Выпуск 5-20, 2021
Обзорная статья
Механизмы нейропластичности и перспективы персонализированных стратегий реабилитации больных с двигательными и когнитивными нарушениями
1 Шагаева К.А., 2,3 Шагаев А.С.
1 Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова, Москва, Россия
2 Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова, Москва, Россия
3 Медицинский центр «ДОКТОРЪ», Пущино, Россия
РЕЗЮМЕ
ЦЕЛЬ. Выделить важнейшие направления исследований проблем реабилитации после инсульта и перспективы развития новых реабилитационных стратегий с учетом индивидуальных особенностей. Нейропластические исходы ишемических инфарктов презентированы мультипаттерными позитивными процессами синаптогенеза, спраутинга, синтеза нейропротективных белков, так и деструктивными эффектами стресс-пластичности, индуцирующих дистонические нарушения, ухудшением стабилометрических параметров и локомоторных механизмов походки с деградацией опоры [1]. Таким образом, нейрореабилитологи должны знать основы фундаментальных нейрофизиологических процессов в ЦНС, межполушарных сетей мозга, оптимизировать реабилитационные программы с учетом индивидуализированных профилей восстановления [2]. Одним из факторов, влияющих на восстановление после инсульта, является нервная реорганизация, пропорциональная объему повреждения [3]. Процессы нейропластичности изучаются с позиции возврата к доинсультной модели восстановления (при небольших повреждениях), формируя «оптимальную» пластичность, так и компенсаторных стратегий «деструктивной» пластичности (при обширных полушарных повреждениях). Малоизученной в нейропротективной реакции на церебральную ишемию является микро-РНК (миРНК). Другим важнейшим модулятором исходов инсульта является мозговой нейротрофический фактор (BDNF). Наибольший интерес представляет процессинг синтеза неполноценного BDNF при замене аминокислоты валин на метионин (вал-мет), возникающий при аллельных нарушениях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Перспективными направлениями исследований для стратегических подходов к реабилитации после инсульта являются изучение полушарной интродукции, миРНК и каскадов нейропротекции, BDNF как индуктора нейрональной дифференцировки. Аллельные полиморфизмы BDNF индуцируют более низкий восстановительный потенциал после инсульта. При определенных условиях среды двигательное обучение может преодолевать дефицит нейропластичности при полиморфизме гена BDNF. В исследованиях показаны общие закономерности положительных эффектов аэробных стимулов с усиленной секрецией BDNF при восстановлении больных с когнитивными и двигательными нарушениями, тем не менее при церебральном инсульте период начала, интенсивность, длительность, цикличность занятий не установлены. Вероятнее всего, исследования в будущем оптимизируют реабилитационные профили с учетом генетических особенностей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: физическая нагрузка, аэробные тренинги, восстановление, реабилитация, инсульт, нейропластичность, нейропротекция, полиморфизм генов, BDNF, Ми-РНК
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ: Авторы заявляют об отсутствии финансирования при проведении исследования
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ: Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Шагаева К.А., Шагаев А.С. Механизмы нейропластичности и перспективы персонализированных стратегий реабилитации больных с двигательными и когнитивными нарушениями. Вестник восстановительной медицины. 2021; 20 (5): 37-46. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2021-20-5-37-46
ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ:
Шагаев Артур Султанович, e-mail: Shagart@bk.ru
Список литературы:
- Попова Н.Ф., Шагаев А.С. Использование многоканальной программной электростимуляции для реабилитации больных рассеянным склерозом. Журнал неврологии и психиатрии им С.С. Корсакова. 2009; 109(7-2): 142-147.
- Иванова Г.Е., Белкин А.А., Беляев А.Ф., Бодрова Р.А., Буйлова Т.В., Мельникова Е.В., Мишина И.Е., Прокопенко С.В., Сарана А.М., Стаховская Л.В., Суворов А.Ю., Шамалов Н.А., Шмонин А.А., Хасанова Д.Р., Цыкунов М.Б. О подготовке кадров в области медицинской реабилитации. врач по физической и реабилитационной медицине. Вестник восстановительной медицины. 2017; 2(78): 4-5.
- Белова А.Н., Григорьева В.Н., Сушин В.О., Белова Е.М., Исраелян Ю.А., Шейко Г.Е. Анатомо-функциональные особенности кортикоспинальных трактов и их роль в восстановлении двигательных функций после повреждений головного мозга. Вестник восстановительной медицины. 2020; (1): 9-18.
- Coleman E.R., Moudgal R., Lang K., Hyacinth H.I., Awosika O.O., Kissela B.M., Feng W. Early Rehabilitation After Stroke: a Narrative Review. Journal Current Atherosclerosis Reports. 2017; 19(12): 59 p. https://doi.org/10.1007/s11883-017-0686-6
- Дамулин И.В, Екушева Е.В. Инсульт и нейропластичность. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014; 114(8): 105-110. https://doi.org/10.17116/jnevro2014114121136-142
- Dancause N., Nudo R.J. Shaping plasticity to enhance recovery after injury. Progress in Brain Research. 2011; (192): 273-295. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53355-5.00015-4
- Dancause N. Vicarious function of remote cortex following stroke: recent evidence from human and animal studies. The Neuroscientist. 2006; 12(6): 489-499. https://doi.org/10.1177/1073858406292782
- Murphy T.H., Corbett D. Plasticity during stroke recovery: from synapse to behaviour. Nature Reviews Neuroscience. 2009; 10(12): 861-872. https://doi.org/10.1038/nrn2735
- Бородулина И.В., Бадалов Н.Г., Мухина А.А., Гуща А.О. Оценка эффективности комплексного лечения с применением ритмической транскраниальной магнитной стимуляции и общих гидрогальванических ванн у пациентов с пояснично-крестцовой радикулопатией. Вестник восстановительной медицины. 2019; 1(89): 33-41.
- Белова А.Н., Шейко Г.Е., Шаклунова Н.В., Исраелян Ю.А. Медицинская реабилитация при детском церебральном параличе: применение Международной классификации функционирования, ограничений жизнедеятельности и здоровья детей и подростков. Вестник восстановительной медицины. 2019; 1(89): 2-9.
- Dijkhuizen R.M., Ren J., Mandeville J.B., Wu O., Ozdag F.M., Moskowitz M.A., Rosen B.R., Finklestein S.P. Functional magnetic resonance imaging of reorganization in rat brain after stroke. Highlights newsletter Procedining of the National Academy of Sciences USA . 2001; 98(22): 12766-71. https://doi.org/10.1073/pnas.231235598
- Cramer S.C. Repairing the human brain after stroke: I. Mechanisms of spontaneous recovery. Annals of Neurology . 2008; 63(3): 272-287. https://doi.org/10.1002/ana.21393
- Schwerin S., Dewald J.P., Haztl M., Jovanovich S., Nickeas M., MacKinnon C. Ipsilateral versus contralateral cortical motor projections to a shoulder adductor in chronic hemiparetic stroke: implications for the expression of arm synergies. Experimental Brain Research. 2008; 185(3): 509-519. https://doi.org/10.1007/s00221-007-1169-8
- Jorgensen H.S., Nakayama H., Raaschou H.O., Vive-Larsen J., Stoier M., Olsen T.S. Outcome and time course of recovery in stroke. Part II: time course of recovery. The Copenhagen stroke study. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 1995; 76(5): 406-412 https://doi.org/10.1016/S0003-9993(95)80568-0
- Johnston M.V. Plasticity in the developing brain: implications for rehabilitation. Developmental Disabilities Research Reviews. Special Issue: Acquired Central Nervous System Injuries. Wiley online library. 2009; 15(2): 94-101. https://doi.org/10.1002/ddrr.64
- Hosp J.A., Luft A.R. Cortical plasticity during motor learning and recovery after ischemic stroke. Neural Plasticity. 2011; (2011): 871296. https://doi.org/10.1155/2011/871296
- Flor H. Maladaptive plasticity, memory for pain and phantom limb pain: review and suggestions for new therapies. Expert Review of Neurotherapeutics. 2008; 8(5): 809-818. https://doi.org/10.1586/14737175.8.5.809
- Quartarone A., Siebner H.R., Rothwell J.C. Task-specific hand dystonia: can too much plasticity be bad for you? Journal Trends in Neurosciences. 2006; 29(4): 192-199. https://doi.org/10.1016/j.tins.2006.02.007
- Kerr A.L., Cheng S.Y., Jones T.A. Experience-dependent neural plasticity in the adult damaged brain. Journal of Communication Disorders. 2011; 44(5): 538-548. https://doi.org/10.1016/j.jcomdis.2011.04.011
- Rijntjes M. Mechanisms of recovery in stroke patients with hemiparesis or aphasia: new insights, old questions and the meaning of therapies. Journal Current Opinion in Neurology. 2006; 19(1): 76-83. https://doi.org/10.1097/01.wco.0000203886.28068.38
- Takeuchi N., Tada T., Chuma T., Matsuo Y., Ikoma K. Disinhibition of the premotor cortex contributes to a maladaptive change in the affected hand after stroke. Stroke. 2007; 38(5): 1551-1556. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.106.470187
- Kim J.M., Stewart R., Park M.S., Kang H.J., Kim S.W., Shin I.S. et al. Associations of BDNF genotype and promoter methylation with acute and long-term stroke outcomes in an East Asian cohort. Plos One. 2012; 7(12): e51280. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0051280
- Levin M.F., Kleim J.A., Wolf S.L. What do motor “recovery” and “compensation” mean in patients following stroke? Neurorehabilitation and Neural Repair. 2009; 23(4): 313-319. https://doi.org/10.1177/1545968308328727
- Гусев Е.И., Гехт А.Б., Боголепова А.Н., Алферова В.В. Принципы реабилитации и фармакотерапии больных и инсультом в восстановительном периоде. Всероссийский съезд неврологов, 8-й: материалы. Казань 2001: 220 c.
- Батышева Т.Т. Система медицинской реабилитации двигательных нарушений у неврологических больных в амбулаторных условиях: дисс...д.м.н. Москва. 2005: 32-33.
- Детский церебральный паралич ( ДЦП). Клинические рекомендации. Вестник восстановительной медицины. 2017; 3(79): 91-114.
- Laurin, D., Verreault R., Lindsay J., MacPherson K., Rockwood K. Physical activity and risk of cognitive impairment and dementia in elderly persons. JAMA. 2001; 58(3): 498-504. https://doi.org/10.1001/archneur.58.3.498
- Roby-Brami A., Feydy A., Combeaud M., Biryukova E.V., Bussel B., Levin M.F. Motor compensation and recovery for reaching in stroke patients. Acta Neurologica Scandinavica. 2003; 107(5): 369-381. https://doi.org/10.1034/j.1600-0404.2003.00021.x
- Warraich Z., Kleim J.A. Neural plasticity: the biological substrate for neurorehabilitation. PM&R: The Journal of Injury, Function and Rehabilitation. 2010; (2): 208-219. https://doi.org/10.1016/j.pmrj.2010.10.016
- Black I.B. Trophic regulation of synaptic plasticity. Journal of Neurobiology. 1999; 41(1): 108-118. https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4695(199910)41:1<108::aid-neu14>3.0.co;2-u
- Poo M.M. Neurotrophins as synaptic modulators. Nature Reviews Neuroscience. 2001; 2(1): 24-32. https://doi.org/10.1038/35049004
- Simon R.P, Meller R., Zhou A., Henshall D. Can genes modify stroke outcome and by what mechanisms? Stroke. 2012; 43(1): 286-91. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.111.622225
- Stapels M., Piper C., Yang T., Li M., Stowell C., Xiong Z.G., Saugstad J., Simon R.P., Geromanos S., Langridge J., Lan J.Q., Zhou A. Polycomb group proteins as epigenetic mediators of neuroprotection in ischemic tolerance. Science Signaling. 2010; 3(111): 15 p. https://doi.org/10.1126/scisignal.2000502
- Yasui D.H., Peddada S., Bieda M.C., Vallero R.O., Hogart A., Nagarajan R.P., Thatcher K.N., Farnham P.J., Lasalle J.M. Integrated epigenomic analyses of neuronal MeCP2 reveal a role for long-range interaction with active genes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007; 104(49): 19416-19421. https://doi.org/10.1073/pnas.0707442104
- Mang C.S., Campbell K.L., Ross C.J., Boyd L.A. Promoting neuroplasticity for motor rehabilitation after stroke: considering the effects of aerobic exercise and genetic variation on brain-derived neurotrophic factor. Physical Therapy. 2013; 93(12): 1707-1716. https://doi.org/10.2522/ptj.20130053
- Gorski J.A., Zeiler S.R., Tamowski S., Jones K.R. Brain-derived neurotrophic factor is required for the maintenance of cortical dendrites. The Journal of Neuroscience. 2003; 23(17): 6856-6865. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-17-06856.2003
- Lu B. BDNF and activity-dependent synaptic modulation. Learning&Memory. 2003; 10(2): 86-98. https://doi.org/10.1101/lm.54603
- Ernfors P., Ibáñez C.F., Ebendal T., Olson L., Persson H. Molecular cloning and neurotrophic activities of a protein with structural similarities to nerve growth factor: developmental and topographical expression in the brain. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1990; 87(14): 5454-5458. https://doi.org/10.1073/pnas.87.14.5454
- Hohn A., Leibrock J., Bailey K., Barde Y.A. Identification and characterization of a novel member of the nerve growth factor/brain-derived neurotrophic factor family. Nature. 1990; 344(6264): 339-341. https://doi.org/10.1038/344339a0
- Lu B., Pang P.T., Woo N.H. The yin and yang of neurotrophin action. Nature Reviews Neuroscience. 2005; 6(8): 603-614. https://doi.org/10.1038/nrn1726
- Hariri A.R., Goldberg T.E., Mattay V.S., Kolachana B.S., Callicott J.H., Egan M.F.,Weinberger D.R. Brain-derived neurotrophic factor val66met polymorphism affects human memory-related hippocampal activity and predicts memory performance. The Journal of Neuroscience. 2003; (23): 6690-6694. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.23-17-06690.2003
- Xu B., Zang K., Ruff N.L., Zhang Y.A., McConnell S.K., Stryker M.P., Reichardt L.F. Cortical degeneration in the absence of neurotrophin signaling: dendritic retraction and neuronal loss after removal of the receptor TrkB. Neuron. 2000; 26(1): 233-245. https://doi.org/10.1016/s0896-6273(00)81153-8
- Chen Z.Y., Patel P.D., Sant G., Meng C.X., Teng K.K., Hempstead B.L., Lee F.S. Variant brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (Met66) alters the intracellular trafficking and activity-dependent secretion of wild-type BDNF in neurosecretory cells and cortical neurons. The Journal of Neuroscience. 2004; 24(18): 4401-4411. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0348-04.2004
- Mirowska-Guzel D., Gromadzka G., Czlonkowski A., Czlonkowska A. BDNF -270 C>T polymorphisms might be associated with stroke type and BDNF -196 G>A corresponds to early neurological deficit in hemorrhagic stroke. Journal of Neuroimmunology. 2012; (249): 71-75. https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2012.04.011
- Siironen J., Juvela S., Kanarek K., Vilkki J., Hernesniemi J., Lappalainen J. The Met allele of the BDNF Val66Met polymorphism predicts poor outcome among survivors of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Stroke. 2007; (38): 2858-2860. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.107.485441
- Knaepen K., Goekint M., Heyman E. M., Meeusen R. Neuroplasticity – exercise-induced response of peripheral brain-derived neurotrophic factor: a systematic review of experimental studies in human subjects. Sports Medicine. 2010; 40(9): 765-801. https://doi.org/10.2165/11534530-000000000-00000
- Pezawas L., Verchinski B.A., Mattay V.S., Callicott J.H., Kolachana B.S., Straub R.E., Egan M.F., Meyer-Lindenberg A., Weinberger D.R. The brain-derived neurotrophic factor val66met polymorphism and variation in human cortical morphology. JNeurosci. 2004; 24(45): 10099-10102. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2680-04.2004
- Vaynman S., Ying Z., Gomez-Pinilla F. Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition. European Journal of Neuroscience. 2004; (20): 2580-2590. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2004.03720.x
- Egan M.F., Kojima M., Callicott J.H., Goldberg T.E., Kolachana B.S., Bertolino A., Zaitsev E., Gold B., Goldman D., Dean M., Lu B., Weinberger D.R. The BDNF val66met polymorphism affects activity-dependent secretion of BDNF and human memory and hippocampal function. Cell. 2003; 112(2): 257-269. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00035-7
- Ho B., Milev P., O’Leary D.S., Librant A., Andreasen N.C., Wassink T.H. Cognitive and magnetic resonance imaging brain morphometric correlates of brain-derived neurotrophic factor Val66Met gene polymorphism in patients with schizophrenia and healthy volunteers. JAMA. 2006; (63): 731-740. https://doi.org/10.1001/archpsyc.63.7.731
- Erickson K.I., Miller D.L., Roecklein K.A. The aging hippocampus: Interactions between exercise, depression, and BDNF. The Neuroscientist. 2012; 18(1): 82-97. https://doi.org/10.1177/1073858410397054
- Nagel I.E., Chicherio C., Li S.C., von Oertzen T., Sander T., Villringer A., Heekeren H.R., Bäckman L., Lindenberger U. Human aging magnifies genetic effects on executive functioning and working memory. Frontiers in Human Neuroscience. 2008; (2): 1 p. https://doi.org/10.3389/neuro.09.001.2008
- Kluding P.M., Tseng B.Y., Billinger S.A. Exercise and executive function in individuals with chronic stroke: a pilot study. Journal of Neurologic Physical Therapy. 2011; 35(1): 11-17. https://doi.org/10.1097/NPT.0b013e318208ee6c
- Lambourne K., Tomporowski P. The effect of exercise-induced arousal on cognitive task performance: a meta-regression analysis. Brain Research. 2010; (1341): 12-24. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2010.03.091
- Rasmussen P., Brassard P., Adser H., Pedersen MV., Leick L., Hart E., Secher N.H., Pedersen B.K., Pilegaard H. Evidence for a release of brain-derived neurotrophic factor from the brain during exercise. Experimental Physiology. 2009; 94(10): 1062-1069. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2009.048512
- Cotman C.W., Berchtold N.C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Cell. 2002; (25): 295-301. https://doi.org/10.1016/S0166-2236(02)02143-4
- Cotman C.W., Berchtold N.C., Christie L.A. Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation. Cell. 2007; (30): 464-472. https://doi.org/10.1016/j.tins.2007.06.011
- Kleim J.A., Cooper N.R., VandenBerg P.M. Exercise induces angiogenesis but does not alter movement representations within rat motor cortex. Brain Research. 2002; (934): 1-6. https://doi.org/10.1016/S0006-8993(02)02239-4
- Ivey F.M., Hafer-Macko C.E., Macko R.F. Exercise rehabilitation after stroke. Neurotherapeutics. 2006; 3(4): 439-450. https://doi.org/10.1016/j.nurx.2006.07.011
- Studenski S., Duncan P.W., Perera S., Reker D., Lai S.M., Richards L. Daily functioning and quality of life in a randomized controlled trial of exercise therapy in subacute stroke survivors. Stroke. 2005; 36(8): 1764-1770. https://doi.org/10.1161/01.STR.0000174192.87887.70
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
©
Эта статья открытого доступа по лицензии CC BY 4.0. Издательство: ФГБУ «НМИЦ РК» Минздрава России.