвод вод одним насосом, причем по времени, проходящему между наибольшей и наименьшей величиной притока.

Установка, пуск и наладка – как это происходит

Монтаж КНС нельзя назвать простым, ведь станции – это достаточно сложное оборудование, поэтому эти работы лучше доверить сотрудникам специализированных предприятий.

Монтаж КНС должен осуществляться в котлован, размеры которого соответствуют указанным в прилагаемой инструкции. При этом его дно усиливается при помощи железобетонных плит или заливается раствором бетона. К этому основанию монтаж КНС выполняют анкерными болтами.

Следующий этап – это подсоединение трубопроводов: подводящего и отводящего. И завершают монтажные работы подводкой силового кабеля, согласно документации по проектированию КНС.

Установка насосов выполняется согласно прилагаемой инструкции и по ее завершению осуществляют пусконаладочные работы. Они заключаются в установке и настройке датчиков, выполняемых также при обслуживании КНС. Причем нижний должен располагаться на расстоянии 500 мм от дна, а третий и четвертый таким образом, чтобы включались в работу при достижении стоками среза лотка в подводящем трубопроводе, что должно быть учтено при проектировании КНС.

Смотрим видео, установка и монтаж:

Кроме того, в процессе наладки регулируют время работы второго насоса, оно не может превышать 10 мин. Работы по наладке выполняют вдвоем – один наладчик контролирует показания датчиков на пульте, а второй занимается их настройкой.

Выполнив регулировку, производительность насосов проверяют опытным путем. Для этого производят откачку воды из резервуара.

Обслуживание КНС

Многих интересует вопрос можно ли самому проводить профилактические работы на канализационных станциях? Специалисты не рекомендуют выполнять обслуживание КНС самостоятельно. Так как работа станции полностью автоматизирована, то ее обслуживание заключается в проведении плановых профилактических осмотров и регламентных работ, которые должны выполняться профессионалами в процессе обслуживания во избежание поломок. Они же выполняют и текущий ремонт КНС.

Принцип действия канализационной насосной станции

В продаже есть канализационные насосные станции (КНС) различной конструкции и назначения. Между собой они отличаются производительностью, объемом и материалом изготовления накопительного резервуара, а также некоторыми другими параметрами. Но, несмотря на все эти характеристики, принцип работы всех канализационных установок одинаков. Системы могут функционировать в одном из трех режимов, выбор которых зависит от объема поступающих сточных вод.

Работа станции при оптимальной нагрузке

В такой ситуации станция находится в состоянии покоя, насосы отключены. При наполнении накопительного резервуара до определенного уровня срабатывает поплавочный выключатель, что приводит к запуску основного фекального насоса. Последний откачивает стоки до тех пор, пока снова не сработает выключатель. Освободив накопительный бак, насосы выключаются, установка возвращается в исходное состояние покоя. Если станция оснащена несколькими наносными агрегатами, то сначала запустится один, во втором цикле – следующий. Такая попеременная работа обеспечивает равномерный режим использования оборудования и продлевает срок его службы. Оптимальной считается нагрузка, которая равняется расчетному объему стоков, поступающих в КНС.

Работа установки при пиковой нагрузке

Если объем стоков, поступающих в резервуар станции, превышает расчетные показатели (то есть, производительность насоса), КНС будет функционировать в режиме пиковой нагрузки. Сначала установка работает по принципу, описанному выше. Функционирует только один насос. Но поскольку его производительность меньше, чем требуется для откачки стоковых вод, уровень последних продолжает расти. По достижению определенной отметки подключается второй насос. Вместе они откачивают стоки до стартовой отметки, после чего поплавки канализационной насосной станции отключают оборудование.

Аварийный режим работы

Данный режим запускается в случае заполнения накопительного резервуара до критической отметки. По сути, наблюдается переполнение бака. Такое может происходить в случае аварийного отключения одного/обоих насосов либо при резком возрастании объемов стоков и их значительному превышению расчетных показателей. При возникновении такой ситуации необходимо обратиться в компанию, которая занимается обслуживанием канализационных установок. Длительная эксплуатация станции в аварийном режиме может спровоцировать выход оборудования из строя.

Смотрите также

Принцип работы комплектной КНС | Компания ЭКОВОД

В работе комплектной канализационной насосной станции производства компании «ЭКОВОД»® предусмотрены три режима:

Режим № 1 (нормальная работа)

Сточные воды по самотечному коллектору поступают в КНС. Происходит её наполнение до уровня срабатывания поплавкового датчика включения одного из насосов. В нормальном режиме, насос откачивает поступившую воду, и отключается, когда она спадет до уровня срабатывания поплавка общего отключения насосов. При следующем сигнале от поплавка включения насоса, включится в работу уже другой насос, обеспечивая тем самым равномерную нагрузку на агрегаты.

Режим № 2 (нормальная работа/пиковая нагрузка)

Сточные воды по самотечному коллектору поступают в КНС. Происходит ее наполнение до уровня срабатывания поплавка включения одного из насосов. Если этот насос не справляется с объемом поступающей воды (пиковая нагрузка), и она доходит до уровня срабатывания поплавка включения второго агрегата, то включается в работу другой насос. В этом режиме, оба насоса откачивают поступающую воду, и отключаются, когда она спадет до уровня срабатывания поплавка общего отключения насосов.

Вариант № 3 (нормальная работа/пиковая нагрузка/экстренная ситуация)

Сточные воды по самотечному коллектору поступают в КНС. Происходит ее наполнение до уровня срабатывания поплавка включения одного из насосов.

Если этот насос не справляется с объемом поступающей воды (пиковая нагрузка), и она доходит до уровня срабатывания поплавка включения второго агрегата, то включается в работу другой насос.

Если же оба насоса не справляются с поступающей водой, или они не сработали от сигналов поплавков, то происходит наполнение емкости до уровня срабатывания поплавка подачи сигнала «Высокий уровень».

При срабатывании этого поплавка происходит следующее:

• подается дублирующий сигнал на повторное включение обоих насосов,
• подается аварийный сигнал на шкаф управления.

Насосы при этом не останавливаются. После понижения уровня до срабатывания поплавка общего отключения насосов, индикатор погасает, сигнальные контакты размыкаются. В качестве аварийного сигнализатора может использоваться сигнальное устройство типа сирена или проблесковый маячок, а также их комбинация.

Канализационные насосные станции (КНС). Виды. Принцип работы

Канализационная насосная станция является системой взаимосвязанного комплекса очистительного механизма. Эта система используется для отвода сточных вод и продуктов жизнедеятельности. Данная система может функционировать как упрощённая версия (например, в санузле), так, как и целостный механизм для отвода жидкостных отходов.

Назначение очистительного комплекса

Станции канализационные применяются в качестве главного механизма отвода сточных масс. Под воздействием давления насоса, сточная жидкость направляется на более высокий уровень, вследствие чего, самотёком движется в направлении очистительного механизма.

В случаях, когда канализационные отходы в состоянии самостоятельного стока, насосное оборудование может не потребоваться. Это скорее исключение и актуально лишь для плоскогорья. Если местность неровная или холмистая, без использования специальной технической оснащённости не обойтись. Поэтому применение технических устройств упрощает процесс очистки.

Применение канализационного сточного оборудования благотворно воздействует на экологические показатели в районе их установки очистных насосных станций. Благодаря чему, местные жители меньше болеют или испытывают какой-либо дискомфорт.

Во избежание контакта обслуживающего персонала со сливаемыми жидкостями, сточные воды перемещаются в специальной изолированной системе.

Основные типы КНС

Размеры бытовых КНС могут варьироваться от очень маленьких до огромных. Так как такие системы могут располагаться аккурат за сливным баком, выводя жидкости непосредственно в необходимом направлении (например, бытовые насосные станции Grundfos Sololift2), так и иметь вид цистерны, с объёмом в несколько десятков кубометров, горизонтально вкопанной в землю.

Помимо размера, КНС различаются по ряду других параметров:

1. Тип установки: горизонтальные, вертикальные, имеющие автоматические насосы.
2. Тип расположения: наземные, заглублённые, частично заглублённые.
3. Тип управления системой: дистанционное, автоматическое, ручное.

Типы управления

1. Дистанционное. Данные проводимого мониторинга поступают на удалённый пульт управления. Диспетчер принимает сам решение, которое необходимо предпринять.
2. Автоматическое. Управление очистительной системой происходит в постоянном автоматизированном режиме, с помощью специальных датчиков, расположенных на корпусе системы или недалеко от неё.
3. Ручное. Контроль над оборудованием и системой в целом производит обслуживающий персонал. Они же контролируют заполняемость резервуара.

Тип канализационных стоков

1. Промышленные. Данный вид очистительного оборудования производится из специального прочного материала, которое способно выдержать химическое или термическое воздействие.
2. Хозяйственно-бытовые. Установка канализационной насосной станции, рассчитанная для функционирования в стандартных условиях.
3. Ливневые. Такие системы оснащены дополнительным оборудованием для очистки.
4. Осадочные. Такая станция, в основном, используется в промышленных зонах, дополнительно обрабатывая осадочные отложения.

Принцип работы КНС

Схема работы насосной станцииОсновным принципом работы канализационной насосной системы является подъём сточных вод, с последующей очисткой сооружения. Помимо этого, насосные станции используется при возникновении аварийной ситуации.

В большинстве своём, насосные станции работают в автоматическом режиме, контроль над которой осуществляют четыре датчика, установленные непосредственно на ней или недалеко от неё.

1. Механизм отвечает за контроль над малыми объёмами стоков. Что позволяет не запускать насос.
2. Датчик несёт непосредственную ответственность за запуск насоса. Только после этого, канализационная система начинает откачку отходов в резервуар.
3. Датчик гарантирует запуск резервного насоса. Его активация означает повышенный объём сточных вод.
4. Последний датчик включается при возникновении аварийной ситуации. Это может происходить по причине поломки одного из насосов, либо, когда устройство не в состоянии справится с объёмом жидкости. В таком случае, потребуется помощь специальной организации.

Автоматическое отключение системы канализационной насосной станции происходит после того, как уровень сточных вод опустится ниже первого датчика. После этого, КНС будет работать в стабильном режиме.

Обслуживание КНС

Техническое обслуживание канализационной насосной станции является рядом специализированных мероприятий, способствующих сохранению системы в исправном состоянии.

Для того, чтобы обеспечить работоспособность всех механизмов станции, необходим постоянный контроль регламентных работ, обслуживающих систему управления и оповещения, трубопроводы, и датчики.

Соблюдение всех правил использования оборудования приведёт к снижению риска до минимального уровня, что в свою очередь благоприятно скажется на функционировании.

Конструкция КНС

Конструкцию механизма необходимо оценивать в нескольких основных вариантах:

Система очистки для частного дома

Комплекс отдельных конструкций, которые подбираются индивидуально с учётом поправок инженера.

Из-за нестандартного размера, оборудование может быть прикопано грунтом. Выглядит такая аппаратура, как загерметизированная ёмкость с насосами внутри. Для производства резервуара используют пластик и стекловолокно. Выбор данного вида материала увеличивает срок эксплуатации канализационной насосной станции, в среднем, на пятьдесят лет.

Отдельные части системы:

• Пластиковый резервуар. Иногда, такой бак изготавливается на металлической или бетонной основе. Но обычно, пластик является основным часто используемым материалом. По причине того, что он имеет большой срок службы, и позволяет в случае необходимости заменить резервуар в кротчайшие сроки.

• Насос для фекалий. Если станция функционирует ежедневно, то в таких системах предусмотрен дополнительный насос.

• Водопровод (подводящий и отводящий)

Это необходимо для объединения общей канализационной системы с насосами и коллектором. Наличие специального клапана предотвращает отход жидкости в обратную сторону.

Автоматическая система с четырьмя датчиками (поплавками)

Такая система стоит не дорого, поэтому специалисты рекомендуют в любом случае приобрести её. Так как каждый их них способен запустить насос, в случае критического подъёма сточных вод.

Принцип работы такой станции немного отличается от работы мини-станции тем, что сам резервуар прикапывается или закапывается в землю и соединяется со сливной трубой. При поднятии сточных вод до определённого установленного уровня, датчик замыкает сеть и приводит в действие основной насос.

Компактные мини-станции (сололифт)

Единое оборудование, которое подбирается в индивидуальном порядке, учитывая целый ряд характеристик.

Такая мини-станция устанавливается непосредственно в санузле, либо в подвале дома.

В момент поступления жидкости, срабатывает автоматическая система (включается двигатель). После чего, жидкость перекачивается из резервуара в трубу, по пути измельчаясь режущим механизмом. Это предотвращает возможные засоры.

Дополнительные устройства:

1. Лестница для спуска к резервуару
2. Специальный шкаф для управления системой
3. Дополнительные фильтры
4. Датчики расхода
5. Ёмкости для мусора

Расчёт КНС

Расчёт канализационной насосной станции начинается с определения основных параметров оборудования, производительности, и уровня сточных вод (учитывается приток в течении одного часа).

Параметры оборудования:

1. Объём резервуара
2. Глубина резервуара
3. Количество рабочих насосов
4. Количество резервных насосов
5. Диаметр трубопровода
6. Электрическое питание

Параметры производительности:

1. Необходимое количество запуска насосов
2. Вид сточной системы
3. Различия высот напора
4. Использование специального механизма управления

Основываясь на приведённых параметрах, подготовленную информацию необходимо предоставить специалистам, благодаря которым можно будет подобрать отдельные составляющие для оборудования. Если поступить иначе, то неправильно выбранные составляющие для канализационной насосной системы будут функционировать неисправно, что может привести к аварийной ситуации.

Стоимость

Стоимость сборки и установки КНС, в целом, будет зависеть от полного количества составляющих компонентов. Но иногда, такая система – единственный вариант для отвода сточных вод или отходов. Поэтому, экономить на ней не рекомендуется. Так как канализационная насосная станция является одним из важных инженерных проектов. Благодаря которой осуществляется отвод продуктов жизнедеятельности.

Читайте так же:

Канализационные насосные станции от производителя

Назначение и применение

КНС предназначены для перекачивания:

• промышленных стоков;




• хозяйственно-бытовых вод;




• ливневых сточных вод на очистные сооружения или рельеф местности.

КНС применяются в тех случаях, когда не удается осуществить отвод промышленных, хозяйственно-бытовых и ливневых сточных вод самотеком на очистные сооружения или в места сброса.

Преимущества стеклопластиковых корпусов

Корпуса канализационных насосных станций изготавливаются методом непрерывной намотки из прочного армированного стеклопластика, исходя из технических требований Заказчика. Преимущества таких корпусов:

• химически устойчивы;




• не требуют антикоррозийной обработки;




• срок службы более 50 лет;




• небольшой удельный вес;




• прочность, не требующая дополнительных укреплений.

Станции КНС могут быть изготовлены различной высоты и диаметра. Толщина стенок станции может варьироваться и зависит от глубины заложения при монтаже и свойств грунта на объекте.

Стоимость жизненного цикла канализационного насосного оборудования

Канализационное насосное оборудование, с точки зрения его окупаемости, очень выгодно. Экспертами рассчитано, что всего лишь 3% от всех расходов на протяжении всего жизненного цикла КНС приходится на их начальную стоимость. Более того, этот процент может быть еще ниже, он снижается обратно пропорционально качеству выбранной КНС. Другими словами, чем выше качество, тем меньше суммарные расходы.

Резюмируя, можно сказать, что качество оборудования существенно влияет на итоговые расходы на КНС в плане всего их жизненного цикла.

Устройство и принцип работы КНС

Канализационная насосная станция ООО «НПО АкваБиоМ» представляет собой стеклопластиковый приемный резервуар, куда поступает вода через подводящий трубопровод в сороулавливающую корзину, где происходит улавливание наиболее крупных загрязнений. Далее вода поступает в напорный трубопровод с помощью погружных канализационных насосов. На трубопроводе установлена запорно-регулирующая арматура (задвижка, обратный клапан, манометр, расходомер и т.д.). Обратный клапан, установленный на напорном трубопроводе, не позволяет опорожняться напорному трубопроводу обратно в корпус КНС. Для удобства обслуживания оборудования и арматуры канализационной насосной станции в резервуаре имеется площадка обслуживания и лестница.

Управление насосами осуществляется в автоматическом режиме посредством поплавковых датчиков уровня и шкафа управления КНС.

ООО «НПО АкваБиоМ» изготавливает ШУ с учетом требований заказчика.

Учет параметров для расчета КНС

• производительность насосной станции;




• полный напор;




• глубину заложения подводящего коллектора;




• вид перекачиваемых стоков;




• гидрогеологические условия;




• рабочая схема подключения насосов.

Высота корпуса может достигать до 15 метров, высота напора перекачиваемых стоков до 100 метров. Размеры КНС могут быть спроектированы и изготовлены по индивидуальным параметрам и техническому заданию заказчика.

Компания ООО «НПО АкваБиоМ» изготавливает нижеуказанные типы канализационного насосного оборудования.

Насосная станция с погружными насосами.

H — высота;

Н1 — глубина подводящего коллектора;

Н2 — глубина отводящего коллектора;

D — диаметр;

D1 — диаметр подводящего коллектора;

D2 — диаметр отводящего коллектора.

1 — подводящий коллектор;

2 — погружные насосы;

3 — автоматические трубные муфты;

4 — напорный трубный узел;

5 — сороулавливающая корзина;

6 — поплавковые датчики;

7 — лестница;

8 — площадка обслуживания;

9 — полусферическое дно;

10 — вентиляционный стояк;

11 — решетка безопасности;

12 — крышка КНС;

13 — шкаф управления.

Насосная станция сухого исполнения

H — высота;

Н1 — глубина подводящего коллектора;

Н2 — глубина отводящего коллектора;

D — диаметр;

D1 — диаметр подводящего коллектора;

D2 — диаметр отводящего коллектора;

D_кол — диаметр колодца.

1 — камера сброса стоков;

2 — камера перекачки стоков;

3 — подводящий коллектор;

4 — сороулавливающая корзина;

5 — перекачиваемый сток;

6 — насосы;

7 — трубный узел с запорно-регулирующей арматурой;

8 — поплавковые датчики;

9 — перегородка;

10 — лестница;

11 — площадка обслуживания;

12 — вентиляционный стояк;

13 — решетка безопасности;

14 — крышка КНС.

Устанавливаемое насосное оборудование

Специально разработанная конструкция дна

Дно в разрезе Отличительной особенностью КНС производства ООО «НПО АкваБиоМ» является специально разработанная конструкция стеклопластикового полусферического дна. Данная конструкция позволяет избежать заиливания в труднодоступных местах по периметру дна и концентрирует основной объём отводящих стоков непосредственно под насосами.

Помимо этого, полусферическое дно имеет достаточную прочность для установки на нём насосного оборудования без применения дополнительных усиливающих элементов, что в свою очередь облегчает вес самой станции, упрощает и ускоряет процесс изготовления КНС. Данное дно является современным конструктивным решением.

Канализационные насосные станции (КНС) для частного дома

Канализационная насосная станция (КНС) устанавливается для перекачки сточных вод, как канализационных, так и дождевых. После выпуска с завода, канализационные насосные станции сразу готовы к дальнейшей эксплуатации, без каких-либо подготовительных мероприятий.

С учетом индивидуальных требований заказчика КНС, могут иметь индивидуальную комплектацию, а также изготавливаться различных размеров по высоте и диаметру. В связи с этим стоимость канализационной насосной станции определяется после изучения требований заказчика, оформленных письменно.

Принцип работы канализационной насосной станции

Сточные воды через трубопровод поступают к насосам приемного резервуара станции, расположенным в нижней части корпуса. Насосы стационарно крепятся на металлических опорах, соединенных герметично через прокладку с напорным трубопроводом. Крепление насосов сконструировано таким образом, что при необходимости проведения технического обслуживания, они могут подниматься. В рабочем режиме насосы подают сточную воду по напорному трубопроводу в распределительную камеру, которая оборудована задвижками для направления стоков к отводящим трубопроводам. Когда станция работает в обычном режиме, все задвижки открыты. При неполной нагрузке насосной станции часть насосов отключена, чтобы вода из резерва не попадала обратно в трубопровод насосного агрегата, насосы оборудованы обратным клапаном. Задвижки закрываются, когда клапаны неисправны и проводится их ремонт или когда неисправна электросеть. 

Для защиты насосных агрегатов от попадания в них крупных частиц, станция оборудуется сороудерживающей корзиной, выполняющей функцию фильтра грубой очистки. Корпус КНС в верхней части имеет технологический люк для обслуживания узлов и агрегатов станции. Через технологический люк возможно извлечь насосы и сороудерживающую корзину для ее очистки. Для облегчения спуска КНС оборудована лестницей. Для обеспечения циркуляции воздуха внутри станции в верхней части корпуса расположен вентиляционный трубопровод. Чтобы насосные агрегаты не работали в холостую, они отключаются автоматически, в зависимости от уровня поступающей жидкости, за этим следит четыре универсальных датчика, оборудованных поплавками.

Предназначение датчиков

Нижний датчик. Отключает насосы, при снижении уровня воды в приемном резервуаре, не допускает работу насоса без воды. (Минимальный уровень воды в резервуаре — 500 мм.)

Второй датчик. Отвечает за включение насоса при заданном определенном уровне воды, данные параметры задаются при настройке станции.

Третий датчик. Отвечает за включение резервного насоса, когда основной насос не успевает перекачивать поток воды, и объем воды достиг определенного уровня. При включении этого насоса производительность станции увеличивается в разы. Резервный насос включается при достижении воды в резервуаре уровня нижней части подводящего трубопровода.

Четвертый датчик. Выполняет роль сигнализации, предупреждает о неполадках работы насосов, превышении уровня воды.

При включении того или иного датчика на пульте дистанционного управления КНС, высвечивается информация. Так как четвертый датчик является аварийным, его включение может дублироваться дополнительно и звуковым сигналом, чтобы данная ситуация не осталась незамеченной персоналом обслуживания. При срабатывании четвертого датчика, для предупреждения аварии, целесообразно отключить подачу стоков.

Канализационные насосные станции оборудованы электрическим пультом управления, который монтируется в закрывающемся щитке. Чтобы насосная станция работала равномерно без перегрузок и долгие годы, необходимо правильно рассчитать ее мощность, учитывая возможные объемы сточных вод. В таком случае работа станции будет соответствовать заводским настройкам.

Установка, пуск и наладка КНС

Канализационные насосные станции являются достаточно сложным оборудованием, поэтому целесообразно, чтобы монтаж и настройку проводили специализированные предприятия.

Насосные станции устанавливаются в котлован, вырытый в соответствии с размерами указанными в инструкции по установке. Для усиления дна котлована, чтобы станция не выдавила его, укладываются железобетонные плиты или заливается бетонный раствор. К подготовленному бетонному основанию насосная станция закрепляется болтами анкерного типа. По технологии установки, возможно частичное бетонирование основания станции. После этого подсоединяются трубопроводы, подводящий и отводящий. Силовой кабель к насосам подводится в последнюю очередь, они монтируются через трубы. Установка насосов осуществляется по методике указанной в инструкции. По завершению установочных работ осуществляются пуско-наладочные мероприятия.

Задачей при проведении пуско-наладочных мероприятий является установка и регулировка универсальных датчиков. Эти мероприятия проводятся специалистами по автоматизации.

Нижний датчик устанавливается от дна на расстоянии около 500 мм. Второй датчик отвечает за пуск резервного насоса и регулируется при пуске-наладке станции. Третий и четвертый датчики устанавливаются, чтобы срабатывание происходило при достижении вод до уровня среза лотка подводящего трубопровода. Проверка срабатывания датчиков и включения второго насоса, проводится экспериментальным методом, в насосную станцию автоцистерной заливается чистая вода. При проведении наладки регулируется время работы второго насоса, оно должно колебаться в промежутке 7-10 минут. Если параметры работы насоса другие, то осуществляется регулировка датчиков. Таким же образом регулируется и третий датчик. Запуск насоса должен проводиться при достижении водой уровня низа подводящего трубопровода. Правильность работы третьего датчика регулируется перемещением по высоте. Регулировка четвертого датчика осуществляется путем искусственного создания аварийной обстановки. Резервуар заполняется водой до срабатывания третьего датчика и запуска второго насоса, четвертый датчик после этого поднимается вручную до его срабатывания. Данные наладочные работы необходимо проводить вдвоем, один наладчик проводит непосредственно настройки датчиков, а второй следит за показанием датчиков на пульте управления. После регулировки, вся электропроводка от насосов и датчиков выводится и присоединяется к пульту. Завершая работу с электропроводкой, производится ее соединение с внешним источником.

Для проверки производительности насосов производится откачка воды из резервуара. После завершения всех мероприятий по установке и регулировки оборудования составляется акт.

В основном насосные станции изготавливаются с учетом пожеланий заказчика, поэтому все станции индивидуальны по размеру и комплектации, а также имеют различную стоимость, которая определяется после выяснения желаний клиента.

принцип работы, особенности и типы

В большинстве случаев при строительстве частных, коммерческих и любых других объектов отведение сточных вод организовывается самотеком. В этом случае все стоки под естественной силой тяжести сами движутся к собирающим емкостям, достаточно лишь выбрать правильный угол уклона труб и осуществить качественный монтаж. Однако существует ряд случаев, в которых организовать самотечный слив невозможно. Например, участок может располагаться ниже уровня магистрального трубопровода, на нем может быть сложный рельеф, а в городских условиях ситуация может усложниться из-за плотности застройки.

В этом случае применяются КНС – специальные канализационные колодцы с насосным оборудованием, осуществляющие перекачку ливневых, производственных, хозяйственно-бытовых сточных вод в централизованный трубопровод или резервуар для дальнейшей очистки или обработки. КНС представляет собой большую емкость, чаще всего из полимерных пластиков, ее размер (объем) может быть различным, в зависимости от потребностей хозяйства или производства.

Как устроена и как работает канализационная насосная станция

Принцип работы достаточно прост и мало отличается у разных моделей. Стоки из различных локаций попадают в приемную емкость КНС, на дне которой установлены насосы. Они перекачивают сточные воды в напорный трубопровод, откуда они отправляются в централизованную канализацию или же очистную установку. Для того чтобы стоки не возвращались туда, откуда они поступили, система оснащается обратным клапаном.

Различаются станции по типу насоса, двигателя, объему стоков и другим параметрам. Так, по типу насоса они бывают центробежными, диагональными, объемными и осевыми, по производительности – бытовые и промышленные. Насосы различаются также по мощности и производительности (сколько литров стоков станция способна отвести за единицу времени). Наружные КНС могут устанавливаться как в грунте, так и на/над поверхностью земли. Для удобства обслуживания внутри колодца располагаются лестницы, а сверху емкость закрывается герметичной крышкой-люком. Чтобы КНС работала корректно и не засорялась в ней устанавливаются решетки, корзины для крупного мусора, а также другие фильтры. Если же выбираете домашнюю мини-станцию, то важным фактором будет количество разных сантехнических приборов, которые к ней можно подключить.

Центральная нервная система

Центральная нервная система

На этой странице изложена основная физиология центральной нервной системы,
включая головной и спинной мозг.
На отдельных страницах описана нервная система в
Общее,
ощущение, контроль над
скелетные мышцы и контроль внутренних
органы.

1. Центральная нервная система ЦНС отвечает за интеграцию сенсорных
   информация и реагирование соответственно. Он состоит из двух основных
   компоненты:
   1. Спинной мозг служит каналом для сигналов между головным мозгом.
      и остальное тело.Он также контролирует простой опорно-двигательный аппарат.
      рефлексы без участия головного мозга.
   2. Мозг отвечает за интеграцию большинства сенсорных
      информационная и координирующая функция организма, как сознательно, так и
      бессознательно. Сложные функции, такие как мышление и чувство, как
      а также регуляцию гомеостаза можно отнести к разным
      части мозга.
2. Головной и спинной мозг имеют общие анатомические особенности:
   1. Живая нервная ткань имеет консистенцию желе и требует
      специальная защита от физических повреждений.Вся ЦНС покрыта костью.
      Мозг
      находится в пределах черепа , в то время как спинной мозг проходит в пределах
      канал через позвонков .
   2. Внутри костного футляра вся ЦНС находится в спинномозговой системе .
      жидкость (CSF) , бесцветная жидкость, вырабатываемая особыми структурами головного мозга.
      ЦСЖ также обеспечивает особую химическую среду для нервной ткани.
      как дополнительный буфер против физического урона.
   3. Особая химическая среда нервной ткани поддерживается за счет
      относительно непроницаемые оболочки капилляров в ЦНС.Эта особенность
      известен как гематоэнцефалический барьер .
   4. В ЦНС есть два основных типа тканей:
      1. Серое вещество состоит из тел нервных клеток, дендритов и аксонов.
         Нейроны в сером веществе организуются либо послойно, как в коре головного мозга,
         или как кластеры, называемые ядрами .
      2. Белое вещество состоит в основном из аксонов, поэтому оно выглядит белым.
         из-за миелиновой оболочки аксонов.
3. У раннего эмбриона ЦНС образует относительно однородную трубку.В
   основные области мозга развиваются в виде увеличений в головном конце
   эта трубка:
   1. продолговатый мозг выглядит как вздутие на верхнем конце
      спинной мозг. Помимо того, что он является каналом для волокон, проходящих между
      спинной мозг и высшие отделы головного мозга, он содержит центры управления
      для непроизвольных функций, таких как артериальное давление, дыхание, глотание
      и рвота.
   2. Чуть выше мозгового вещества находятся мостов и мозжечка .В
      pons передает информацию между высшими областями мозга и
      мозжечок, который обрабатывает сенсорную информацию и помогает координировать движения.
   3. Следующий сегмент, midbrain , в первую очередь отвечает за зрение.
      движение.
   4. Над средним мозгом находится промежуточный мозг , который состоит из
      две основные части:
      1. Таламус обрабатывает и объединяет всю сенсорную информацию
         идет в высшие области мозга.
      2. Гипоталамус имеет решающее значение для гомеостаза, поддержания
         внутренняя среда тела.Влияет на нервный контроль
         все внутренние органы, а также служит главным регулятором эндокринной
         функции, контролируя гипофиз.
   5. Самый высокий отдел головного мозга — это головной мозг, который включает в себя как
      кора головного мозга, которая также видна за пределами мозга
      как и другие внутренние конструкции. Головной мозг отвечает за сознательное
      ощущения и произвольные движения, а также расширенные функции, такие как
      как мышление, обучение и эмоции.

Как работает нервная система? — InformedHealth.org

Нервная система состоит из всех нервных клеток вашего тела. Именно через нервную систему мы общаемся с внешним миром, и в то же время контролируются многие механизмы внутри нашего тела. Нервная система получает информацию через наши органы чувств, обрабатывает информацию и запускает реакции, например заставляет ваши мышцы двигаться или заставляет вас чувствовать боль. Например, если вы дотронетесь до горячей плиты, вы рефлекторно отдернете руку, и ваши нервы одновременно отправят в мозг сигналы боли.Обменные процессы также контролируются нервной системой.

В нервной системе есть много миллиардов нервных клеток, также называемых нейронами. Один только мозг насчитывает около 100 миллиардов нейронов. Каждый нейрон имеет тело клетки и различные расширения. Более короткие отростки (называемые дендритами) действуют как антенны: они принимают сигналы, например, от других нейронов и передают их телу клетки. Затем сигналы передаются через длинное удлинение (аксон), длина которого может достигать метра.

Нервная система состоит из двух частей: центральной нервной системы и периферической нервной системы из-за их расположения в организме. Центральная нервная система (ЦНС) включает нервы головного и спинного мозга. Он надежно удерживается в черепе и позвоночном канале. Все остальные нервы в организме являются частью периферической нервной системы (ПНС).

Независимо от того, где они находятся в организме, также можно различать произвольную и непроизвольную нервную систему.Произвольная нервная система (соматическая нервная система) контролирует все вещи, которые мы осознаем и можем сознательно влиять, например, движение наших рук, ног и других частей тела.

Непроизвольная нервная система (вегетативная или вегетативная нервная система) регулирует процессы в организме, на которые мы не можем сознательно влиять. Он постоянно активен, регулирует такие вещи, как дыхание, сердцебиение и обменные процессы. Он делает это, получая сигналы от мозга и передавая их телу.Он также может посылать сигналы в другом направлении — от тела к мозгу — например, предоставляя вашему мозгу информацию о том, насколько наполнен ваш мочевой пузырь или как быстро бьется ваше сердце. Непроизвольная нервная система может быстро реагировать на изменения, изменяя процессы в организме, чтобы адаптироваться. Например, если ваше тело становится слишком горячим, ваша непроизвольная нервная система увеличивает кровообращение к вашей коже и заставляет вас больше потеть, чтобы снова охладить ваше тело.

И центральная, и периферическая нервные системы имеют произвольные и непроизвольные части.Однако, хотя эти две части тесно связаны в центральной нервной системе, они обычно разделены в других частях тела.

Непроизвольная нервная система состоит из трех частей:

• Симпатическая нервная система

• Парасимпатическая нервная система

• Кишечная (желудочно-кишечная) нервная система

Симпатическая нервная система и парасимпатическая нервная система обычно делают противоположные вещи в теле.Симпатическая нервная система подготавливает ваше тело к физической и умственной деятельности. Это заставляет ваше сердце биться быстрее и сильнее, открывает дыхательные пути, чтобы вам было легче дышать, и препятствует пищеварению.

Парасимпатическая нервная система отвечает за функции организма, когда мы находимся в покое: она стимулирует пищеварение, активирует различные метаболические процессы и помогает нам расслабиться. Но симпатическая и парасимпатическая нервные системы не всегда работают в противоположных направлениях; они иногда тоже дополняют друг друга.

Кишечная нервная система — это отдельная нервная система кишечника, которая в значительной степени автономно регулирует перистальтику кишечника при пищеварении.

Источники

• Менче Н. (ред.) Biologie Anatomie Physiologie. Мюнхен: Urban & Fischer / Elsevier; 2012.

• Pschyrembel W. Klinisches Wörterbuch. Берлин: Де Грюйтер; 2014.

• Шмидт Р., Ланг Ф., Хекманн М. Physiologie des Menschen: mit Pathophysiologie. Гейдельберг: Спрингер; 2011 г.

• Информация о здоровье IQWiG написана с целью помочь
  люди понимают преимущества и недостатки основных вариантов лечения и здоровья
  услуги по уходу.

  Поскольку IQWiG — немецкий институт, некоторая информация, представленная здесь, относится к
  Немецкая система здравоохранения. Пригодность любого из описанных вариантов в индивидуальном
  случай можно определить, посоветовавшись с врачом. Мы не предлагаем индивидуальных консультаций.

  Наша информация основана на результатах качественных исследований.Это написано
  команда
  медицинские работники, ученые и редакторы, а также рецензируются внешними экспертами. Вы можете
  найти подробное описание того, как создается и обновляется наша медицинская информация в
  наши методы.

Мозг и нервная система (для родителей)

Что делает мозг?

Мозг контролирует то, что мы думаем и чувствуем, как мы учимся и запоминаем, а также то, как мы движемся и говорим. Но он также контролирует вещи, о которых мы менее осведомлены, например, биение наших сердец и переваривание нашей пищи.

Думайте о мозге как о центральном компьютере, который контролирует все функции тела. Остальная нервная система похожа на сеть, которая передает сообщения из мозга туда и обратно в разные части тела. Он делает это через спинной мозг , который проходит от головного мозга вниз через спину. Он содержит нитевидные нервы, которые разветвляются ко всем органам и частям тела.

Когда сообщение приходит в мозг из любой точки тела, мозг сообщает телу, как ему реагировать.Например, если вы дотронетесь до горячей плиты, нервы на коже передадут в мозг сигнал боли. Затем мозг отправляет сообщение, приказывая мышцам руки оторваться. К счастью, эта неврологическая эстафета происходит мгновенно.

Какие части нервной системы?

Нервная система состоит из центральной нервной системы и периферической нервной системы:

• Головной и спинной мозг — это центральная нервная система .
• Нервы, которые проходят через все тело, составляют периферическую нервную систему .

Человеческий мозг невероятно компактен, весит всего 3 фунта. Однако на нем много складок и бороздок. Это дает ему дополнительную площадь поверхности, необходимую для хранения важной информации о теле.

Спинной мозг представляет собой длинный пучок нервной ткани около 18 дюймов в длину и 1/2 дюйма в толщину. Он простирается от нижней части мозга вниз по позвоночнику. По пути нервы разветвляются по всему телу.

И головной, и спинной мозг защищены костью: мозг — костями черепа, а спинной мозг — набором кольцевидных костей, называемых позвонками. Они оба покрыты слоями мембран, называемых мозговыми оболочками, и специальной жидкостью, называемой спинномозговой жидкостью. Эта жидкость помогает защитить нервную ткань, сохранить ее здоровье и удалить продукты жизнедеятельности.

Какие части мозга?

Мозг состоит из трех основных частей: переднего, среднего и заднего мозга.

Передний мозг

Передний мозг — самая большая и сложная часть головного мозга. Он состоит из головного мозга — области со всеми складками и бороздками, которые обычно можно увидеть на изображениях мозга, — а также некоторых других структур под ним.

Головной мозг содержит информацию, которая, по сути, делает нас теми, кто мы есть: наш интеллект, память, личность, эмоции, речь, способность чувствовать и двигаться. За обработку этих различных типов информации отвечают определенные области головного мозга.Это доли, называемые долями, и их четыре: лобная, теменная, височная и затылочная доли.

Головной мозг состоит из правой и левой половин, называемых полушариями. Посередине они связаны полосой нервных волокон (мозолистое тело), ​​которая позволяет им общаться. Эти половинки могут выглядеть как зеркальные отражения друг друга, но многие ученые считают, что у них разные функции:

• Левая сторона считается логической, аналитической, объективной.
• Правая сторона считается более интуитивной, творческой и субъективной.

Итак, когда вы балансируете в чековой книжке, вы используете левую сторону. Когда вы слушаете музыку, вы используете правую сторону. Считается, что у некоторых людей более «правое полушарие» или «левое полушарие», в то время как у других более «цельный мозг», то есть они используют обе половины своего мозга в одинаковой степени.

Внешний слой головного мозга называется корой (также известен как «серое вещество»). Информация, собранная пятью органами чувств, поступает в кору головного мозга.Затем эта информация направляется в другие части нервной системы для дальнейшей обработки. Например, когда вы дотрагиваетесь до горячей плиты, не только выдается сообщение о том, чтобы пошевелить вашей рукой, но оно также попадает в другую часть мозга, чтобы помочь вам не забыть не делать этого снова.

Во внутренней части переднего мозга расположены таламус, гипоталамус и

гипофиз:

• Таламус передает сообщения от органов чувств, таких как глаза, уши, нос и пальцы, к коре головного мозга.
• Гипоталамус контролирует пульс, жажду, аппетит, режим сна и другие процессы в нашем организме, которые происходят автоматически.
• Гипоталамус также контролирует гипофиз , который вырабатывает гормоны, контролирующие рост, обмен веществ, водный и минеральный баланс, половую зрелость и реакцию на стресс.

Средний мозг

Средний мозг, расположенный под серединой переднего мозга, действует как главный координатор всех сообщений, входящих и исходящих от головного мозга к спинному мозгу.

Задний мозг

Задний мозг находится под задним концом головного мозга. Он состоит из мозжечка, моста и продолговатого мозга. Мозжечок — также называемый «маленьким мозгом», потому что он выглядит как уменьшенная версия головного мозга — отвечает за баланс, движение и координацию.

Мост и продолговатый мозг, а также средний мозг часто называют стволом мозга . Ствол мозга принимает, отправляет и координирует сообщения мозга.Он также контролирует многие автоматические функции организма, такие как дыхание, частоту сердечных сокращений, артериальное давление, глотание, пищеварение и моргание.

Как работает нервная система?

Основная работа нервной системы во многом зависит от крошечных клеток, называемых нейронами . В мозгу их миллиарды, и у них много специализированных работ. Например, сенсорные нейроны отправляют информацию из глаз, ушей, носа, языка и кожи в мозг. Моторные нейроны передают сообщения от мозга к остальному телу.

Однако все нейроны передают информацию друг другу посредством сложного электрохимического процесса, создавая связи, которые влияют на то, как мы думаем, учимся, движемся и ведем себя.

Интеллект, обучение и память. По мере того, как мы растем и учимся, сообщения передаются от одного нейрона к другому снова и снова, создавая связи или проводящие пути в мозгу. Вот почему вождение требует такой концентрации, когда кто-то впервые этому учится, но позже становится второй натурой: путь был установлен.

У маленьких детей мозг хорошо адаптируется. Фактически, когда одна часть мозга маленького ребенка травмируется, другая часть часто может научиться брать на себя часть утраченных функций. Но по мере того, как мы стареем, мозг должен усерднее работать, чтобы создать новые нейронные пути, что затрудняет выполнение новых задач или изменение установленных моделей поведения. Вот почему многие ученые считают, что важно продолжать заставлять мозг узнавать новые вещи и устанавливать новые связи — это помогает поддерживать мозг в активном состоянии на протяжении всей жизни.

Память — еще одна сложная функция мозга. То, что мы сделали, узнали и увидели, сначала обрабатывается в коре головного мозга. Затем, если мы чувствуем, что эта информация достаточно важна для постоянного запоминания, она передается внутрь в другие области мозга (например, в гиппокамп и миндалевидное тело) для длительного хранения и извлечения. Когда эти сообщения проходят через мозг, они также создают пути, которые служат основой памяти.

Механизм. Различные части головного мозга перемещают разные части тела.Левая часть мозга контролирует движения правой стороны тела, а правая часть мозга контролирует движения левой стороны тела. Например, когда вы нажимаете на педаль газа правой ногой, левое полушарие вашего мозга посылает сообщение, позволяющее вам это сделать.

Основные функции тела. Часть периферической нервной системы, называемая вегетативной нервной системой, контролирует многие процессы в организме, о которых нам почти не нужно думать, например, дыхание, пищеварение, потоотделение и дрожь.Вегетативная нервная система состоит из двух частей: симпатической нервной системы и парасимпатической нервной системы.

Симпатическая нервная система готовит организм к внезапному стрессу, например, если вы стали свидетелем ограбления. Когда происходит что-то пугающее, симпатическая нервная система заставляет сердце биться быстрее, так что оно быстро отправляет кровь к различным частям тела, которые могут в ней нуждаться. Это также вызывает ошибку

надпочечники в верхней части почек, чтобы высвободить адреналин, гормон, который помогает дать мышцам дополнительную силу для быстрого бегства.Этот процесс известен как реакция организма «бей или беги».

Парасимпатическая нервная система работает с точностью до наоборот: она подготавливает тело к отдыху. Это также помогает пищеварительному тракту двигаться вперед, чтобы наш организм мог эффективно усваивать питательные вещества из пищи, которую мы едим.

Чувства

Прицел. Зрение, вероятно, говорит нам о мире больше, чем любое другое чувство. Свет, попадающий в глаз, формирует на сетчатке перевернутое изображение. Сетчатка преобразует свет в нервные сигналы для мозга.Затем мозг переворачивает изображение вправо и сообщает нам, что мы видим.

Слух. Каждый звук, который мы слышим, является результатом звуковых волн, попадающих в наши уши и вызывающих вибрацию барабанных перепонок. Затем эти колебания перемещаются по крошечным косточкам среднего уха и превращаются в нервные сигналы. Кора головного мозга обрабатывает эти сигналы, сообщая нам то, что мы слышим.

Вкус. Язык содержит небольшие группы сенсорных клеток, называемых вкусовыми рецепторами, которые реагируют на химические вещества в пищевых продуктах.Вкусовые рецепторы реагируют на сладкое, кислое, соленое, горькое и соленое. Вкусовые рецепторы отправляют сообщения областям коры головного мозга, отвечающим за обработку вкуса.

Запах. Обонятельные клетки слизистых оболочек, выстилающих каждую ноздрю, реагируют на химические вещества, которые мы вдыхаем, и посылают сообщения по определенным нервам в мозг.

Сенсорный. Кожа содержит миллионы сенсорных рецепторов, которые собирают информацию, касающуюся прикосновения, давления, температуры и боли, и отправляют ее в мозг для обработки и реакции.

Как работает спинной мозг

Что такое центральная нервная система?

Центральная нервная система (ЦНС) контролирует большинство функций тела и разума. Он состоит из двух частей: головного и спинного мозга.

Мозг — это центр наших мыслей, интерпретатор нашей внешней среды и источник контроля над движениями тела. Подобно центральному компьютеру, он интерпретирует информацию от наших глаз (зрение), ушей (звук), носа (запах), языка (вкус) и кожи (прикосновение), а также от внутренних органов, таких как желудок.

Спинной мозг — это магистраль связи между телом и мозгом. При травме спинного мозга нарушается обмен информацией между мозгом и другими частями тела.

Чем центральная нервная система отличается от других систем организма?

Большинство систем и органов тела контролируют только одну функцию, но центральная нервная система выполняет множество функций одновременно.Он контролирует все произвольные движения, такие как речь и ходьба, и непроизвольные движения, такие как моргание и дыхание. Это также ядро ​​наших мыслей, восприятий и эмоций.

Как центральная нервная система защищает себя от травм?

Центральная нервная система защищена лучше, чем любая другая система или орган в организме. Его основная линия защиты — это кости черепа и позвоночника, которые создают прочный физический барьер для травм.Заполненное жидкостью пространство под костями, называемое сирниксом, обеспечивает амортизацию.

К сожалению, эта защита может оказаться палкой о двух концах. Когда происходит повреждение центральной нервной системы, мягкие ткани головного и спинного мозга отекают, вызывая давление из-за ограниченного пространства. Отек усугубляет травму, если ее быстро не устранить. Переломы костей могут привести к дальнейшим повреждениям и возможности инфицирования.

Почему центральная нервная система не может восстановиться после травмы?

Многие органы и ткани тела могут восстанавливаться после травм без вмешательства.К сожалению, некоторые клетки центральной нервной системы настолько специализированы, что не могут делиться и создавать новые клетки. В результате восстановление после травмы головного или спинного мозга намного труднее.

Сложность центральной нервной системы очень затрудняет формирование правильных связей между клетками головного и спинного мозга. Перед учеными стоит огромная задача воссоздать центральную нервную систему, существовавшую до травмы.

Клетки центральной нервной системы

Нейроны соединяются друг с другом для отправки и получения сообщений в головном и спинном мозге.Многие нейроны, работающие вместе, несут ответственность за каждое принятое решение, каждую эмоцию или ощущение и каждое предпринятое действие.

Сложность центральной нервной системы поражает: в головном и спинном мозге вместе взятых насчитывается около 100 миллиардов нейронов. Было идентифицировано до 10 000 различных подтипов нейронов, каждый из которых специализируется на отправке и получении определенных типов информации. Каждый нейрон состоит из тела клетки, в котором находится ядро. Аксоны и дендриты образуют продолжения от тела клетки.

Астроциты , разновидность глиальных клеток, являются основными опорными клетками головного и спинного мозга. Они производят и секретируют белки, называемые нейротрофическими факторами. Они также расщепляют и удаляют белки или химические вещества, которые могут быть вредными для нейронов (например, глутамат, нейромедиатор, который в избытке вызывает перевозбуждение клеток и их гибель в результате процесса, называемого эксайтотоксичностью).

Астроциты не всегда полезны: после травмы они делятся, чтобы образовать новые клетки, которые окружают место травмы, образуя глиальный рубец, который является препятствием для регенерации аксонов.

Микроглия — это иммунные клетки головного мозга. После травмы они перемещаются к месту травмы, чтобы помочь избавиться от мертвых и умирающих клеток. Они также могут производить небольшие молекулы, называемые цитокинами, которые заставляют клетки иммунной системы реагировать на место повреждения. Этот процесс очистки может сыграть важную роль в восстановлении функции после травмы позвоночника.

Олигодендроциты — это глиальные клетки, вырабатывающие жировое вещество, называемое миелином, которое слоями оборачивается вокруг аксонов.Аксонные волокна, изолированные миелином, могут передавать электрические сообщения (также называемые потенциалами действия) со скоростью 100 метров в секунду, в то время как волокна без миелина могут передавать сообщения только со скоростью один метр в секунду.

Синапсы и нейротрансмиссия

Сообщения передаются от нейрона к нейрону через синапсы, небольшие промежутки между клетками, с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Чтобы передать сообщение о потенциале действия через синапс, молекулы нейротрансмиттера высвобождаются из одного нейрона («пресинаптический» нейрон) через промежуток в следующий нейрон («постсинаптический» нейрон).Процесс продолжается до тех пор, пока сообщение не достигнет места назначения.

Есть миллионы и миллионы связей между нейронами только в спинном мозге. Эти связи устанавливаются во время развития с использованием положительных (нейротрофические факторы) и отрицательных (ингибирующие белки) сигналов для их точной настройки. Удивительно, но один аксон может образовывать синапсы с 1000 другими нейронами.

Что вызывает паралич?

Существует логическая и физическая топографическая организация анатомии центральной нервной системы, которая представляет собой сложную сеть тесно связанных нервных путей.Эта упорядоченная взаимосвязь означает, что разные сегментарные уровни спинного мозга управляют разными вещами, и повреждение определенной части спинного мозга повлияет на соседние части тела.

Паралич возникает при нарушении связи между головным и спинным мозгом. Это может быть результатом повреждения нейронов головного мозга (инсульт) или спинного мозга. Травма спинного мозга затрагивает только области ниже уровня травмы. Однако полиомиелит (вирусная инфекция) или болезнь Лу Герига (боковой амиотрофический склероз или БАС) могут поражать нейроны всего спинного мозга.

Информационные пути

Специализированные нейроны передают сообщения от кожи, мышц, суставов и внутренних органов к спинному мозгу о боли, температуре, прикосновении, вибрации и проприоцепции. Эти сообщения затем передаются в мозг по одному из двух путей: спинотальмический тракт и лемнисковый путь. Эти пути находятся в разных местах спинного мозга, поэтому травма может не повлиять на них одинаково или в одинаковой степени.

Каждый сегмент спинного мозга получает сенсорную информацию из определенной области тела. Ученые нанесли на карту эти области и определили «рецептивные» поля для каждого уровня спинного мозга. Соседние поля перекрывают друг друга, поэтому линии на диаграмме являются приблизительными.

Произвольное и непроизвольное движение

Более миллиона аксонов проходят через спинной мозг, включая самые длинные аксоны в центральной нервной системе.

Нейроны в моторной коре, области мозга, которая контролирует произвольные движения, посылают свои аксоны через кортикоспинальный тракт для соединения с мотонейронами спинного мозга. Моторные нейроны спинного мозга выходят из спинного мозга к нужным мышцам через вентральный корешок. Эти связи управляют сознательными движениями, такими как письмо и бег.

Информация также течет в обратном направлении, что приводит к непроизвольному движению. Сенсорные нейроны обеспечивают обратную связь с мозгом через спинной корешок.Часть этой сенсорной информации передается непосредственно нижним мотонейронам, прежде чем достигнет мозга, что приводит к непроизвольным или рефлекторным движениям. Оставшаяся сенсорная информация возвращается в кору.

Как спинной мозг и мышцы работают вместе

Спинной мозг делится на пять отделов: шейный, грудной, поясничный, крестцовый и копчиковый. Уровень травмы определяет степень паралича и / или потери чувствительности.Нет двух одинаковых травм.

Эта диаграмма иллюстрирует связи между основными группами скелетных мышц и каждым уровнем спинного мозга. Похожая организация существует для спинального контроля внутренних органов.

Как спинной мозг и внутренние органы работают вместе

В дополнение к контролю произвольных движений центральная нервная система содержит симпатические и парасимпатические пути, которые контролируют реакцию «бей или беги» на опасность и регуляцию функций организма.К ним относятся высвобождение гормонов, движение пищи через желудок и кишечник, а также ощущения от всех внутренних органов и мышечный контроль над ними.

На этой диаграмме показаны эти пути и уровень спинного мозга, выступающий к каждому органу.

Что происходит после травмы спинного мозга?

Обычный набор биологических событий происходит после травмы спинного мозга:

1. Клетки иммунной системы мигрируют к месту повреждения, вызывая дополнительное повреждение одних нейронов и смерть других, переживших первоначальную травму.
2. Смерть олигодендроцитов приводит к тому, что аксоны теряют свою миелинизацию, что значительно ухудшает проводимость потенциала действия, сообщений или делает оставшиеся соединения бесполезными. Нейронная информационная магистраль еще больше нарушается, потому что многие аксоны разрываются, перекрывая линии связи между мозгом и мышцами, а также между сенсорными системами тела и мозгом.
3. В течение нескольких недель после первоначальной травмы область повреждения ткани была очищена от микроглии, и оставалась заполненная жидкостью полость, окруженная глиальным рубцом.В этом месте теперь экспрессируются молекулы, которые ингибируют повторный рост оторванных аксонов. Кавитация, называемая сиринксом, препятствует повторному соединению двух сторон поврежденного спинного мозга.

Хотя травма спинного мозга вызывает комплексное повреждение, удивительное количество основных схем для управления движением и технологической информацией может остаться нетронутым. Это связано с тем, что спинной мозг имеет несколько слоев схем. Многие соединения и тела нейронных клеток, образующие эту схему выше и ниже места повреждения, переживают травму.Для ученых-исследователей возникает важный вопрос: что «знают» выжившие нейроны? Могут ли они регенерировать и устанавливать новые правильные связи?

Стратегии вмешательства

Исследования указывают на множество возможных вмешательств, способствующих восстановлению после травмы позвоночника. Некоторые будут доставлены сразу после травмы; другие менее привязаны ко времени и включают восстановление и повторное соединение поврежденного шнура.Очевидно, что оба подхода важны: ограничение дегенерации увеличит вероятность большего восстановления, в то время как стимуляция регенерации будет опираться на оставшуюся систему, чтобы восстановить потерянную связь и, возможно, предотвратить дальнейшую дегенерацию.

Ниже приведены некоторые стратегии вмешательства, финансируемые Фондом Кристофера и Даны Рив. Это не полный список всех возможных вмешательств.

Лечение сразу после несчастного случая:

1. Ограничение начальной дегенерации
   Недавние исследования показали, что существует по крайней мере три различных механизма гибели клеток, влияющих на потерю нейронов и олигодендроцитов после травмы: некроз, эксайтотоксичность и апоптоз.
2. Лечение воспаления
   Вскоре после травмы спинной мозг опухает, и белки иммунной системы проникают в травмированную зону. Этот отек и воспаление могут способствовать вторичному повреждению пуповины после первоначальной травмы. Поэтому важно как можно быстрее лечить воспалительную реакцию. Лаборатории, придерживающиеся этого подхода, включают Schwab Lab.

Длительное лечение:

1. Стимуляция роста аксонов
   Удобрения для нервов, называемые нейротрофинами, могут способствовать выживанию клеток, блокируя апоптоз и стимулируя рост аксонов.У каждого нейротрофина есть очень специфическая функция клетки-мишени. Некоторые избирательно предотвращают гибель клеток олигодендроцитов, другие способствуют возобновлению роста аксонов или выживанию нейронов, а третьи выполняют несколько функций. Лаборатории, использующие этот подход, включают Black Lab и Parada Lab.
2. Содействие новому росту через субстрат или направляющие молекулы
   Субстратные и направляющие молекулы могут улучшить нацеливание после того, как аксоны будут стимулироваться к регенерации после участка поражения.Эти белки действуют как дорожные карты, направляя аксоны к их правильным целям. Это критическая функция, потому что даже если аксоны выживают, они должны повторно соединиться с правильными целями. Лаборатории, использующие этот подход, включают Black Lab, Mendell Lab и Parada Lab.
3. Блокирующие молекулы, подавляющие регенерацию
   В головном и спинном мозге есть молекулы, которые препятствуют делению нейронов и росту аксонов. Преодоление торможения может стимулировать рост и регенерацию аксонов и, вероятно, будет важным компонентом регенеративной терапии.Лаборатория Schwab придерживается этого подхода.
4. Поставка новых элементов взамен утерянных
   Стволовые клетки, которые изолированы от ЦНС и могут делиться с образованием новых клеток, могут заменять потерянные нейроны и гилы. Эти стволовые клетки необходимо собрать, обработать для стимулирования роста, а затем ввести в поврежденный спинной мозг. Лаборатории, придерживающиеся такого подхода, включают Bunge Lab и Gage Lab.
5. Построение мостовидных протезов для перекрытия полости поражения
   Мосты могут потребоваться для повторного соединения разорванных участков поврежденного спинного мозга.Ученые должны определить, как лучше построить эти мосты и какие молекулы использовать, чтобы стимулировать новый рост и повысить выживаемость новых соединений. Лаборатория Bunge придерживается этого подхода.

Центральная нервная система — обзор

Вторичная лимфома центральной нервной системы

Лимфома центральной нервной системы может быть вторичной по отношению к системной лимфоме. Крупные исследования пациентов с системной лимфомой показывают, что от 7% до 29% пациентов развиваются клинические или патологические признаки церебрального поражения (Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989; Haddy et al 1991).Почти все случаи связаны с рецидивирующим или прогрессирующим системным заболеванием; Изолированный рецидив со стороны ЦНС не только очень редок, но и обычно вскоре сопровождается системным рецидивом (Johnson et al 1984; Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989).

На основании данных ретроспективного многомерного анализа был предложен ряд факторов для прогнозирования более высокой частоты рецидивов ЦНС. К ним относятся неблагоприятная гистология (болезнь Беркитта и лимфобластная НХЛ), повышенный уровень ЛДГ, болезнь IV стадии и наличие симптомов «В» (лихорадка, потеря веса, потоотделение).Конкретные участки системного поражения также могут быть связаны с повышенным риском развития церебрального заболевания. Эти участки включают яички, костный мозг, кость, глазницу, периферическую кровь и придаточные пазухи носа (Johnson et al 1984; Perez-Soler et al 1986; Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989, 1990b).

Местом поражения вторичной лимфомы центральной нервной системы почти всегда являются мозговые оболочки головного или спинного мозга, реже поражение церебральной паренхимы.Как следствие, имеющиеся симптомы и признаки вторичной лимфомы центральной нервной системы отражают эту особенность. Таким образом, у пациентов развиваются головная боль, менингизм, паралич черепных нервов, изменения психического состояния, сенсорный и двигательный дефицит и параличи нервных корешков (Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989; Zimmerman 1990).

Рентгенологические проявления вторичной лимфомы центральной нервной системы идентичны таковым при PCNSL, за исключением участков поражения. МРТ-сканирование с усилением контраста гадолинием или без него может обеспечить улучшенное разрешение в отношении менингеального заболевания и должно рассматриваться при оценке пациента с подозрением на вторичную церебральную или спинномозговую лимфому, особенно если КТ не приносит результатов.Другие методы исследования, такие как миелография, не так чувствительны, как МРТ, при обнаружении менингеальных заболеваний (Zimmerman 1990).

Большинство случаев вторичной церебральной НХЛ представляют собой лимфомы высокой степени злокачественности или диффузную крупноклеточную В-клеточную лимфому в соответствии с критериями Рабочей формулы. Вторичное поражение головного мозга встречается <2% лимфом низкой степени злокачественности. До 50% пациентов имеют положительный цитологический анализ спинномозговой жидкости из-за склонности вторичной лимфомы центральной нервной системы к поражению мозговых оболочек (Young et al 1979; Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989).

Ведение вторичной церебральной НХЛ требует рассмотрения как церебральных, так и системных компонентов рецидива заболевания. Нет исследований, которые бы адекватно определяли оптимальную терапию, и лечение следует подбирать индивидуально в зависимости от клинической ситуации. Для пациента с хорошим статусом работоспособности и для которого может быть оправдан агрессивный подход к лечению, терапия должна, по крайней мере, включать комбинированную системную химиотерапию и некоторую форму терапии для лечения церебрального заболевания.Хотя было бы разумно основывать терапию церебрального компонента на той, которая используется для ПКНСЛ в конкретном учреждении, рассмотрение частоты менингеального поражения предполагает, что интратекальная химиотерапия может быть лучшей альтернативой.

Роль профилактики ЦНС у пациентов с высоким риском развития вторичной церебральной НХЛ менее четко определена, чем при остром лимфоцитарном лейкозе, который также имеет склонность к внутримозговому поражению. Стандартная практика ведения при системной НХЛ высокой степени тяжести заключается в том, чтобы включать некоторые формы профилактики ЦНС, такие как интратекальный прием метотрексата, у пациентов с высоким риском.В недавнем исследовании Bernstein et al (2009) они оценили заболеваемость, естественное течение и факторы риска рецидива ЦНС у пациентов с агрессивной неходжкинской лимфомой. Эффективность профилактики ЦНС у пациентов с агрессивной НХЛ оценивалась в рандомизированном исследовании SWOG 8516, опубликованном в 1993 году. После 20 лет наблюдения совокупная частота рецидивов со стороны ЦНС составила 2,8% по сравнению с 55,0% для рецидивов, не связанных с ЦНС.

Все пациенты с рецидивом ЦНС умерли в течение 1 года; У 16 из 25 пациентов развился рецидив ЦНС во время химиотерапевтического лечения системной НХЛ или через 1 месяц после лечения; У 11/25 был изолированный рецидив со стороны ЦНС; 10/25 имели системные рецидивы и рецидивы со стороны ЦНС.2-летняя выживаемость составила 0% против 30% ( p <0,0001), а средняя выживаемость 2,2 месяца против 9 месяцев (рецидивы, не связанные с ЦНС). Количество экстранодальных участков и Международный прогностический индекс позволяли прогнозировать рецидив ЦНС. Предполагая, что рецидив ЦНС составляет 6%, снижается до 2% при профилактике, нам нужно будет пролечить 960 пациентов, чтобы получить пользу 40. Следовательно, пациенты высокого риска с высоким или средним баллом IPI при постановке диагноза должны пройти оценку спинномозговой жидкости, если поражена ЦНС. затем лечение ЦНС, а не профилактика.Не было значительного преимущества профилактики ЦНС у пациентов с поражением костного мозга на момент постановки диагноза; однако, учитывая небольшое количество событий, возможности этого анализа ограничены. Общая выживаемость пациентов с вторичной лимфомой центральной нервной системы, по-видимому, ниже, чем при PCNSL. Менее 15% пациентов выживают через 1 год после постановки диагноза вторичной церебральной НХЛ (Young et al 1979; Haerni-Simon et al 1987; Liang et al 1989). Эти авторы также признали тот факт, что многие из первых умирают от прогрессирующего системного заболевания, а не от заболевания ЦНС.Возможно, что заболевание ЦНС само по себе просто представляет собой обширное системное заболевание и что оно является причиной плохого прогноза, а не внутренней характеристикой вторичной церебральной НХЛ (Haddy et al, 1991).

К функциональному восстановлению центральной нервной системы: обзор принципов трансляционной нейробиологии | Нейрохирургия

Аннотация

Травма центральной нервной системы (ЦНС) может привести к тяжелым неврологическим нарушениям у пациентов, которые могут необратимо нарушить независимость и ухудшить качество жизни.Недавние исследования того, как ЦНС реагирует на травму и реагирует на своевременное вмешательство, переводятся в клинические приложения, которые могут значительно улучшить результаты для пациентов, страдающих постоянным неврологическим дефицитом из-за травмы спинного мозга, инсульта или других нарушений ЦНС. Трансформация этих знаний в практические и эффективные методы лечения требует стратегического сотрудничества между нейрохирургами, клиницистами, терапевтами, учеными и представителями промышленности.Поэтому общее понимание ключевых принципов нейробиологии имеет решающее значение. Концептуально современные подходы к ревитализации ЦНС по масштабу можно разделить на макроскопические (системно-схемотехнические) и микроскопические (клеточно-молекулярные). Здесь мы рассматриваем как новые, так и устоявшиеся принципы, которые используются для ускорения восстановления ЦНС на обоих уровнях, и исследуем роль нейрохирургов в развитии методов лечения. Ключевые принципы включают функциональное восстановление, основанное на пластичности, клеточные сигнальные механизмы в отрастании аксонов, критическое время восстановления после травмы и механизмы действия, лежащие в основе стратегий клеточного замещения.Затем мы обсуждаем интегративные подходы, направленные на синергизм вмешательств в разных масштабах, и даем рекомендации в качестве основы для будущего дизайна клинических испытаний. В конечном счете, мы утверждаем, что стратегическая модуляция микроскопического клеточного поведения в макроскопических рамках восстановления функциональной схемы должна обеспечить основу для большинства стратегий восстановления нервной системы, и раннее вовлечение нейрохирургов в этот процесс будет иметь решающее значение для успешной клинической трансляции.

СОКРАЩЕНИЯ

СОКРАЩЕНИЯ

• BMI

• CNS

• CST

• ECoG

• EES

  Эпидуральная стимуляция

  000 EES

  000 электрическая стимуляция

GAP43

протеин, ассоциированный с ростом 43

• MAP

  миелин-ассоциированный протеин

• PTEN

• SCI

• STDP

• 0002
• 0002
• 0007 магнитная стимуляция

Повреждение центральной нервной системы (ЦНС) может привести к серьезным функциональным нарушениям у пациентов, которые могут необратимо нарушить независимость и ухудшить качество жизни.С социальной точки зрения это остается огромным и дорогостоящим бременем. ¹ Хотя ЦНС обладает некоторой способностью к восстановлению в течение первого года после травмы, хронический дефицит имеет тенденцию быть статичным и со временем показывает минимальное улучшение. ^2,3 Однако недавние достижения нейробиологии дали новую надежду на состояния, которые ранее считались неизлечимыми. ⁴ Например, впервые в истории новые вмешательства позволили пациентам с хроническими и клинически полными повреждениями спинного мозга (ТСМ) восстановить некоторую степень произвольного моторного контроля ног ^5–9 и рук. ¹⁰ Кроме того, с помощью комбинированных протоколов иммунотерапии и реабилитации на основе задач, функциональная регенерация кортикоспинального тракта (CST) ¹¹ и формирование функциональных синапсов ¹² были получены на животных моделях SCI, в то время как полное функциональное восстановление активности передних конечностей было достигнуто. продемонстрировано на животных моделях инсульта. ¹³ В совокупности эти достижения основаны на наборе новых принципов нейробиологии, которые переносятся из лаборатории в клинику, обеспечивая первое ощутимое свидетельство значимого выздоровления у таких пациентов.

Концептуально подходы к восстановлению ЦНС можно классифицировать по шкале на подходы системно-схемного уровня (т. Е. Макроскопические) и клеточно-молекулярные вмешательства (т. Е. Микроскопические). Макроскопические подходы, которые в настоящее время изучаются, включают парадигмы реабилитации ^14,15 с нейроинтерфейсами или без них ^5,16 и стратегии электростимуляции ^{6–10,17–20} , направленные на повышение возбудимости интактных нервных элементов и индукцию пластичности цепи через поражения.Современные микроскопические стратегии, большинство из которых потребует хирургического вмешательства, включают клеточную заместительную терапию (например, стволовыми или эмбриональными клетками), ^21–26 индукцию роста аксонов через молекулярные механизмы, ^27–33 оптогенетическую модуляцию, ³⁴ иммунотерапию , ^13,35–37 и / или усиление нейротрофического руководства. ³⁸ Новые данные свидетельствуют о том, что стратегическое сочетание подходов в обоих масштабах и использование сознательного намерения повторно задействовать поврежденные схемы будет иметь важное значение для достижения полного неврологического восстановления. ^4,39 В этой статье мы рассматриваем ключевые научные принципы, обсуждаем интегративные подходы и исследуем роль нейрохирургов в претворении таких методов в клиническую реальность.

СИСТЕМЫ-СХЕМА ПРИНЦИПОВ

Пластичность способствует функциональному восстановлению

В остром и подостром периоде после повреждения ЦНС (т. Е. От нескольких дней до нескольких недель) часто происходит некоторый уровень спонтанного клинического улучшения за счет уменьшения отека, разрешения диашизиса и оптимизации остаточного покоя (или восстановления) но целые функциональные элементы. ^40,41 Дальнейшее восстановление достигается за счет внутренних механизмов пластичности, таких как коллатеральное разрастание из соседних интактных нейронов и / или динамические изменения в существующих синапсах за счет изменений в нейротрансмиттерах, ионных градиентах, щелевых соединениях и глиальных клетках. ^42–49 В этот период активируется аксональная и синаптическая пластичность, потому что внеклеточная нервная среда имеет относительно рыхлое внеклеточное пространство, больше нейротрофических факторов, дополнительные открытые синаптические сайты и зондирующие конусы роста аксонов. ^33,50,51 Нейрогенез, с другой стороны, не вносит значительного вклада в восстановление функции. ^52–54 Через 6–12 месяцев дальнейший клинический прогресс ослабевает ^55,56 , поскольку окружающая среда стабилизируется за счет образования глиального рубца с ингибирующими механическими свойствами ^57,58 и повторно экспрессирует ингибирующие молекулы, такие как миелин-ассоциированные белки (MAP) и протеогликаны. ^59–62 Таким образом, вмешательства, направленные на максимальное восстановление нервной системы, имели тенденцию фокусироваться на критическом периоде времени до 1 года, когда механизмы функциональной пластичности остаются активными. ⁶³ Усилия после этого периода обычно делают упор на укрепление существующих схем, повышение выносливости и лечение пагубных последствий несоответствующей пластичности (например, спастичности и судорог).

Однако в последнее время появляются новые данные, свидетельствующие о том, что даже пациенты с хроническими и полными ТСМ могут сохранять некоторую способность к функциональным улучшениям за счет ранее неиспользованных механизмов пластичности. В 2016 году Донати и др. ⁵ продемонстрировали, что некоторого восстановления можно добиться у пациентов с хронической и полной грудной травмой спинного мозга, проводя обширные тренировки с экзоскелетом, управляемым мозгом.При этом эта группа представила первый отчет о терапевтической стратегии, которая позволила реклассифицировать пациентов от хронически-полных к неполным ТСМ. Аналогичный результат был недавно опубликован в 2017 году Rejc et al, ⁹ , показывающий, что обширные тренировки в сочетании с эпидуральной электростимуляцией (EES) спинномозговых элементов, расположенных дистальнее поражения, могут дать аналогичные долгосрочные результаты.

Смысл этих пилотных экспериментов на людях состоит в том, что, вероятно, существуют выживающие, но спящие или субклинические участки белого вещества, которые можно задействовать для усиления и индукции пластичности в отдельных случаях.В большинстве случаев ПСМ, которые обычно возникают из-за тупого травматического сдавливания, кровоизлияние имеет тенденцию происходить преимущественно в центральном сером веществе из-за его более мягкой консистенции и относительно повышенной васкуляризации (рис. 1). ⁶⁴ Таким образом, существует вероятность того, что некоторые более механически устойчивые периферические тракты белого вещества могут остаться неповрежденными (например, ушибы центрального пуповины). Важно отметить, что объем остаточных трактов белого вещества, как было показано, напрямую связан с двигательной способностью после травмы в моделях SCI у крыс. ⁶⁵ Параллельно с этим клинически полные ТСМ человека могут также демонстрировать остаточные субклинические супраспинальные связи. Такие травмы теперь называют «неполными», что указывает на возможность клинического ответа на вышеупомянутые вмешательства. ^66,67 Таким образом, стратегии стимуляции экзоскелета и спинного мозга в настоящее время объединяются для дальнейшего облегчения реабилитации при полной или неполной двигательной параплегии. ⁸

РИСУНОК 1.

Поперечный разрез центрального ушиба спинного мозга в точке C7. Кровоизлияние проявляется преимущественно в центральном сером веществе с практически неповрежденным окружающим белым веществом. Перепечатано с разрешения SpringerNature: Paraplegia. Нарушение кровообращения при травматической параплегии в острой и поздней стадиях: патологическое исследование. Wolman L. ⁶⁴ Copyright 1965.

РИСУНОК 1.

Поперечный разрез центрального ушиба спинного мозга в точке C7. Кровоизлияние проявляется преимущественно в центральном сером веществе с практически неповрежденным окружающим белым веществом.Перепечатано с разрешения SpringerNature: Paraplegia. Нарушение кровообращения при травматической параплегии в острой и поздней стадиях: патологическое исследование. Wolman L. ⁶⁴ Copyright 1965.

Помимо внутренней пластичности позвоночника, относительная роль пластичности коры головного мозга в облегчении такого восстановления еще не определена. Известно, что значительная корковая реорганизация происходит после хронического неиспользования или ампутации конечности ^68–71 , а также в ответ на прямое повреждение моторной коры, ⁷² , и такая реорганизация имеет тенденцию включать расширение соматотопически соседних функций на новые спящие или поврежденные участки в зависимости от поведения. ⁷² Кроме того, есть некоторые свидетельства того, что эта пластичность обратима. ^73,74 Следовательно, также вероятно, что повторное задействование ранее утраченных функций может помочь сохранить или вызвать кортикальную пластичность для восстановления и / или повторного роста критической соматотопии и связи для повышения производительности (Рисунок 2). ^74,75

РИСУНОК 2.

Кортикальная пластичность, индуцированная двусторонней трансплантацией руки инвалиду. A , Активация руки в M1 до операции и через 6 месяцев после трансплантации.После получения трансплантата представительство руки расширилось кнутри и снова заняло всю область кисти. B , Центр тяжести смещается со временем. Правое представление сдвинуто на 10 мм, а левое представление сдвинуто на 6 мм от латеральной к центральной части области M1. Перепечатано с разрешения SpringerNature: Nature Neuroscience. Корковая перестройка моторной коры после трансплантации обеих рук. Giraux P et al. ⁷⁴ Copyright 2001.

РИСУНОК 2.

Кортикальная пластичность, индуцированная двусторонней трансплантацией руки инвалиду. A , Активация руки в M1 до операции и через 6 месяцев после трансплантации. После получения трансплантата представительство руки расширилось кнутри и снова заняло всю область кисти. B , Центр тяжести смещается со временем. Правое представление сдвинуто на 10 мм, а левое представление сдвинуто на 6 мм от латеральной к центральной части области M1. Перепечатано с разрешения SpringerNature: Nature Neuroscience.Корковая перестройка моторной коры после трансплантации обеих рук. Giraux P et al. ⁷⁴ Copyright 2001.

Экспериментальные подходы, направленные на повышение пластичности коры после инсульта, включали электрическую стимуляцию коры, ^18,76 стимуляцию блуждающего нерва, ⁷⁷ парную ассоциативную стимуляцию (т. Е. Парную стимуляцию периферического нерва и транскраниальную магнитную стимуляцию). [TMS]), ⁷⁸ и стимуляция, зависящая от состояния мозга (т. Е. Парная TMS и нейронный интерфейс). ⁷⁹ В то время как парадигмы корковой стимуляции показали многообещающие результаты на животных моделях, ^17,80,81 недавнее клиническое испытание фазы III дало отрицательные результаты по основным конечным точкам. ¹⁹ Однако будущие исследования могут включать множество новых протоколов стимуляции и / или комбинировать стимуляцию с множеством микроскопических вмешательств, обсуждаемых далее в этом обзоре. Отсутствие одобренного FDA устройства для этого типа стимуляции остается серьезным препятствием. Тем не менее, полностью имплантируемое устройство для электрокортикографии (ЭКоГ) с возможностью беспроводной передачи данных сейчас проходит клинические испытания в Европе для приложений интерфейса мозг-машина (ИМТ), но в настоящее время оно используется только для записи. ⁸²

Нейроны, которые срабатывают вместе, соединяются вместе

Также известный как пластичность Хебба, принцип зависимой от времени пластичности спайков (STDP) утверждает, что синаптическая сила перераспределяется в пользу функционально значимых путей, которые одновременно активны. ^83–85 Этот принцип лежит в основе нескольких новых парадигм реабилитации, в которых используются нейронные интерфейсы и стратегии инвазивной стимуляции для сочетания целенаправленного намерения с критически рассчитанной обратной связью для поощрения позитивной пластичности.Сдвиг парадигмы от вспомогательных интерфейсов к реабилитационным был исследован в нескольких недавних обзорах, ^4,86,87 , и схематическая диаграмма, описывающая концептуальную эволюцию этого подхода, воспроизведена на рисунке 3. Эксперименты Донати и др. ⁵ и Рейк и др. ⁹ , рассмотренные в предыдущем разделе, также, вероятно, во многом обязаны своим успехом использованию принципов STDP, поскольку эти системы сочетают сознательное намерение с экзоскелетом и движениями с помощью EES соответственно.Пересекающиеся принципы также исследуются в разделе «Сознательное участие — ключ к долгосрочному функциональному совершенствованию», где обсуждается важность сознательного участия.

РИСУНОК 3.

Вспомогательные и реабилитационные интерфейсы. Вспомогательный интерфейс обходит поражение, чтобы произвести действие, тогда как реабилитационный интерфейс синхронизирует целевое намерение с положительной обратной связью, чтобы вызвать пластичность. Эффекторным устройством может быть все, что обеспечивает желаемый результат, включая курсор на экране, экзоскелет, FES, EES, EMG или, например, печатное устройство.Воспроизведено из Krucoff et al, 2016 ⁴ по лицензии CC BY-ND 4.0.

РИСУНОК 3.

Вспомогательные и реабилитационные интерфейсы. Вспомогательный интерфейс обходит поражение, чтобы произвести действие, тогда как реабилитационный интерфейс синхронизирует целевое намерение с положительной обратной связью, чтобы вызвать пластичность. Эффекторным устройством может быть все, что обеспечивает желаемый результат, включая курсор на экране, экзоскелет, FES, EES, EMG или, например, печатное устройство. Воспроизведено из Krucoff et al, 2016 ⁴ по лицензии CC BY-ND 4.0.

Неповрежденные нервно-мышечные элементы дистальнее поражения ЦНС могут быть задействованы для выполнения функции

SCI приводит к «синдрому разъединения», при котором когнитивные намерения больше не могут взаимодействовать с дистальной нервно-мышечной анатомией. Следовательно, косвенное повторное подключение моторных планов к выполнению намеченного действия теоретически могло бы восстановить функцию. Эта концепция привела к развитию обходного (т. Е. Вспомогательного) ИМТ или способов обхода поражений для восстановления критических функций. ⁸⁸ Такие стратегии ^89,90 не обязательно предназначены для создания пластичности; однако оказывается, что улучшение показателей во время длительных тренировок с таким ИМТ, вероятно, частично связано со значительной нейропластичностью. ⁷³

Подходы к реанимации парализованных конечностей включают функциональную электрическую стимуляцию (ФЭС) дистальной мускулатуры ^10,91,92 и ЭЭС дистальных элементов позвоночника. ^6–8,88 FES включает стимуляцию электродов в целевых мышцах, направляемую сигналами, декодированными от нервного имплантата.До сих пор системы FES обеспечивали контролируемые мозгом движения парализованных конечностей в трех измерениях и помогали пациентам с параличом нижних конечностей питаться самостоятельно. ¹⁰ Непрерывный EES, с другой стороны, снижает порог возбуждения интактных дистальных нейронных цепей, так что любые субклинические супраспинальные связи могут повторно оказывать свое влияние и обеспечивать произвольный контроль над дистальной анатомией. ^66,67,93 Демонстрация таких техник позволила сделать возможными как волевые, так и неволевые шаговые движения, односуставные движения, ориентированные на конкретную задачу, и стояние у пациентов с полной и хронической травмой спинного мозга ^6–8 , которая в 1 случае сохранялась после стимуляции. прекратились. ⁹ Чтобы помочь в дальнейшей разработке методов контроля EES, FES и проприоцептивных методов стимуляции, также разрабатываются этические животные модели для обратимой параплегии. ⁹⁴

КЛЕТОЧНО-МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРИНЦИПЫ

Сотовая передача сигналов может изменить прорастание аксонов

В зрелой ЦНС нейроны не регенерируют спонтанно, и попытки возобновления роста аксонов обычно терпят неудачу из-за отсутствия соответствующего внеклеточного руководства. ^95–97 Таким образом, изменение внутренних факторов транскрипции и генов, связанных с регенерацией, может обеспечить фармакологические решения для усиления повторного роста, руководства и реиннервации. ^50,98–100 На сегодняшний день идентифицировано несколько важных мишеней, таких как гомолог фосфатазы и тензина (PTEN) ^101,102 и Socs3. ¹⁰³ Кроме того, известно, что протоонкоген bcl-2 играет ключевую роль в предотвращении гибели клеток после повреждения. ^104,105 Также известно, что фактор роста и дифференцировки 10 и связанный с ростом белок 43 (GAP43) способствуют росту аксонов и высвобождаются в подостром периоде после инсульта на моделях крыс. ^31,32 Кроме того, было показано, что использование пуринового нуклеозида инозина на животных моделях SCI и инсульта восстанавливает уровни GAP43 и улучшает поведенческие результаты. ^{27–29,101,106,107}

Кроме того, внешние факторы, такие как MAP и протеогликаны, также могут предотвращать регенерацию аксонов, особенно в глиальных рубцах, образовавшихся после травмы. ^59–62 Однако недавние данные свидетельствуют о том, что сам глиальный рубец может обеспечивать необходимую основу для успешной регенерации, индуцированной ятрогеном. ¹⁰⁸ Удаление или блокирование одних только внеклеточных ингибирующих факторов обычно не приводит к эффективной регенерации аксонов. ^109,110 Единственным исключением является нейтрализация Nogo, негативного регулятора роста. ¹¹¹ Иммунотерапия Anti-Nogo успешно продемонстрировала увеличение прорастания, связанное с функциональным восстановлением, как у крыс ^35,112,113 , так и у приматов ³⁶ моделей SCI и инсульта. ¹³ Хирургическое вмешательство может потребоваться для ятрогенной доставки таких методов лечения, как эти, к критическим целям.

Воспаление является сложным и важным

В то время как некоторые компоненты воспаления вызывают повреждение тканей и апоптоз / некроз, другие способствуют фагоцитозу, удалению мусора, выживанию клеток и разрастанию аксонов в зависимости от времени после повреждения. ^{101,114–118} И онкомодулин, фактор роста макрофагов, и вызванное повреждением высвобождение цитокинов, по-видимому, играют роль в индуцированной воспалением регенерации аксонов. ^116,119,120 Традиционные противовоспалительные методы лечения (например, нестероидные противовоспалительные препараты) могут подавлять как полезные, так и вредные компоненты иммунного ответа. ^59,115,121 Например, в сочетании с делецией PTEN и повышением уровня циклического аденозинмонофосфата было показано, что внутриглазное воспаление позволяет некоторым ганглиозным клеткам сетчатки регенерировать поврежденные аксоны от глаза к мозгу и восстанавливать простые зрительные реакции. ⁶¹ Следовательно, терапевтические подходы могут быть направлены на балансирование клеточных фенотипов в микросреде повреждения, поскольку микроглия, макрофаги и астроциты демонстрируют спектр состояний, которые активно исследуются. ^122,123

Замена сотовой связи может работать с различными механизмами

Скорость и степень выздоровления пациентов с повреждениями ЦНС могут сильно различаться. В настоящее время признано, что часть этой изменчивости может быть обусловлена ​​множеством клеточных процессов, таких как (1) количество и нейропластичность выживших нейронов, синапсов и цепей; (2) степень реорганизации и нервной иннервации; (3) степень ветвления дендритов, синаптогенеза и ремиелинизации; (4) высвобождение трофических факторов; (5) активность иммунных клеток; и (6) создание новых нейронов, глиальных и эндотелиальных клеток из эндогенных стволовых клеток, которые интегрируются в поврежденные нейрональные сети. ¹²⁴ Следовательно, в то время как традиционная нейронная трансплантация подчеркивает роль нейронов в воссоздании нейронных цепей через синаптическую связь, ^125,126 многие новые подходы подчеркивают гораздо более широкий спектр клеточных источников и действий после трансплантации (Рисунок 4). ^127–130

РИСУНОК 4.

Возможные механизмы действия заместительной клеточной терапии. После трансплантации стволовые клетки могут способствовать восстановлению ЦНС с помощью нескольких механизмов, таких как замещение клеток, нейротрофическая поддержка, иммуномодуляция и / или индукция пластичности существующих синапсов.Эти механизмы не исключают друг друга. Перепечатано с разрешения SpringerNature: Nature Neuroscience. Kokai Z et al. Перекрестный разговор между нервными стволовыми клетками и иммунными клетками: ключ к лучшему восстановлению мозга? ¹²⁷ Copyright 2012.

РИСУНОК 4.

Возможные механизмы действия заместительной клеточной терапии. После трансплантации стволовые клетки могут способствовать восстановлению ЦНС с помощью нескольких механизмов, таких как замещение клеток, нейротрофическая поддержка, иммуномодуляция и / или индукция пластичности существующих синапсов.Эти механизмы не исключают друг друга. Перепечатано с разрешения SpringerNature: Nature Neuroscience. Kokai Z et al. Перекрестный разговор между нервными стволовыми клетками и иммунными клетками: ключ к лучшему восстановлению мозга? ¹²⁷ Copyright 2012.

Хотя клеточная трансплантация показала многообещающие результаты на животных моделях, перевод ^12,131,132 в неврологическое улучшение в исследованиях на людях оказался трудным, поскольку лежащие в основе механизмы действия остаются плохо изученными и возникла неожиданная токсичность.¹³³ На животных моделях болезни Хантингтона ¹³¹ и ишемического инсульта было показано, что прямая инъекция эмбриональных клеток улучшает дефицит, ¹³² и клиническое испытание фазы 1 иммортализованных нервных стволовых клеток плода человека при инсульте безопасность с некоторым предложением неврологического улучшения. ¹³⁴ Недавно Kodoya et al. ¹² продемонстрировали надежную регенерацию CST и формирование синапсов каудальнее SCI после трансплантации гомологичных мультипотентных нейральных клеток-предшественников в место повреждения у крыс.Точно так же культивируемые человеческие нейроны, полученные из линии клеток эмбриональной карциномы ¹³⁵ , были изучены в открытом исследовании фазы 1, которое показало улучшение по Европейской шкале инсульта (ESS) и метаболизм с помощью фтордезоксиглюкозно-позитронно-эмиссионной томографии. ¹³⁶ Однако последующее рандомизированное исследование фазы 2 не продемонстрировало статистически значимых различий в ESS или общем двигательном исходе, хотя улучшение было замечено по оценкам Fugl-Meyer и когнитивной функции. ¹³⁷

Помимо эмбриональных стволовых клеток или стволовых клеток карциномы, можно генетически репрограммировать дифференцированные зрелые соматические клетки, такие как фибробласты, в плюрипотентные стволовые клетки, которые проявляют морфологию и ростовые свойства эмбриональных стволовых клеток. ¹³⁸ Использование аутологичных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может помочь избежать иммуносупрессии и этических проблем, связанных с использованием человеческих эмбриональных клеток. Открытое исследование фазы 1/2а стереотаксической инъекции этих клеток в область предыдущего ишемического инсульта продемонстрировало значительное улучшение шкалы инсульта и моторных оценок, что привело к рандомизированным контролируемым испытаниям. ²⁵ Таким образом, критические вопросы для будущих исследований, помимо эффективности, включают определение жизнеспособных источников клеток, понимание проблем безопасности, определение эффектов на эндогенные популяции клеток и понимание механизмов действия для различных клеточных линий.

ИНТЕГРАТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

Регенерация ≠ Функциональное восстановление

Устойчивая регенерация аксонов и развитие соответствующей связности сами по себе не обязательно гарантируют восстановление функции. ¹³⁹ В 1 примере, Bei et al. ¹⁴⁰ были способны индуцировать рост аксонов сетчатки у взрослых мышей и рост синапсов в верхнем бугорке; однако эти связи не восстанавливали зрительную функцию сами по себе — для обеспечения правильного проведения потенциалов действия требовалось добавление блокатора потенциал-управляемых калиевых каналов, поскольку вновь регенерированные аксоны не были должным образом миелинизированы.Для более сложных функций целевое поведенческое обучение почти наверняка должно сопровождать анатомическую перестройку, чтобы гарантировать установление правильной функциональной связи, ⁷² , поскольку известно, что не вся пластичность является полезной (например, спастичность, посттравматические припадки и патологическая боль). Исследовательские группы по-прежнему в значительной степени сосредоточены на понимании точной роли различных популяций нейронов в восстановлении, а также на переходе моста от структурного восстановления к функциональному.

Микро- и макроскопические вмешательства могут быть синергетическими или антагонистическими, и время имеет решающее значение

В то время как микроскопические вмешательства могут изменять популяции клеток, улучшать клеточную передачу сигналов и вызывать разрастание аксонов и образование синапсов, макроскопические парадигмы могут усиливать и стабилизировать функциональные цепи для повышения производительности. Терапия по каждой шкале может существенно повлиять на другую. Wahl et al., ^{, 13,} , возможно, наиболее четко продемонстрировали этот принцип, когда они внутриоболочечно вводили крысам антитело против NogoA с помощью больших ударов, а затем после инъекции проводили интенсивную тренировку для выполнения конкретных задач (рис. 5).Когда иммунотерапия и тренировка были объединены одновременно, наблюдалось большее разрастание аксонов, но разветвление волокон было хаотическим, и функциональный результат был на хуже, чем на по сравнению с отсутствием лечения (также замечено Maier et al., ^{, 35,} ). Эта демонстрация иллюстрирует различие между простым возобновлением роста и функциональным восстановлением, а также важность выбора времени между вмешательствами на разных уровнях для стабилизации основных схем. В общем, принцип микро- и макроскопического взаимодействия только недавно стал тщательно изучаться.Такие эксперименты может быть сложно разработать, выполнить и интерпретировать, поскольку они требуют многопрофильных знаний. Однако достижение лучшего понимания и оценки такого взаимодействия, по-видимому, имеет решающее значение для разработки терапевтических стратегий, которые надеются реализовать положительное клиническое воздействие.

РИСУНОК 5.

Функциональное прорастание CST зависит от относительного времени введения анти-NogoA и реабилитационной тренировки на моделях инсульта на крысах. Были протестированы четыре режима реабилитации (анти-Nogo-A / параллельный, контрольный / параллельный, анти-Nogo-A / последовательный и контрольный / последовательный), которые по-разному влияли на прорастание волокон CST из интактного полушага (слева) по средней линии.Отвратительный рост (анти-Nogo-A / параллельная группа) показал худшие функциональные результаты по сравнению с контрольными группами, тогда как организованный рост (анти-Nogo-A / последовательная группа) продемонстрировал улучшенную функциональность. A , Микрофотографии волокон CST в неповрежденном спинномозговом полушорде (слева), врастающих в денервированное ударом полукорда (справа) в точке C4. B , Волокна, пересекающие среднюю линию (M) и ответвляющиеся в сером веществе на расстояниях от D1 до D4, были подсчитаны и нормализованы к количеству волокон CST в главном тракте. C , Микрофотографии, показывающие различные паттерны прорастания кортикоспинальных волокон из ипсилатеральной коры в денервированном шейном отделе спинного мозга (C4) в пластинке 7. Масштабная линейка — 200 мм; М — средняя линия; БДА — биотинилированный декстранамин. * P <.05, ** P <.01, *** P <.001. От Wahl AS, Omlor W, Rubio JC и др. Асинхронная терапия восстанавливает моторный контроль за счет изменения проводки кортикоспинального тракта крысы после инсульта. Наука. 2014; 344 (6189): 1250-1255. DOI: 10.1126 / наука.1253050. Печатается с разрешения AAAS.

РИСУНОК 5.

Функциональное прорастание CST зависит от относительного времени введения анти-NogoA и реабилитационной тренировки на моделях инсульта на крысах. Были протестированы четыре режима реабилитации (анти-Nogo-A / параллельный, контрольный / параллельный, анти-Nogo-A / последовательный и контрольный / последовательный), которые по-разному влияли на прорастание волокон CST из интактного полушага (слева) по средней линии. Отвратительный рост (анти-Nogo-A / параллельная группа) показал худшие функциональные результаты по сравнению с контрольными группами, тогда как организованный рост (анти-Nogo-A / последовательная группа) продемонстрировал улучшенную функциональность. A , Микрофотографии волокон CST в неповрежденном спинномозговом полушорде (слева), врастающих в денервированное ударом полукорда (справа) в точке C4. B , Волокна, пересекающие среднюю линию (M) и ответвляющиеся в сером веществе на расстояниях от D1 до D4, были подсчитаны и нормализованы к количеству волокон CST в главном тракте. C , Микрофотографии, показывающие различные паттерны прорастания кортикоспинальных волокон из ипсилатеральной коры в денервированном шейном отделе спинного мозга (C4) в пластинке 7. Масштабная линейка — 200 мм; М — средняя линия; БДА — биотинилированный декстранамин.* P <.05, ** P <.01, *** P <.001. От Wahl AS, Omlor W, Rubio JC и др. Асинхронная терапия восстанавливает моторный контроль за счет изменения проводки кортикоспинального тракта крысы после инсульта. Наука. 2014; 344 (6189): 1250-1255. DOI: 10.1126 / science.1253050. Печатается с разрешения AAAS.

Осознанное участие — ключ к долгосрочному функциональному совершенствованию

Одно из первых исследований, продемонстрировавших восстановление супраспинального контроля походки на крысиной модели SCI, также продемонстрировало важность сознательного участия в возобновлении роста длинных путей. ¹¹ В этом исследовании всех крыс обучали EES. Однако крысы, которых тренировали с помощью пассивной реабилитации на беговой дорожке, не достигли восстановления волевого двигательного контроля, тогда как крысы, которые были обучены целенаправленным задачам, восстановили волевой контроль передвижений и продемонстрировали признаки функционального возобновления роста длинных трактов. Кроме того, в клиническом испытании на людях восстановления после гемипаретического инсульта, движения роботизированной руки с пассивной поддержкой показали меньшее улучшение, чем движения без посторонней помощи, управляемые пациентом. ¹⁴¹ Как именно сознательная деятельность связана с нейроанатомическими принципами схемы и руководства, остается загадкой, но они тесно связаны. ^142–144 С клинической точки зрения это означает, что пациенты, страдающие расстройствами сознания (например, пациенты в коматозном или вегетативном состоянии), могут нуждаться в совершенно иных терапевтических стратегиях, которые намного дальше от реализации. Это также предполагает, что эксперименты, которые потерпели неудачу in vitro, могут оставаться жизнеспособными методами лечения, если они интегрированы в структуру, которая включает сознательное намерение и целенаправленную терапию, и поэтому не должны быть явно исключены из дизайна клинических испытаний. ⁴

РОЛЬ НЕЙРОХИРУРГА В ВОССТАНОВЛЕНИИ ЦНС

Нейрохирурги имеют уникальную возможность сыграть решающую роль в развитии терапевтических методов, направленных на функциональное восстановление ЦНС. Хотя большинство нейрохирургов ежедневно взаимодействуют с пациентами с неврологическим дефицитом, вызванными опухолями головного мозга, инсультами, черепно-мозговой травмой или травмой спинного мозга, у них есть ограниченные инструменты, чтобы помочь таким пациентам восстановить функции после стабилизации их состояния. На этом этапе лечения нейрохирурги обычно уступают место другим поставщикам услуг, таким как физиотерапевты, профессиональные терапевты и логопеды.Для повышения эффективности таких вмешательств, как BMI, FES, EES, терапия стволовыми клетками, иммунотерапия, фармакотерапия, оптогенетика и генная терапия, будет иметь важное значение сотрудничество между нейрохирургами, клиницистами, терапевтами, учеными-фундаментальными учеными, финансовыми агентствами и промышленностью. Нейрохирурги уже сыграли заметную роль в исследованиях BrainGate ^10,145 и Northstar Neuroscience (Everest), ¹⁹ , и внедрение таких методов в сферу восстановления ЦНС может предоставить нейрохирургам возможности для расширения их возможностей в лечении этих заболеваний. пациенты, выходящие за рамки фазы стабилизации имплантации.Кроме того, такие стратегии ИМТ и стимуляции коры, вероятно, будут продолжать играть большую роль в будущих макроскопических рамках, в которых будут проверяться микроскопические достижения.

Вовлечение нейрохирургов на раннем этапе разработки стратегий восстановления ЦНС важно не только потому, что нейрохирурги поддерживают критический доступ к пациентам с повреждениями ЦНС и возможность выполнять инвазивные процедуры ЦНС, но нейрохирурги также имеют близкий клинический опыт взаимосвязи между структурными и функциональная анатомия ЦНС и ее реакция на травму и вмешательство.Кроме того, поскольку любая предлагаемая в настоящее время терапия должна будет пройти извилистый путь к одобрению FDA, прежде чем реализовывать какое-либо крупномасштабное внедрение, нейрохирурги должны быть вовлечены на раннем этапе, чтобы помочь предотвратить потенциальные ловушки человеческого перевода и дизайна клинических испытаний. Следовательно, необходимо базовое понимание принципов трансляции, изложенных в этой рукописи, и понимание того, в каком направлении могут развиваться терапевтические достижения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на многочисленные научные достижения, многие пациенты продолжают испытывать стойкие функциональные нарушения после травмы спинного мозга, инсульта и других нарушений ЦНС.Как показано в этом обзоре, новые вмешательства дают надежду на лучшие результаты, а стратегические подходы, использующие как микро-, так и макроскопические вмешательства, с наибольшей вероятностью окажут широкое клиническое воздействие. В то время как макроскопические (т. Е. Системно-схемные) методы, такие как нейронные интерфейсы, FES и EES, начали демонстрировать положительные результаты у людей, большинство микроскопических (то есть клеточно-молекулярных) методов лечения, таких как клеточное лечение, иммунотерапия, молекулярные вмешательства и оптогенетика остается на стадии in vitro или на стадии моделирования на животных и столкнулась со значительными препятствиями на пути к клинически значимому переводу.Чтобы совершить скачок, для будущего трансляционного клинического исследования важны 3 стратегических и гармоничных интегративных принципа: (1) регенерация аксонов сама по себе не обеспечивает функционального восстановления, (2) время между вмешательствами на клеточном и системном уровне (т. Е. Поведенческими) критическое, и (3) сознательное участие играет жизненно важную роль в неврологическом восстановлении. Нейрохирурги будут иметь возможность играть различные роли в адаптации таких методов лечения в основную клиническую практику, которая может варьироваться от пассивных наблюдателей до технических специалистов или интеллектуальных лидеров.Выбор роли будет во многом зависеть от активного и раннего участия, понимания важных принципов трансляционной нейробиологии, а также готовности к сотрудничеству и помощи в разработке клинических испытаний.

Раскрытие информации

Время доктора Крукова поддержано грантом NINDS 5R25NS065731-08. Время доктора Тернера поддерживается грантами VA I21 BX003023-01 и I21 RX002223, а также грантом NIH R21 AG051103-01. Авторы не имеют личной, финансовой или институциональной заинтересованности в каких-либо лекарствах, материалах или устройствах, описанных в этой статье.

ЛИТЕРАТУРА

1.

Национальный статистический центр травм спинного мозга

.

Цифры и факты о травмах спинного мозга

.

2015

. .2.

Waters

RL

,

Yakura

JS

,

Adkins

RH

,

Sie

I

.

Восстановление после полной параплегии

.

Arch Phys Med Rehabil

.

1992

;

73

(

9

):

784

—

789

.3.

El Tecle

NE

,

Dahdaleh

NS

,

Bydon

M

,

Ray

WZ

,

Torner

JC

,

Hitchon

.

Естественная история полного повреждения спинного мозга: объединенный анализ 1162 пациентов и метаанализ современных данных

.

J Нейрохирургия позвоночника

.

2018

:

1

—

8

. DOI: .4.

Krucoff

MO

,

Rahimpour

S

,

Slutzky

MW

,

Edgerton

VR

,

Turner

DA

.

Улучшение восстановления нервной системы с помощью нейробиологии, обучения нейронному интерфейсу и нейрореабилитации

.

Фронт Neurosci

.

2016

;

10

(

декабрь

):

584

. 5.

Donati

ARC

,

Shokur

S

,

Morya

E

et al.

Длительные тренировки с протоколом походки на основе интерфейса мозг-машина вызывают частичное неврологическое восстановление у пациентов с параличом нижних конечностей

.

Научный сотрудник

.

2016

;

6

(

1

):

30383

.6.

Анджели

CA

,

Edgerton

VR

,

Gerasimenko

YP

,

Harkema

SJ

.

Изменение возбудимости спинного мозга у людей дает возможность произвольных движений после хронического полного паралича

.

Мозг

.

2014

;

137

(

5

):

1394

—

1409

.7.

Harkema

SJ

,

Gerasimenko

Y

,

Hodes

J

et al.

Влияние эпидуральной стимуляции пояснично-крестцового отдела спинного мозга на произвольные движения, стояние и шаги с поддержкой после полной моторной параплегии: тематическое исследование

.

Ланцет

.

2011

;

377

(

9781

):

1938

—

1947

,8.

Grahn

PJ

,

Lavrov

IA

,

Sayenko

DG

et al.

Включение волевых двигательных функций для конкретных задач посредством нейромодуляции спинного мозга у человека с параплегией

.

Mayo Clin Proc

.

2017

;

92

(

4

):

544

—

554

.9.

Rejc

E

,

Angeli

CA

,

Atkinson

D

,

Harkema

SJ

.

Восстановление моторики после тренировки на основе активности с эпидуральной стимуляцией спинного мозга при хронической моторной полной параплегии

.

Научный сотрудник

.

2017

;

7

(

1

):

1

—

12

. 10.

Ajiboye

AB

,

Willett

FR

,

Young

DR

et al.

Восстановление движений захвата и захвата с помощью стимуляции мышц, контролируемой мозгом, у человека с тетраплегией: экспериментальная демонстрация

.

Ланцет

.

2017

;

389

(

10081

):

1821

—

1830

.11.

van den Brand

R

,

Heutschi

J

,

Barraud

Q

et al.

Восстановление произвольного контроля над движением после парализующей травмы спинного мозга

.

Наука

.

2012

;

336

(

6085

):

1182

—

1185

.12.

Kadoya

K

,

Lu

P

,

Nguyen

K

et al.

Восстановление спинного мозга с помощью гомологичных нервных трансплантатов обеспечивает надежную кортикоспинальную регенерацию

.

Нат Мед

.

2016

;

22

(

5

):

479

—

487

. 13.

Wahl

AS

,

Omlor

W

,

Rubio

JC

et al.

Асинхронная терапия восстанавливает моторный контроль за счет изменения проводки кортикоспинального тракта крысы после инсульта

.

Наука

.

2014

;

344

(

6189

):

1250

—

1255

. 14.

Wolf

SL

,

Winstein

CJ

,

Miller

JP

et al.

Влияние двигательной терапии, вызванной ограничениями, на функцию верхних конечностей через 3–9 месяцев после инсульта

.

JAMA

.

2006

;

296

(

17

):

2095

—

2104

.15.

Lo

AC

,

Guarino

PD

,

Richards

LG

et al.

Роботизированная терапия при длительном поражении верхних конечностей после инсульта

.

N Engl J Med

.

2010

;

362

(

19

):

1772

—

1783

.16.

Bloch

J

,

Lacour

SP

,

Courtine

G

.

Электронная твердая мозговая оболочка, влияющая на центральную нервную систему

.

JAMA Neurol

.

2017

;

74

(

4

):

470

—

475

. 17.

Plautz

EJ

,

Barbay

S

,

Frost

SB

et al.

Постинфарктная корковая пластичность и восстановление поведения с использованием одновременной корковой стимуляции и реабилитационной тренировки: технико-экономическое обоснование на приматах

.

Neurol Res

.

2003

;

25

(

8

):

801

—

810

. 18.

Levy

RM

,

Ruland

S

,

Weinand

M

,

Lowry

D

,

Dafer

R

,

Bakay

Корковая стимуляция для реабилитации пациентов с гемипаретическим инсультом: многоцентровое технико-экономическое обоснование безопасности и эффективности

.

Дж Нейросург

.

2008

;

108

(

4

):

707

—

714

,19.

Леви

RM

,

Харви

RL

,

Киссела

BM

et al.

Эпидуральная электростимуляция при реабилитации после инсульта

.

Neurorehabil Neural Repair

.

2016

;

30

(

2

):

107

—

119

.20.

Эдвардсон

MA

,

Lucas

TH

,

Carey

JR

,

Fetz

EE

.

Новые методы стимуляции мозга при реабилитации после инсульта

.

Exp Brain Res

.

2013

;

224

(

3

):

335

—

358

. 21.

Кот

DJ

,

Bredenoord

AL

,

Smith

TR

et al.

Этический клинический перевод вмешательств стволовых клеток при неврологических заболеваниях

.

Неврология

.

2017

;

88

(

3

):

322

—

328

.22.

Smith

EJ

,

Stroemer

RP

,

Gorenkova

N

et al.

Место имплантации и топология поражения определяют эффективность линии нервных стволовых клеток человека в модели хронического инсульта на крысах

.

Стволовые клетки

.

2012

;

30

(

4

):

785

—

796

. 23.

Wang

Q

,

Duan

F

,

Wang

MX

,

Wang

XD

,

Liu

P

,

Ma

LZ

Эффект лечения ишемического инсульта стволовыми клетками: метаанализ

.

Clin Neurol Neurosurg

.

2016

;

146

(

69

):

1

—

11

. 24.

Moniche

F

,

Escudero

I

,

Zapata-Arriaza

E

et al.

Внутриартериальная трансплантация мононуклеарных клеток костного мозга (BM-MNCs) при остром ишемическом инсульте (исследование IBIS): протокол фазы II, рандомизированное, подбирающее дозу, контролируемое многоцентровое исследование

.

Int J Stroke

.

2015

;

10

(

7

):

1149

—

1152

. 25.

Steinberg

GK

,

Kondziolka

D

,

Wechsler

LR

et al.

Клинические результаты трансплантации модифицированных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при инсульте

.

Инсульт

.

2016

;

47

(

7

):

1817

—

1824

. 26.

Tornero

D

,

Цупыков

O

,

Granmo

M

et al.

Синаптические входы от поврежденного инсультом мозга к трансплантированным нейронам, полученным из стволовых клеток человека, активируемым сенсорными стимулами

.

Мозг

.

2017

;

140

(

3

):

692

—

706

. 27.

Zai

L

,

Ferrari

C

,

Subbaiah

S

et al.

Инозин изменяет экспрессию генов и проекции аксонов в нейронах, противоположных корковому инфаркту, и улучшает умелое использование поврежденной конечности

.

Дж. Neurosci

.

2009

;

29

(

25

):

8187

—

8197

. 28.

Kim

D

,

Zai

L

,

Liang

P

,

Schaffling

C

,

Ahlborn

D

,

Benowitz

.

Инозин усиливает отрастание аксонов и восстановление моторики после травмы спинного мозга

.

PLoS One

.

2013

;

8

(

12

):

15

—

21

.29.

Chen

P

,

Goldberg

DE

,

Kolb

B

et al.

Инозин вызывает перестройку аксонов и улучшает поведенческий исход после инсульта

.

Proc Natl Acad Sci

.

2002

;

99

(

13

):

9031

—

9036

.30.

Кармайкл

ST

,

Chesselet

M-F

.

Синхронная нейрональная активность является сигналом для прорастания аксонов после кортикальных повреждений у взрослых

.

Дж. Neurosci

.

2002

;

22

(

14

):

6062

—

6070

. 31.

Li

S

,

Nie

EH

,

Yin

Y

et al.

GDF10 — сигнал для разрастания аксонов и функционального восстановления после инсульта

.

Nat Neurosci

.

2015

;

18

(

12

):

1737

—

1745

. 32.

Stroemer

RP

,

Kent

TA

,

Hulsebosch

CE

.

Нервное разрастание неокортекса, синаптогенез и восстановление поведения после инфаркта неокортекса у крыс

.

Инсульт

.

1995

;

26

(

11

):

2135

—

2144

. 33.

Napieralski

JA

,

Butler

AK

,

Chesselet

MF

.

Анатомические и функциональные доказательства специфического для поражения прорастания кортикостриатного входа у взрослых крыс

.

Дж. Comp Neurol

.

1996

;

373

(

4

):

484

—

497

. 34.

Джарвис

S

,

Schultz

SR

.

Перспективы оптогенетического увеличения функции мозга

.

Front Syst Neurosci

.

2015

;

9

(

ноябрь

):

157

.35.

Maier

IC

,

Ichiyama

RM

,

Courtine

G

et al.

Дифференциальные эффекты лечения антителами против Nogo-A и тренировки на беговой дорожке у крыс с неполным повреждением спинного мозга

.

Мозг

.

2009

;

132

(

6

):

1426

—

1440

.36.

Freund

P

,

Schmidlin

E

,

Wannier

T

et al.

Лечение специфическими антителами к Nogo-A улучшает прорастание и функциональное восстановление после поражения шейки матки у взрослых приматов

.

Нат Мед

.

2006

;

12

(

7

):

790

—

792

.37.

Lee

J-K

,

Kim

J-E

,

Sivula

M

,

Strittmatter

SM

.

Антагонизм к рецепторам Nogo способствует восстановлению после инсульта за счет повышения пластичности аксонов

.

Дж. Neurosci

.

2004

;

24

(

27

):

6209

—

6217

.38.

Clarkson

AN

,

Overman

JJ

,

Zhong

S

,

Mueller

R

,

Lynch

G

,

Carmichael

.

Индуцированная рецептором AMPA передача сигналов местного нейротрофического фактора головного мозга опосредует восстановление моторики после инсульта

.

Дж. Neurosci

.

2011

;

31

(

10

):

3766

—

3775

.39.

Krucoff

MO

,

Harward

SC

,

Rahimpour

S

et al.

Объединение молекулярных, клеточных и системных подходов к восстановлению мозга после инсульта

. In:

Lapchak

PA

,

Zhang

JH

, eds,

Инсульт: клеточные и молекулярные подходы к регенерации и восстановлению

.

Чам, Швейцария

:

Springer

;

2018

:

365

—

382

.40.

Nudo

RJ

,

Milliken

GW

.

Реорганизация двигательных представлений в первичной моторной коре головного мозга после очаговых ишемических инфарктов у взрослых беличьих обезьян

.

Дж Нейрофизиол

.

1996

;

75

(

5

):

2144

—

2149

.41.

Фини

DM

,

Барон

JC

.

Диашизис

.

Инсульт

.

1986

;

17

(

5

):

817

—

830

.42.

DeFina

P

,

Fellus

J

,

Polito

MZ

,

Thompson

JWG

,

Moser

RS

,

DeLuca

Новые рубежи нейробиологии: содействие нейропластичности и восстановлению мозга при черепно-мозговой травме

.

Clin Neuropsychol

.

2009

;

23

(

8

):

1391

—

1399

.43.

Demirtas-Tatlidede

A

,

Vahabzadeh-Hagh

AM

,

Bernabeu

M

,

Tormos

JM

,

Pascual-Le0002.

Неинвазивная стимуляция головного мозга при черепно-мозговой травме

.

J Rehabil с травмой головы

.

2012

;

27

(

4

):

274

—

292

. 44.

Нахмани

M

,

Turrigiano

GG

.

Кортикальная пластичность взрослых после травмы: обзор механизмов критического периода

?

Неврология

.

2014

;

283

(

12

):

4

—

16

. 45.

Villamar

MF

,

Santos Portilla

A

,

Fregni

F

,

Zafonte

R

.

Неинвазивная стимуляция мозга для модуляции нейропластичности при черепно-мозговой травме

.

Нейромодуляция

.

2012

;

15

(

4

):

326

—

338

. 46.

Kwakkel

G

,

Kollen

B

,

Lindeman

E

.

Понимание закономерностей функционального восстановления после инсульта: факты и теории

.

Рестор Neurol Neurosci

.

2004

;

22

(

3-5

):

281

—

299

. 47.

Alia

C

,

Spalletti

C

,

Lai

S

et al.

Нейропластические изменения после ишемии головного мозга и их вклад в восстановление после инсульта: новые подходы к нейрореабилитации

.

Front Cell Neurosci

.

2017

;

11

(

март

):

1

—

22

. 48.

Герман

DM

,

Чопп

M

.

Содействие неврологическому выздоровлению в фазе острого инсульта: преимущества и проблемы

.

евро Neurol

.

2014

;

72

(

5-6

):

317

—

325

. 49.

Corbett

D

,

Nguemeni

C

,

Gomez-Smith

M

.

Как вылечить сломанный мозг? — Нейрореабилитационные подходы к восстановлению после инсульта

.

Цереброваск Дис

.

2014

;

38

(

4

):

233

—

239

,50.

Кармайкл

ST

,

Archibeque

I

,

Люк

L

,

Нолан

T

,

Momiy

J

,

Li

.

Экспрессия гена, связанного с ростом, после инсульта: данные о зоне, способствующей росту, в периинфарктной коре головного мозга

.

Exp Neurol

.

2005

;

193

(

2

):

291

—

311

. 51.

Nudo

RJ.

Восстановление после черепно-мозговой травмы: механизмы и принципы

.

Передний человек Neurosci

.

2013

;

7

(

декабрь

):

887

. 52.

Zhang

RL

,

Zhang

ZG

,

Zhang

L

,

Chopp

M

.

Пролиферация и дифференцировка клеток-предшественников в коре и субвентрикулярной зоне у взрослых крыс после очаговой ишемии головного мозга

.

Неврология

.

2001

;

105

(

1

):

33

—

41

. 53.

Arvidsson

A

,

Collin

T

,

Kirik

D

,

Kokaia

Z

,

Lindvall

O

.

Замена нейронов из эндогенных предшественников в мозге взрослого человека после инсульта

.

Нат Мед

.

2002

;

8

(

9

):

963

—

970

. 54.

Охаб

JJ

,

Кармайкл

ST

.

Постинсультный нейрогенез: новые принципы миграции и локализации незрелых нейронов

.

Neurosci

.

2008

;

14

(

4

):

369

—

380

.55.

Langhorne

P

,

Bernhardt

J

,

Kwakkel

G

.

Реабилитация после инсульта

.

Ланцет

.

2011

;

377

(

9778

):

1693

—

1702

. 56.

Teasell

RW

,

Murie Fernandez

M

,

McIntyre

A

,

Mehta

S

.

Переосмысление континуума реабилитации после инсульта

.

Arch Phys Med Rehabil

.

2014

;

95

(

4

):

595

—

596

.57.

Moeendarbary

E

,

Weber

IP

,

Sheridan

GK

et al.

Мягкая механическая подпись глиальных рубцов в центральной нервной системе

.

Нац Коммуна

.

2017

;

8

:

14787

.58.

Saxena

T

,

Gilbert

J

,

Stelzner

D

,

Hasenwinkel

J

.

Механическая характеристика поврежденного спинного мозга после повреждения бокового гемисекции позвоночника у крысы

.

J Нейротравма

.

2012

;

29

(

9

):

1747

—

1757

. 59.

Benowitz

LI

,

Кармайкл

ST

.

Содействие перестройке аксонов для улучшения результатов после инсульта

.

Нейробиол Дис

.

2010

;

37

(

2

):

259

—

266

.60.

Benowitz

LI

,

Инь

Y

.

Комбинаторные методы лечения для стимуляции регенерации аксонов в ЦНС: стратегии преодоления тормозных сигналов и активации внутреннего состояния роста нейронов

.

Devel Neurobio

.

2007

;

67

(

9

):

1148

—

1165

.61.

de Lima

S

,

Koriyama

Y

,

Kurimoto

T

et al.

Полноразмерная регенерация аксона в зрительном нерве взрослой мыши и частичное восстановление простого зрительного поведения

.

Proc Natl Acad Sci

.

2012

;

109

(

23

):

9149

—

9154

.62.

Omura

T

,

Omura

K

,

Tedeschi

A

et al.

Сильная регенерация аксонов происходит в поврежденной CAST / Ei Mouse CNS

.

Нейрон

.

2015

;

86

(

5

):

1215

—

1227

.63.

Teasell

R

,

Mehta

S

,

Pereira

S

et al.

Время переосмыслить долгосрочную реабилитацию пациентов с инсультом

.

Rehabil с верхним ходом

.

2012

;

19

(

6

):

457

—

462

.64.

Wolman

L.

Нарушение кровообращения при травматической параплегии в острой и поздней стадиях: патологическое исследование

.

Параплегия

.

1965

;

2

(

4

):

213

—

226

.65.

Metz

GAS

,

Curt

A

,

van de Meent

H

,

Klusman

I

,

Schwab

ME

,

Dietz

Проверка модели ушиба с падением веса на крысах: сравнительное исследование травм спинного мозга человека

.

J Нейротравма

.

2000

;

17

(

1

):

1

—

17

0,66.

Димитриевич

MR

.

Нейрофизиология при повреждении спинного мозга

.

Параплегия

.

1987

;

25

(

3

):

205

—

208

0,67.

McKay

WB

,

Lim

HK

,

Priebe

MM

,

Stokic

DS

,

Sherwood

AM

.

Клиническая нейрофизиологическая оценка остаточного моторного контроля при параличе после травмы спинного мозга

.

Neurorehabil Neural Repair

.

2004

;

18

(

3

):

144

—

153

0,68.

Wu

CW

,

Kaas

JH

.

Реорганизация первичной моторной коры приматов после длительных терапевтических ампутаций

.

Дж. Neurosci

.

1999

;

19

(

17

):

7679

—

7697

0,69.

Qi

H-X

,

Stepniewska

I

,

Kaas

JH

.

Реорганизация первичной моторной коры у взрослых макак с давними ампутациями

.

Дж Нейрофизиол

.

2000

;

84

(

4

):

2133

—

2147

.70.

Ojemann

JG

,

Silbergeld

DL

.

Картирование корковой стимуляции фантомной конечности роландической коры

.

Дж Нейросург

.

1995

;

82

(

4

):

641

—

644

.71.

Cohen

LG

,

Bandinelli

S

,

Findley

TW

,

Hallett

M

.

Реорганизация мотора после ампутации верхней конечности у человека

.

Мозг

.

1991

;

114

(

1

):

615

—

627

,72.

Nudo

RJ

,

Plautz

EJ

,

Frost

SB

.

Роль адаптивной пластичности в восстановлении функции после повреждения моторной коры

.

Мышечный нерв

.

2001

;

24

(

8

):

1000

—

1019

,73.

Баласубраманский

K

,

Вайдья

M

,

Южный

J

et al.

Изменения в связности корковой сети при длительном воздействии на интерфейс мозг-машина после хронической ампутации

.

Нац Коммуна

.

2017

;

8

(

1

):

1796

.74.

Giraux

P

,

Sirigu

A

,

Schneider

F

,

Dubernard

JM

.

Кортикальная перестройка моторной коры после трансплантата обеих рук

.

Nat Neurosci

.

2001

;

4

(

7

):

691

—

692

.75.

Zheng

M-X

,

Hua

X-Y

,

Feng

J-T

et al.

Исследование контралатерального переноса седьмого шейного нерва при спастическом параличе руки

.

N Engl J Med

.

2018

;

378

(

1

):

22

—

34

.76.

Леви

RM

,

Харви

RL

,

Киссела

BM

et al.

Эпидуральная электростимуляция при реабилитации после инсульта

.

Neurorehabil Neural Repair

.

2016

;

30

(

2

):

107

—

119

.77.

Khodaparast

N

,

Hays

SA

,

Sloan

AM

et al.

Стимуляция блуждающего нерва во время реабилитационной тренировки улучшает силу передних конечностей после ишемического инсульта

.

Нейробиол Дис

.

2013

;

60

(

12

):

80

—

88

,78.

Стефан

K

,

Kunesch

E

,

Cohen

LG

,

Benecke

R

,

Classen

J

.

Индукция пластичности моторной коры головного мозга человека парной ассоциативной стимуляцией

.

Мозг

.

2000

;

123 Pt 3

(

3

):

572

—

584

0,79.

Gharabaghi ​​

A

,

Kraus

D

,

Leão

MT

et al.

Сопряжение интерфейсов мозг-машина с корковой стимуляцией для стимуляции, зависимой от состояния мозга: повышение возбудимости моторной коры для нейрореабилитации

.

Передний человек Neurosci

.

2014

;

8

(

март

):

122

.80.

Kleim

JA

,

Bruneau

R

,

VandenBerg

P

,

MacDonald

E

,

Mulrooney

R

,

Poc

Стимуляция моторной коры улучшает восстановление моторики и снижает периинфарктную дисфункцию после ишемического инсульта

.

Neurol Res

.

2003

;

25

(

8

):

789

—

793

,81.

Адкинс-Мьюир

DL

,

Джонс

TA

.

Электростимуляция коры головного мозга в сочетании с реабилитационной тренировкой: улучшенное функциональное восстановление и дендритная пластичность после очаговой ишемии коры у крыс

.

Neurol Res

.

2003

;

25

(

8

):

780

—

788

,82.

Mestais

CS

,

Charvet

G

,

Sauter-starace

F

,

Foerster

M

,

Ratel

D

.

WIMAGINE: беспроводной 64-канальный регистрирующий имплантат ECOG для долгосрочного клинического применения

.

IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng

.

2015

;

23

(

1

):

10

—

21

,83.

Купер

SJ

.

Синапс Дональда О. Хебба и правило обучения: история и комментарий

.

Neurosci Biobehav Ред.

.

2005

;

28

(

8

):

851

—

874

.84.

Hebb

DO.

Организация поведения: нейропсихологическая теория

.

Нью-Йорк

:

Wiley

;

1949

.85.

Ребеско

JM

,

Миллер

LE

.

Повышенный порог обнаружения корковой стимуляции in vivo, вызванной кондиционированием Хеббиана

.

J Neural Eng.

2011

;

8

(

1

):

16011

.86.

Gharabaghi ​​

A

,

Naros

G

,

Walter

A

et al.

От помощи к восстановлению с эпидуральным интерфейсом мозг-компьютер

.

Рестор Neurol Neurosci

.

2014

;

32

(

4

):

517

—

525

,87.

Ethier

C

,

Gallego

JA

,

Miller

L

.

Управляемая мозгом нервно-мышечная стимуляция для стимуляции нервной пластичности и функционального восстановления

.

Curr Opin Neurobiol

.

2015

;

33

(

8

):

95

—

102

0,88.

Capogrosso

M

,

Milekovic

T

,

Borton

D

et al.

Интерфейс мозг-позвоночник, облегчающий нарушение походки после травмы спинного мозга у приматов

.

Природа

.

2016

;

539

(

7628

):

284

—

288

0,89.

Лобель

DA

,

Ли

KH

.

Технологии мозгового машинного интерфейса и реанимации конечностей: восстановление функции после травмы спинного мозга путем разработки системы обходного анастомоза

.

Mayo Clin Proc

.

2014

;

89

(

5

):

708

—

714

.90.

Soekadar

SR

,

Birbaumer

N

,

Slutzky

МВт

,

Cohen

LG

.

Интерфейсы мозг-машина в нейрореабилитации после инсульта

.

Нейробиол Дис

.

2015

;

83

(

11

):

172

—

179

.91.

Ethier

C

,

Oby

ER

,

Bauman

MJ

,

Miller

LE

.

Восстановление хватки после паралича посредством стимуляции мышц, контролируемой мозгом

.

Природа

.

2012

;

485

(

7398

):

368

—

371

.92.

Memberg

WD

,

Polasek

KH

,

Hart

RL

et al.

Имплантированный нейропротез для восстановления функции руки и кисти у людей с тетраплегией высокой степени

.

Arch Phys Med Rehabil

.

2014

;

95

(

6

):

1201

—

1211.e1

.93.

Sherwood

AM

,

Dimitrijevic

MR

,

Barry McKay

W

.

Доказательства субклинического влияния на головной мозг при клинически полной травме спинного мозга: неполный SCI

.

J Neurol Sci

.

1992

;

110

(

1-2

):

90

—

98

.94.

Krucoff

MO

,

Zhuang

K

,

Macleod

DB

et al.

Новая модель параплегии у бодрствующих макак

.

Дж Нейрофизиол

.

2017

;

118

(

3

):

1800

—

1808

.95.

Bernstein

DR

,

Stelzner

DJ

.

Пластичность кортикоспинального тракта после травмы среднегрудного отдела позвоночника у постнатальных крыс

.

Дж. Comp Neurol

.

1983

;

221

(

4

):

382

—

400

0,96.

Bulinski

JC

,

Ом

T

,

Roder

H

,

Spruston

N

,

Turner

DA

,

Wheal

.

Изменения в структуре и функции дендритов после поражений гиппокампа: корреляции с событиями развития

?

Прог Нейробиол

.

1998

;

55

(

6

):

641

—

650

.97.

Magavi

SS

,

Leavitt

BR

,

Macklis

JD

.

Индукция нейрогенеза в неокортексе взрослых мышей

.

Природа

.

2000

;

405

(

6789

):

951

—

955

.98.

Grenningloh

G

,

Soehrman

S

,

Bondallaz

P

,

Ruchti

E

,

Cadas

H

.

Роль белков SCG10 и статмина, дестабилизирующих микротрубочки, в росте нейронов

.

Дж Нейробиол

.

2004

;

58

(

1

):

60

—

69

.99.

Вс

F

,

He

Z

.

Внутренние нейрональные барьеры для регенерации аксонов в ЦНС взрослого человека

.

Curr Opin Neurobiol

.

2010

;

20

(

4

):

510

—

518

. 100.

Тедески

A.

Настройка оркестра: пути транскрипции, контролирующие регенерацию аксонов

.

Фронт Мол Neurosci

.

2011

;

4

:

60

.101.

в Лиме

S

,

Habboub

G

,

Benowitz

LI

.

Комбинаторная терапия стимулирует регенерацию на большие расстояния, реиннервацию цели и частичное восстановление зрения после повреждения зрительного нерва у мышей

.

Int Rev Neurobiol

.

2012

;

106

:

153

—

172

.102.

Park

KK

,

Liu

K

,

Hu

Y

et al.

Содействие регенерации аксонов в ЦНС взрослого человека путем модуляции пути PTEN / mTOR

.

Наука

.

2008

;

322

(

5903

):

963

—

966

.103.

Smith

PD

,

Sun

F

,

Park

KK

et al.

Делеция SOCS3 способствует регенерации зрительного нерва in vivo

.

Нейрон

.

2009

;

64

(

5

):

617

—

623

.104.

Chen

D

,

Schneider

G

,

Martinou

J

,

Tonegawa

S

.

Bcl-2 способствует регенерации оторванных аксонов в ЦНС млекопитающих

.

Природа

.

1997

;

385

(

6615

):

434

—

439

.105.

Goldberg

JL

,

Espinosa

JS

,

Xu

Y

,

Davidson

N

,

Kovacs

GT

,

.

Ганглиозные клетки сетчатки не расширяют аксоны по умолчанию

.

Нейрон

.

2002

;

33

(

5

):

689

—

702

.106.

Zai

L

,

Ferrari

C

,

Dice

C

et al.

Инозин усиливает действие блокатора рецепторов Nogo и обогащает окружающую среду, чтобы восстановить умелое использование передних конечностей после инсульта

.

Дж. Neurosci

.

2011

;

31

(

16

):

5977

—

5988

.107.

Dachir

S

,

Shabashov

D

,

Trembovler

V

,

Alexandrovich

AG

,

Benowitz

LI

,

Shoha.

Инозин улучшает функциональное восстановление после экспериментальной черепно-мозговой травмы

.

Мозг Res

.

2014

;

1555

(

3

):

78

—

88

.108.

Андерсон

MA

,

Burda

JE

,

Ren

Y

et al.

Образование рубцов астроцитов способствует регенерации аксонов центральной нервной системы

.

Природа

.

2016

;

532

(

7598

):

195

—

200

.109.

Alilain

W

,

Horn

KP

,

Hu

H

,

Dick

TE

,

Silver

J

.

Функциональная регенерация дыхательных путей после травмы спинного мозга

.

Природа

.

2011

;

475

(

7355

):

196

—

200

.110.

Лю

K

,

Tedeschi

A

,

Park

KK

,

He

Z

.

Нейрональные внутренние механизмы регенерации аксонов

.

Анну Рев Neurosci

.

2011

;

34

(

1

):

131

—

152

.111.

Chew

DJ

,

Fawcett

JW

,

Andrews

MR

.

Проблемы регенерации дальних аксонов в поврежденной ЦНС

.

Prog Brain Res

.

2012

;

201

:

253

—

294

.112.

Bregman

BS

,

Kunkel-Bagden

E

,

Schnell

L

,

Dai

HN

,

Gao

D

,

Schwab

Восстановление после травмы спинного мозга, опосредованной антителами к ингибиторам роста нейритов

.

Природа

.

1995

;

378

(

6556

):

498

—

501

.113.

Liebscher

T

,

Schnell

L

,

Schnell

D

et al.

Антитело Nogo-A улучшает регенерацию и двигательную активность у крыс с травмой спинного мозга

.

Ann Neurol.

2005

;

58

(

5

):

706

—

719

.114.

Baldwin

KT

,

Carbajal

KS

,

Segal

BM

,

Giger

RJ

.

Нейровоспаление, вызванное передачей сигналов β-глюкан / дектин-1, обеспечивает регенерацию аксонов ЦНС

.

Proc Natl Acad Sci USA

.

2015

;

112

(

8

):

2581

—

2586

.115.

Беновиц

LI

,

Попович

PG

.

Воспаление и регенерация аксонов

.

Curr Opin Neurol

.

2011

;

24

(

6

):

577

—

583

.116.

Kurimoto

T

,

Yin

Y

,

Habboub

G

et al.

Нейтрофилы экспрессируют онкомодулин и способствуют регенерации зрительного нерва

.

Дж. Neurosci

.

2013

;

33

(

37

):

14816

—

14824

.117.

Инь

Y

,

Cui

Q

,

Li

Y

и др.

Факторы, полученные из макрофагов, стимулируют регенерацию зрительного нерва

.

Дж. Neurosci

.

2003

;

23

(

6

):

2284

—

2293

.118.

Стирлинг

DP

,

Cummins

K

,

Mishra

M

,

Teo

W

,

Yong

VW

,

Stys

9.

Альтернативная активация микроглии, опосредованная Toll-подобным рецептором 2, является защитной после повреждения спинного мозга

.

Мозг

.

2014

;

137

(

3

):

707

—

723

.119.

Инь

Y

,

Henzl

MT

,

Lorber

B

et al.

Онкомодулин представляет собой полученный из макрофагов сигнал для регенерации аксонов в ганглиозных клетках сетчатки

.

Nat Neurosci

.

2006

;

9

(

6

):

843

—

852

. 120.

Инь

Y

,

Cui

Q

,

Гилберт

H-Y

et al.

Онкомодулин связывает воспаление с регенерацией зрительного нерва

.

Proc Natl Acad Sci

.

2009

;

106

(

46

):

19587

—

19592

.121.

Benowitz

L

,

Инь

Y

.

Перенастройка поврежденной ЦНС: уроки зрительного нерва

.

Exp Neurol

.

2008

;

209

(

2

):

389

—

398

.122.

Hu

X

,

Leak

RK

,

Shi

Y

et al.

Поляризация микроглии и макрофагов — новые перспективы восстановления мозга

.

Нат Рев Нейрол

.

2015

;

11

(

1

):

56

—

64

.123.

Софронью

МВ

.

Астроциты, препятствующие нейротоксическому воспалению

.

Нат Рев Neurosci

.

2015

;

16

(

5

):

249

—

263

.124.

Moskowitz

MA

,

Lo

EH

,

Iadecola

C

.

Наука об инсульте: механизмы в поисках лечения

.

Нейрон

.

2010

;

67

(

2

):

181

—

198

.125.

Шетти

AK

,

Тернер

DA

.

Развитие трансплантатов гиппокампа плода в интактном и поврежденном гиппокампе

.

Прог Нейробиол

.

1996

;

50

(

5-6

):

597

—

653

.126.

Джордж

PM

,

Steinberg

GK

.

Новые терапевтические средства от инсульта: раскрытие патофизиологии инсульта и ее влияние на клиническое лечение

.

Нейрон

.

2015

;

87

(

2

):

297

—

309

.127.

Kokaia

Z

,

Martino

G

,

Schwartz

M

,

Lindvall

O

.

Перекрестный разговор между нервными стволовыми клетками и иммунными клетками: ключ к лучшему восстановлению мозга

?

Nat Neurosci

.

2012

;

15

(

8

):

1078

—

1087

.128.

Dunnett

SB

,

Björklund

A

.

Механизмы и использование нервных трансплантатов для восстановления мозга

.

Prog Brain Res

.

2017

;

230

:

1

—

51

.129.

Dihné

M

,

Hartung

HP

,

Seitz

RJ

.

Восстановление функции нейронов после инсульта путем замены клеток: анатомические и функциональные аспекты

.

Инсульт

.

2011

;

42

(

8

):

2342

—

2350

.130.

Stonesifer

C

,

Кори

S

,

Ghanekar

S

,

Diamandis

Z

,

Acosta

SA

,

Borlong

Терапия стволовыми клетками для купирования нейровоспаления, вызванного инсультом, и соответствующих механизмов вторичной гибели клеток

.

Прог Нейробиол

.

2017

;

158

(

11

):

94

—

131

.131.

Isacson

O

,

Deacon

T

,

Pakzaban

P

,

Galpern

W

,

Dinsmore

J

,

L Burns

000

L Burns

Трансплантированные ксеногенные нервные клетки в моделях нейродегенеративных заболеваний демонстрируют замечательную специфичность аксональных мишеней и отчетливые паттерны роста глиальных и аксональных волокон

.

Нат Мед

.

1995

;

1

(

11

):

1189

—

1194

.132.

Dinsmore

J

,

Martin

J

,

Siegan

J

et al.

Трансплантаты ЦНС для лечения неврологических заболеваний. В кн .: Методы тканевой инженерии

. 1-е изд.

Сан-Диего

:

Academic Press

;

2002

.133.

Стокер

ТБ

,

Баркер

RA

.

Клеточная терапия болезни Паркинсона: как далеко мы продвинулись

?

Реген Мед

.

2016

;

11

(

8

):

777

—

786

.134.

Каллада

D

,

Sinden

J

,

Pollock

K

et al.

Нервные стволовые клетки человека у пациентов с хроническим ишемическим инсультом (PISCES): фаза 1, исследование впервые

.

Ланцет

.

2016

;

388

(

10046

):

787

—

796

.135.

Borlongan

CV

,

Tajima

Y

,

Trojanowski

JQ

,

Lee

VM

,

Sanberg

PR

.

Трансплантация криоконсервированных нейронов, происходящих от эмбриональной карциномы человека (клетки NT2N), способствует функциональному восстановлению у ишемических крыс

.

Exp Neurol

.

1998

;

149

(

2

):

310

—

321

.136.

Кондзиолка

D

,

Wechsler

L

,

Goldstein

S

et al.

Трансплантация культивированных нейрональных клеток человека пациентам с инсультом

.

Неврология

.

2000

;

55

(

4

):

565

—

569

.137.

Кондзиолка

D

,

Steinberg

GK

,

Wechsler

L

et al.

Нейротрансплантация пациентам с подкорковым моторным инсультом: рандомизированное исследование 2 фазы

.

Дж Нейросург

.

2005

;

103

(

1

):

38

—

45

.138.

Takahashi

K

,

Yamanaka

S

.

Индукция плюрипотентных стволовых клеток из культур эмбриональных и взрослых фибробластов мыши с помощью определенных факторов

.

Ячейка

.

2006

;

126

(

4

):

663

—

676

.139.

Assinck

P

,

Duncan

GJ

,

Hilton

BJ

,

Plemel

JR

,

Tetzlaff

W

.

Терапия трансплантацией клеток при повреждении спинного мозга

.

Nat Neurosci

.

2017

;

20

(

05

):

637

—

647

.140.

Bei

F

,

Lee

HHC

,

Liu

X

et al.

Восстановление зрительной функции за счет усиления проводимости в регенерированных аксонах

.

Ячейка

.

2016

;

164

(

1-2

):

219

—

232

.141.

Кан

LE

,

Zygman

ML

,

Rymer

WZ

,

Reinkensmeyer

DJ

.

Движение с помощью роботов способствует восстановлению движений рук при хроническом гемипаретическом инсульте: рандомизированное контролируемое пилотное исследование

.

J Neuroengineering Rehabil

.

2006

;

3

(

1

):

1

—

13

.142.

Breakspear

M

,

Stam

CJ

.

Динамика нейронной системы с многомасштабной архитектурой

.

Философия Trans R Soc Lond B Biol Sci

.

2005

;

360

(

1457

):

1051

—

1074

.143.

Womelsdorf

T

,

Schoffelen

J-M

,

Oostenveld

R

et al.

Модуляция взаимодействий нейронов посредством синхронизации нейронов

.

Наука

.

2007

;

316

(

5831

):

1609

—

1612

.144.

Brogaard

B

,

Gatzia

DE

.

Что нейробиология может рассказать нам о сложной проблеме сознания

?

Фронт Neurosci

.

2016

;

10

(

сентябрь

):

1

—

4

.145.

Hochberg

LR

,

Bacher

D

,

Jarosiewicz

B

et al.

Дотянуться и схватить людей с тетраплегией с помощью нейронно-управляемой роботизированной руки

.

Природа

.

2012

;

485

(

7398

):

372

—

375

.

КОММЕНТАРИЙ

В свете недавних разработок, предполагающих улучшение функционального восстановления после травм центральной нервной системы, этот своевременный обзор стремится установить микроскопические и макроскопические принципы, которые направляют восстановление ЦНС, на основе обзора последних данных. Целевая аудитория — нейрохирурги, заинтересованные в продвижении этой области. Авторы суммируют влияние различных «клеточно-молекулярных принципов», то есть факторов транскрипции, факторов внеклеточного матрикса и стволовых клеток, а также влияние различных «системно-схемных принципов» (макроскопических), таких как пластичность нейронов и мозг. -машинные интерфейсы по восстановлению ЦНС.Затем они утверждают, что лучший и необходимый подход к достижению функционального восстановления — это синергетическое объединение этих двух подходов разных масштабов. Эта точка зрения продемонстрирована исследованиями, которые эффективно выявили посттравматические нейронные связи, но не вернули нормальную функцию. Они описывают некоторые недавние данные, связывающие иммунотерапевтические и поведенческие вмешательства.

В заключение авторы делятся некоторыми идеями, которые помогут нейрохирургам, которые могут участвовать в разработке клинических испытаний в этой области, осознать современные взгляды.А именно, что клеточная регенерация не требует восстановления надлежащей функции на уровне контура, и что правильное сочетание и выбор времени микроскопических и макроскопических вмешательств, а также сознательное участие пациентов в их реабилитационных усилиях имеют центральное значение для их выздоровления.

Брэдли Лега

Даллас, Техас

Copyright © 2018 Конгресс неврологических хирургов

Регуляция гистона

в ЦНС: основные принципы эпигенетической пластичности

.