СТРУКТУРНО – ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕТСКИХ ЦЕРЕБРАЛЬНЫХ ПАРАЛИЧЕЙ. 1 страница

Движения человека развиваются в онтогенезе на протяжении довольно длительного времени и проходят ряд последовательных этапов, начиная от рефлекторных движений новорожденного до координированной произвольной двигательной активности, которая может совершенствоваться, не ограничиваясь какими-либо пределами. Мастерство танцора, меткость стрелка, скорость бегуна, прыгучесть спортсмена, виртуозная игра пианиста — примеры огромных потенциальных резервов развития двигательных функций.
Последовательность формирования движений и позы человека определяется генетической программой развития, однако сроки и темпы их становления в большой степени зависят от воздействия средовых факторов, прежде всего от целенаправленной тренировки функций. Особенно это касается высоко дифференцированных движений, таких, как письмо, шитье, игра на музыкальных инструментах и т. п. Афферентная стимуляция ускоряет развитие двигательного анализатора. Установлено, например, что систематическая тренировка вестибулярного аппарата в первые месяцы жизни способствует более раннему освоению навыков сидения, стояния, ходьбы. Дефицит сенсорных, тактильных, зрительных, слуховых и комплексных обстановочных раздражителей приводит к задержке развития нервно-психических функций ребенка. Созревание центральной нервной системы, заключающееся в постепенном переходе от филогенетически древних уровней регуляции к эволюционно более молодым и совершенным, составляет основу развития движений человека. Поэтапно функции нервной системы усложняются, возрастает степень морфофункциональной дифференциации нервных клеток. Но на каждом этапе развития для максимального обеспечения определенного филогенетического уровня регуляции созревают и другие структуры нервной системы, главным образом те, которые участвуют в реализации функций, имеющих наибольшее приспособительное значение для организма в данный момент. Условно можно разграничить несколько горизонтальных уровней интеграции движений, между которыми существуют отношения относительного подчинения низших уровней более высоким,— спинальный — стволовый — подкорковый — корковый (рис.1). Эти отношения сложились в процессе филогенеза. Развитие нервной системы у млекопитающих в ходе эволюции шло по пути постепенной цефализации, то есть доминирования головных отделов над спинальными. Высшим отделом центральной нервной системы является кора большого мозга, достигающая наибольшей сложности у человека.
В коре осуществляется сложная аналитико-синтетическая деятельность по переработке информации, поступающей от различных функциональных систем всего организма, образование связей, позволяющих закрепить индивидуальный опыт. Регуляция функциональной активности различных отделов центральной нервной системы возможна также благодаря функционированию неспецифических структур мозга, прежде всего ретикулярной формации. В ретикулярную формацию отходят коллатерали от всех специализированных афферентных проводников. В результате она может оказывать активизирующее влияние на различные центры, вплоть до коры большого мозга.
Несмотря на иерархическую структуру нервной системы, функционирование ее различных отделов неразделимо. Даже для выполнения простых движений необходимо взаимодействие многих сложных автоматических систем нервной регуляции и управления. Любая реакция — это результат сложной переработки информации, координированного участия различных интегративных уровней. Между вышележащими и нижележащими отделами нервной системы постоянно циркулируют импульсы, благодаря которым производимое действие сличается с запланированным и корригируется. Обратная связь обеспечивает саморегуляцию системы при отклонениях ее в ту или другую сторону от заданной программы. В коре большого мозга анализируются и синтезируются сигналы, уже в значительной степени обработанные в нижележащих центрах.
Сложность процессов управления движениями и их регуляции можно продемонстрировать следующим примером. Ребенок услышал звук погремушки, повернул голову в сторону звука, увидел погремушку и потянулся к ней рукой. В осуществлении этой элементарной реакции принимают участие мезэнцефальные центры слуха и зрения, зрительный бугор, кора большого мозга. Для этого необходимы не только связи между слуховыми и зрительными центрами, но и сложный комплекс рефлекторных актов, обеспечивающих сочетанный поворот головы и содружественное движение глазных яблок, перераспределение тонуса мышц шеи и всего тела, а изменение позы требует, в свою очередь, активации систем, обеспечивающих реакции равновесия. Но вот ребенок берет игрушку рукой. Для успешного выполнения этого движения недостаточно одной системы иннервации произвольного двигательного акта, необходимы также оценка расстояния до предмета, соотнесенность мышечного усилия и расстояния, чувство положения руки в пространстве, что в совокупности обеспечивает точное попадание руки на предмет. В целом последовательность поступающей в нервную систему информации и реализацию решения в виде конкретного действия можно условно расчленить на ряд этапов.
Рецепторный и эффекторный уровни представлены рецепторным аппаратом и мышцей. На рецепторном уровне энергия раздражителя трансформируется в специфическую энергию нервного импульса, характерного для определенной афферентной системы. На эффекторном уровне эфферентный нервный сигнал перерабатывается в энергию мышечного сокращения.
Исчерченная мышечная ткань различается в зависимости от соотношения типов составляющих ее волокон. Мышечные волокна подразделяются по функционально-метаболическому признаку на два типа. Волокна I типа (медленные фазные) способны к продолжительному изометрическому сокращению и служат для поддержания позы. Они обильно снабжены капиллярами («красные волокна»). Волокна II типа (быстрые фазные), участвуя в произвольной двигательной активности, обеспечивают сильные и быстрые, но не длительные сокращения, при продолжительной работе быстро утомляются. В отличие от волокон I типа, они менее снабжены капиллярами («белые волокна»). Разделение мышечных волокон на быстрые и медленные основано на различной активности окислительных ферментов: в быстрых волокнах активность гликолитических ферментов и содержание гликогена выше, чем в медленных. Волокна I типа в онтогенезе дифференцируются и развиваются раньше, чем волокна II типа. Соотношение волокон I и II типа варьирует в различных мышцах. Помимо фазных волокон, в мышце имеются тонические волокна, отличающиеся от первых внутриклеточной организацией. Мышцы, удерживающие туловище в вертикальном положении и противодействующие силе земного притяжения, содержат преимущественно волокна I типа и называются поддерживающими, или тоническими. Мышцы, осуществляющие произвольные движения и не несущие выраженной антигравитационной функции, называются фазными. Они состоят преимущественно из волокон II типа. Дифференцировка мышечных волокон по функции и, соответственно, по строению определяется нейротрофическим влиянием а-мотонейронов спинного мозга, которые соответственно также подразделяются на быстрые, или фазические (а-большие нейроны), и медленные, или тонические (а-малые нейроны). Количество медленных и быстрых волокон в мышцах колеблется в зависимости от характера выполняемой работы, пола, возраста, индивидуальных особенностей двигательной системы человека.
Кроме рабочих исчерченных (экстрафузальных) волокон каждая скелетная мышца содержит веретенообразные волокна, называемые мышечными веретенами. Мышечные веретена, образуемые интрафузальными волокнами, снабжены спиралевидными окончаниями афферентных чувствительных нервных волокон, реагирующими на растяжение мышцы. Удлинение мышечного веретена вызывает их возбуждение. В сухожилиях мышц, расположен другой вид рецепторов — рецепторы Гольджи, которые возбуждаются при сильном напряжении сухожилия.
Рецепторный аппарат является основным источником афферентации для следующего интегративного уровня — сегментарного. Под сегментарным уровнем подразумевается не только сегмент спинного мозга, но и сегментарные стволовые комплексы, состоящие из чувствительных и двигательных ядер черепных нервов. Сегмент обладает собственными средствами приема и переработки информации, поступающей от рецепторов, а также аппаратом, вырабатывающим эфферентный импульс к мышце. На спинальном сегментарном уровне осуществляется так называемый собственный рефлекс скелетных мышц, или рефлекс на растяжение. Изменение длины скелетной мышцы сопровождается растяжением мышечного веретена, что возбуждает расположенные в нем рецепторы. Через чувствительные 1а-волока возбуждение поступает в спинной мозг к а-клеткам передних рогов. При их активации увеличивается степень сокращения мышцы и нивелируется удлинение мышечного веретена. Благодаря описанному механизму поддерживается постоянная длина мышцы при нагрузке. Сухожильные рефлексы, вызываемые постукиванием молоточком по сухожилию мышцы (например, коленный рефлекс, ахиллов рефлекс), являются наглядным примером рефлекса на растяжение или собственного рефлекса скелетной мышцы.
Однако сокращение мышцы, активированное возбуждением а-мотонейронов спинного мозга, не может продолжаться беспредельно. Чрезмерное сокращение ведет к повреждению или даже разрыву мышцы и сухожилия. При напряжении мышц возбуждается аппарат Гольджи сухожилия и через тормозящие 1в-волокна и интернейроны рефлекторно тормозит клетки переднего рога, иннервирующие соответствующую мышцу. Таким образом, каждая а-клетка переднего рога и каждое мышечное волокно находятся под стимулирующим и тормозящим влиянием двух вышеописанных механизмов, действующих на сегментарном уровне и поддерживающих мышечный тонус в определенных пределах (рис.2а;рис.2б).
Модифицирующее влияние на рефлекс растяжения мышц оказывают Y-мотонейроны спинного мозга, волокна от которых (тонкие 1у - волокна) заканчиваются на мышечных веретенах. Импульсы от Y-нейронов поддерживают определенную степень напряжения веретен. При перегрузке сегментарного рефлекторного аппарата Y-нейрон снижает чувствительность веретена и уменьшает афферентную импульсацию; при дефиците внутрисегментарной импульсации Y-нейрон повышает возбудимость веретена и увеличивает приток афферентных сигналов. Таким образом, Y-нейрон непосредственно не вызывает мышечного сокращения, но обеспечивает на периферическом отрезке двигательных путей систему саморегуляции с обратной афферентацией, замыкающей кольцо рефлексов, которые поддерживают мышечный тонус. При недостаточности . центральных регулирующих импульсов к Y-нейрону, передающихся через ретикулярно-спинномозговой путь, Y-влияния оказываются
чрезмерно сильными, что проявляется повышением степени напряжения мышц. Это растормаживанис Y-системы лежит в основе повышения мышечного тонуса (рис .3).
На уровне спинного мозга осуществляется также реципрокное торможение мышц с помощью автоматического сегментарного механизма, обнаруженного С. Sherrington (1913) в экспериментах с перерезкой различных уровней ствола мозга. При нанесении болевых раздражений на разогнутую конечность развивается флексорный ответ — так называемый защитный рефлекс. С. Sherrington показал, что эта реакция обусловлена одновременным возбуждением мышц-агонистов и торможением антагонистов. Автор назвал обнаруженный им феномен реципрокным торможением. Однако в норме реципрокные взаимоотношения мышц гораздо сложнее простого реципрокного торможения. Последнее модифицируется центральными влияниями, исходящими из ствола мозга, среднего мозга, мозжечка, коры большого мозга и передающимися по нисходящим путям к интернейронам и а-мотонейронам спинного мозга.
В стволе мозга представлен более высокий уровень интеграции двигательных функций, обеспечивающий, главным образом, поддержание позы. R. Magnus и A. De Klein (1926) на децеребрированных животных показали, что на уровне ствола мозга замыкаются так называемые тонические рефлексы, направленные на поддержание позы, стабилизируя тело при изменении центра тяжести. Периферические рецепторы этих рефлексов расположены в полуокружных каналах и отолитовом органе лабиринтов внутреннего уха (лабиринтный тонический рефлекс), в мышцах и суставах шеи (шейные тонические рефлексы). Рецепторы реагируют на изменение положения головы и шеи в пространстве и по отношению к туловищу, приводя к тоническому напряжению мышц, главным
образом противодействующих силе земного притяжения. И лабиринтный, и шейные тонические рефлексы воздействуют на мышцы конечностей посредством нисходящих преддверно-спинномозговых влияний на интернейроны и а-малые нейроны спинного мозга. Влияния, исходящие из ствола мозга, модифицируют спинальные рефлексы. Реципрокное торможение превращается в реципрокную иннервацию, которая, однако, на этом уровне регуляции еще крайне примитивна. Она направлена на стабилизацию позы, так как поддерживает ригидность, а точнее, чрезмерную спастичность мышц сгибателей и разгибателей в опорных конечностях. G. Riddoch и Е. Buzzard (1921) назвали это явление коконтракцией. В его основе лежит относительно автономная функция вестибулярной системы и сегментарного аппарата спинного мозга. Децеребрированное животное может стоять только в фиксированном положении, падая при любом внешнем воздействии; способность к восстановлению позы отсутствует. Таким образом, стволовые тонические рефлексы — это проявление филогенетически наиболее древнего типа контроля позы.
У ребенка тонические шейные и лабиринтный рефлексы отчетливо проявляются в первые месяцы жизни, когда развитие моторики еще контролируется на мезэнцефальном уровне. В более старшем возрасте латеральное вестибулярное ядро (ядро Дейтерса), расположенное в мозговом стволе, находится под контролем коры, базальных ганглиев, мозжечка, поэтому тонические рефлексы в чистом виде тормозятся, но включаются в более сложные механизмы статических и локомоторных реакций (реакций выпрямления и равновесия), присутствуя в каждой позе, в каждом движении. У взрослых тонические рефлексы можно выявить с помощью электромиографии в виде изменения поддерживающего мышечного тонуса при отклонениях головы и шеи в пространстве и по отношению к туловищу. При детских церебральных параличах эти рефлексы сохраняются в течение длительного времени, активизируются, задерживая формирование возрастных двигательных навыков и приводя к патологическим позотоническим установкам.
В ходе эволюции сегментарный аппарат спинного мозга и ствола постепенно утратил свое значение как центр выработки эфферентного ответа, став на более поздних этапах филогенеза пунктом перекодирования поступающей от рецепторов информации и конечным эфферентным звеном, реализующим супрасегментарные команды, исходящие из коры большого мозга, подкорковых образований, мозжечка.
На всех уровнях ЦНС перерабатывается афферентная информация, благодаря которой поддерживается функциональная активность нервной системы в целом.
Многократное перекодирование афферентных импульсов на пути их к коре большого мозга обеспечивает поэтапный отсев сигналов, не имеющих решающего значения для организма в целом и подлежащих обработке на докортикальных уровнях интеграции. Многоканальное поступление афферентных импульсов к коре от различных органов чувств обеспечивает объективную оценку информации.
Афферентные пути двигательного анализатора представлены в основном путями глубокой мышечной чувствительности, сигнализирующей о состоянии суставов и мышц, положении сегментов движущейся конечности и тех пространственных координатах, в которых это движение совершается. По типу основной афферентации двигательный анализатор часто называют кинестетическим.
Основное ядро коркового представительства двигательного анализатора располагается в полях 4 и 6 прецентральной области коры большого мозга, полях 1, 2, 3 постцентральной области, поле 5 верхней теменной области. Однако структуры двигательного анализатора в головном мозге представлены более широко. Сосуществуя рядом с другими анализаторами во многих отделах коры большого мозга, двигательный анализатор как бы служит аппаратом интеграции результатов деятельности всей коры большого мозга и превращения ее в двигательные импульсы (А. С. Батуев, 1970; Л. Н. Кукуев, 1986). Поэтому любое произвольное движение, а тем более предметное действие опираются на совместную работу самых различных отделов коры большого мозга и всего мозга в целом. В системе коркового отдела двигательного анализатора осуществляется афферентный синтез, обеспечение нужного тонуса мышц, без которого никакое координированное движение невозможно, а также подчинение движения и действия соответствующим намерениям.
Лобные доли, а точнее, префронтальные отделы мозга имеют отношение к наиболее высокоинтегрированным формам целенаправленной деятельности осмысленного характера. Эти высшие центры управления двигательными актами обеспечивают подбор и последовательное включение сложившихся двигательных автоматизмов соответственно планам, способствуют созданию программы выполнения двигательных актов и осуществляют как регуляцию движений, так и контроль над ними, без чего невозможен организованный, осмысленный характер действий (Н. А. Бернштейн, 1966). Высшим центрам подчиняются все эфферентные системы нижележащих интегративных уровней, ритм работы и активность которых зависят от нисходящих корковых влияний.
В условиях нормальной деятельности нервной системы в целом эфферентные сигналы проходят сверху вниз по всем этапам от проекционной моторной зоны через подкорковые эфферентные структуры и мозжечок, сегментарный двигательный аппарат, последовательно перекодируясь на каждом интегративном уровне.
Передний корково-спинномозговой (пирамидный) путь передает непосредственные влияния коры большого мозга на сегментарный аппарат спинного мозга. В настоящее время показано, что только небольшая часть волокон в составе пирамидного пути берет начало от гигантских пирамидных клеток Беца, т. е. является истинно пирамидными волокнами. Они, по данным V. Broks и S. Stoney (1971), составляют всего 3 %, а по данным К. Zulch (1978),—около 20% (рис.4). Остальные так называемые пирамидные волокна начинаются из других корковых полей (1, 2, За, 36, 5, 7, 8, 19, 22) и находятся в тесной взаимосвязи с корковыми отделами других анализаторов, представляя их двигательный аппарат (И. Н. Филимонов 1949; Л. А. Кукуев, 1968). Значительная часть волокон пирамидного пути участвует в замыкании кольцевых обратных связей с подкорковыми ядрами и мозжечком, осуществляя таким образом тесную взаимосвязь с экстрапирамидной системой (Р. Гранит, 1973; С. Б. Дзугаева, 1975; V. Broks, S. Stoney, 1971).
Через пирамидный путь опосредуются корковые влияния, регулирующие позу и произвольные движения. Около 85 % его волокон заканчивается на спинальных интернейронах, нормализуя отношения реципрокности между агонистами и антагонистами и уменьшая преобладание флексоров, которое наблюдается при отсутствии супраспинального контроля. Уменьшение сгибательной активности является одним из механизмов поддержания позы. Остальные 15 % волокон моносинаптически достигают а-мотонейронов и Y-нейронов спинного мозга, оказывая на них и тормозящее, и возбуждающее влияние. Эти волокна способствуют быстрому включению движения,
регулируют его соразмерность, силу и мышечный тонус.
В соответствии с основными функциями в составе волокон пирамидного пути различают: а) толстые, быстро проводящие волокна, обеспечивающие быстрые двигательные реакции; б) тонкие, медленно проводящие волокна, обеспечивающие тоническую регуляцию произвольных движений.
В связи с тем что пирамидная система имеет многообразные связи с другими двигательными образованиями, в частности с экстрапирамидной системой, многие исследователи полагают, что при поражениях пирамидного пути наблюдаются сочетанные пирамидно-экстрапирамидные расстройства. Эта точка зрения подтверждается экспериментальными данными, показавшими, что перерезка истинных пирамидных волокон, идущих от клеток Беца, приводит к незначительному нарушению двигательных функций в виде изменения (чаще снижения) мышечного тонуса и расстройства тонких движений кисти (М. Hepp-Reymond и соавт,, 1974). По данным D. Denny-Brown и соавторов (1974), чисто пирамидные параличи носят вялый, а не спастический характер.
У человека локальное выпадение функции истинных пирамидных волокон практически не встречается. При поражении так называемого пирамидного пути мышечный тонус повышается вследствие растормаживания спинального рефлекса на растяжение и преобладания влияний преддверно-спинномозгового пути; поэтому характерно преимущественное повышение флексорного тонуса в руках и экстензорного — в ногах. Произвольные движения в большей степени нарушаются в дистальных отделах конечностей. При поражении пирамидного пути часто наблюдаются содружественные движения — синкинезии. Н. Hufschmidt (1961) полагает, что их возникновение связано с переключением в момент произвольного движения части импульсов на Y-мотонейроны, чем объясняется тонический и чаще всего глобальный, массивный характер синкинезии.
Контроль за позой и регуляцией движений осуществляется также экстрапирамидной системой, включающей структуры коры большого мозга, подкорковые ганглии, мозжечок, ретикулярную формацию мозга, нисходящие и восходящие проводящие пути. Экстрапирамидная система представлена в коре широкой зоной, примыкающей к передней и задней центральным извилинам, а также дополнительными мотосенсорными и сенсомоторными полями. Многочисленные нисходящие и восходящие связи с нижележащими подкорковыми структурами образуют кольцевые системы, благодаря которым движения постоянно корректируются (рис.5). Экстрапирамидная система поддерживает на определенном уровне мышечный тонус, который, с одной стороны, достаточен для удержания позы, с другой — не ограничивает произвольные движения.
Стриопаллидарная система— важнейший инструмент двигательных автоматизмов, которые у взрослого человека целенаправленно подбираются и реализуются высшими корковыми центрами праксиса. Эта система получает афферентные импульсы от зрительного бугра, мозжечка, ретикулярной формации ствола мозга, коры большого мозга. Импульсы к сегментарному двигательному аппарату доставляются в основном преддверно-спинномозговым, ретикулярно-спинномозговым, покрышечно-спинно-мозговым и красноядерно-спинно-мозговым путями. Вместе с эфферентными путями афферентные сигналы создают множественные кольца обратных связей с непрерывным потоком информирующих и корригирующих сигналов.
Стриопаллидарная система обеспечивает механизмы, регулирующие последовательность, силу и длительность мышечных сокращений и регламентирующие выбор необходимых мышц. Система полосатого тела филогенетически и онтогенетически моложе паллидарной системы. У человека первая формируется к концу внутриутробного периода и несколько позже, чем вторая. Миелинизация путей полосатого тела заканчивается к 5— 6-му месяцу жизни, поэтому в первые месяцы после рождения бледный шар (globus pallidum) играет роль высшего моторного органа. Моторика детей первых 2 мес жизни носит паллидарный характер (чрезмерные, массивные, энергетически расточительные движения). Полосатое тело обеспечивает более четкие, точные, энергетически экономичные движения.
Процесс обучения какому-либо движению, направленный на автоматизацию двигательного акта, осуществляется в две фазы. Первую условно называют паллидарной. В этой фазе агонисты и антагонисты часто возбуждаются одновременно, включаются многие синергисты, все опорные мышцы находятся в напряжении. ЭМГ свидетельствует о широкой генерализации мышечной активности. По мере отработки двигательных образцов первая фаза сменяется второй — автоматизацией движения. Активный период работающей мышцы укорачивается, напряжение исчезает быстрее, уменьшается число синергистов, участвующих в движении. Постепенно формируется энергетически рациональный, максимально эффективный способ движения, который обеспечивается преобладанием системы полосатого тела.
У человека стриопаллидарная система подчиняется коре большого мозга. В процессе эволюции в коре переднего мозга формируется высший аппарат, координирующий функцию пирамидной и экстрапирамидной систем. Нисходящие волокна из экстрапирамидной области коры заканчиваются на а- и Y-нейронах спинного мозга, осуществляя их торможение или возбуждение в зависимости от длины мышцы и степени ее напряжения. При выключении нисходящих экстрапирамидных влияний возникает мышечная гипертония вследствие растормаживания сегментарного рефлекса мышц на растяжение.
Нарушение циркуляции импульсов внутри самой экстрапирамидной системы также приводит к патологии мышечного тонуса и движений. Известно, что полосатое тело не только оказывает тормозящее влияние на бледный шар, но и контролирует двигательную область коры большого мозга. Оно препятствует возникновению движений в ответ на любые афферентные стимулы, проходящие в кору. Возбуждающее действие на корковые двигательные центры оказывает внутренний сегмент бледного шара, находящийся под ингибирующим контролем наружного сегмента бледного шара, полосатого тела и черного вещества. Дискоординация деятельности этих систем приводит к избыточным или недостаточным движениям, повышению или снижению мышечного тонуса. При этом взаимоотношения между тонусом и произвольными движениями реципрокные: гиперкинезы сосуществуют с мышечной гипотонией, а гипокинезия — с высоким мышечным тонусом.
Важную роль в регуляции поддерживающего мышечного тонуса и позы играет ретикулярная формация ствола мозга, осуществляющая конечный этап переработки эфферентных сигналов, идущих из коры большого мозга и подкорковых образований. На основе получаемой информации ретикулярная формация модифицирует примитивные тонические рефлексы, включая их в каждое движение и позу. В ретикулярной формации обнаружены тормозящие и возбуждающие зоны, которые через ретикулярно-спинномозговой путь соответственно по-разному действуют на Y-нейроны спинного мозга. Облегчающие и тормозящие влияния находятся в реципрокных взаимоотношениях. Импульсы, передающиеся от ретикулярной формации по медиальному ретикулярно-спинномозговому пути, активируют разгибатели и тормозят сгибатели. Обратное действие по отношению к сгибателям и разгибателям опосредовано латеральным ретикулярно-спинномозговым путем (I. Sprague, W. Chambers, 1954). Нарушение соотношения между активирующими и тормозящими влияниями ретикулярной формации и реципрокности воздействия на мышцы-сгибатели и разгибатели приводит к патологии мышечного тонуса. Преобладание активирующих влияний ретикулярной формации и активация Y-системы спинного мозга является одним из возможных механизмов повышения мышечного тонуса. В случае преобладания тормозящих влияний возможна гипотония мышц.
Важную роль в супраспинальном контроле за защитными спинальными механизмами играют волокна ретикулярной формации, оканчивающиеся на интернейронах и пресинаптических чувствительных волокнах спинного мозга. Они проводят импульс, уменьшающий степень флексорного ответа, характерного для спинального уровня функционирования, и таким образом участвуют в поддержании позы.
В составе ретикулярно-спинномозгового пути имеются волокна, моносинаптически оканчивающиеся на сгибателях коленного сустава (S. Grillner и соавт., 1971). Их ритмичная работа совместно с преддверно-спинномозговыми волокнами, опосредующими влияние на экстензорную активность мышц, обеспечивает акты ходьбы и бега. Нарушение функции одной из этих систем исключает возможность быстрого переключения мышц-сгибателей и разгибателей, что наряду с нарушением мышечного тонуса затрудняет ходьбу и бег больных церебральным параличом.
Преддверно-спинномозговой путь так же, как ретикулярно-спинномозговой, одновременно иннервирует сгибатели и разгибатели, так что тонические мотонейроны получают команды через оба пути. В вертикальном положении преддверно-спинномозговой путь опосредует преимущественно тоническое влияние на разгибатели ног и сгибатели рук, т. е. на мышцы, выполняющие преимущественно антигравитационную функцию (R. Granit, 1970). Одновременно через интернейроны тормозятся сгибатели ног и разгибатели рук. В позе на четвереньках повышается тонус разгибателей и в руках, поскольку последние частично принимают на себя массу тела и подключаются к выполнению антигравитационной функции. Такое перераспределение мышечного тонуса достигается за счет раздражения лабиринтов при изменении положения головы. Меняется характер реципрокности: возбуждаются разгибатели и тормозятся сгибатели рук.
Характерная поза сгибания руки и разгибания ноги при спастических гемипарезах обусловлена, главным образом, доминированием тонических влияний через преддверно-спинномозговой путь.
Мозжечок — это координирующий аппарат, контролирующий равновесие тела, стабилизирующий центр тяжести, регулирующий согласованную деятельность мышц-антагонистов.
На первом году жизни мозжечок играет ведущую роль в последовательном формировании выпрямляющих реакций туловища и реакций равновесия, обеспечивающих переход ребенка из положения лежа в устойчивое вертикальное положение. G. Rademaker (1935) в эксперименте показал, что указанные реакции сохраняются у животных при высокой мезэнцефальной децеребрации, но выпадают, если одновременно выключается мозжечок. В вертикальном положении эти реакции способствуют удержанию равновесия тела.
Для координации движений необходима исчерпывающая информация, которая поступает в ядро шатра (n. fastigii) от проприорецепторов мышц, сухожильных рецепторов Гольджи, преддверного аппарата, ретикулярной формации ствола мозга и некоторых других отделов центральной нервной системы. Ядро шатра, получив разрозненную информацию из различных источников, посылает ее клеткам Пуркинье коры мозжечка в соответствии с их соматотопической проекцией. Там информация перерабатывается и передается зубчатым ядрам, которые распределяют ее по эфферентным каналам (рис.6). Афферентные пути, нисходящие к мозжечку из коры большого мозга и несущие сигналы из лобной, затылочной и височной долей, играют корригирующую и направляющую роль. Они поступают в мозжечок после обработки корой большого мозга всей афферентной информации о положении тела в пространстве.
Функция мозжечка в единой экстрапирамидной системе осуществляется благодаря непрерывной циркуляции нервных импульсов по кольцевым системам, связывающим мозжечок с сегментарным аппаратом спинного мозга и мышцей, со стриопаллидарной системой, корой большого мозга, системой заднего продольного пучка, преддверным аппаратом. Такая разветвленная сеть связей обеспечивает постоянное сличение информации, поступающей со всех уровней нервной системы и с периферии, и выработку поправочных эфферентных команд, которые зубчатое ядро в конечном итоге посылает к а-нейронам спинного мозга, и тем способствует тонкой координации движений.
Функцию удержания равновесия туловища при стоянии и ходьбе выполняют главным образом червь и клочково-узелковая доля мозжечка, относящиеся к филогенетически древним образованиям, обозначаемым термином палеоцеребеллум. Клочково-узелковая доля соединена афферентными и эфферентными связями с ядром Дейтерса и ее электростимуляция вызывает отчетливое торможение ядра Дейтерса, поддерживаемое также импульсами, исходящими из клеток Пуркинье (R. Llinas и соавт., 1967). Выпадение этих тормозных влияний ведет к активации замыкающихся на уровне ствола мозга тонических рефлексов и тяжелому нарушению равновесия (Н. Когпhuber, 1971). В эксперименте показано, что удаление передней медиальной коры мозжечка сопровождается повышением тонуса мышц-разгибателей, а разрушение ядер покрышки — атонией или гипотонией мышц (М. Но и соавт., 1970). Таким образом, червь и передне-медиальные отделы коры мозжечка (палеоцеребеллум) играют роль регулятора а-у-сопряжения, чрезвычайно важного для поддержания позы и равновесия.
При патологии червя мозжечка и клочково-узелковой доли утрачиваются синергии, стабилизирующие центр тяжести, теряется равновесие, развивается картина туловищной атаксии. Больные с трудом стоят; ходят, широко расставляя ноги, пошатываясь. Эти симптомы могут сопровождаться усилением тонических рефлексов позы. Мышечный тонус обычно снижен. В очень редких случаях наблюдается спастичность. При церебральных параличах, связанных с недоразвитием или поражением мозжечка и его проводящих путей, возможны оба варианта нарушения мышечного тонуса — и гипотония, и спастичность. Однако спастичность при атактических формах церебрального паралича наблюдается значительно реже, чем гипотония, поскольку кора большого мозга берет на себя функцию тонического торможения мышц.
Неоцеребеллум представлен долями мозжечка, которые в филогенезе наиболее развиты у приматов. При поражении долей мозжечка прежде всего нарушаются целенаправленные движения конечностей: замедлено включение
движения, невозможно его быстрое прекращение, отсутствует точность, затруднена быстрая смена движений, наблюдается интенционный тремор конечностей. Эти расстройства нередко сочетаются с речевыми нарушениями в виде мозжечковой дизартрии, с маятникообразным нистагмом. Проявления поражений мозжечка при всем их разнообразии имеют единую патогенетическую основу — нарушение деятельности мышц-антагонистов (асинергия).
Даже из схематичного описания механизма реализации движений ясно, сколь сложны взаимоотношения в нервной системе, исключающие возможность изолированного функционирования каких-либо центров, путей и уровней. Поддержание любого физиологического параметра в оптимальных пределах достигается благодаря объединению многочисленных составляющих в единую систему с помощью кольцевых обратных связей, которые автоматически регулируют колебание значений параметра около заданного уровня. Чем меньше амплитуда колебаний, тем более совершенна регулировка.
Большое значение имеет вертикальная организация управления, то есть постоянная циркуляция импульсов между выше- и нижележащими отделами нервной системы. Долгое время считалось, что высшие нервные центры оказывают постоянное тормозящее влияние на низшие, поэтому при поражениях высших отделов растормаживаются низшие. Наиболее известна концепция диссолюции, разработанная английским неврологом Н. Jeckson, согласно которой поражение эволюционно молодых центров приводит к активации эволюционно более древних, т. е. эволюция как бы идет вспять (диссолюция), и растормаживаются древние формы реагирования. Однако, по современным представлениям, эти нарушения не сводятся к высвобождению низших центров из-под влияния высших. При недостаточности
центрального контроля уменьшается гибкость регулировки и она становится более примитивной.
Представление о сущности интегративной деятельности нервной системы значительно расширила теория функциональных систем, разработанная представителями отечественной нейрофизиологической школы. Функциональная система определяется как широкое объединение различно локализованных структур и процессов на основе получения конечного (приспособительного) эффекта (П. К. Анохин, 1975). Отдельные элементы нервной системы объединены не по признаку их эволюционного «возраста», а в зависимости от участия в осуществлении той или иной функции. Функциональные системы представляют собой замкнутые саморегулирующиеся организации, все компоненты которых, взаимодействуя, достигают полезного для организма результата с постоянной сигнализацией об эффекте действия. Эта «обратная афферентация» обеспечивает постоянное сличение действия с первоначально заданной программой, без чего не было бы накопления опыта, необходимого для координации функций (рис.7). Выживание и адекватное приспособление человека к условиям окружающей среды невозможно без сложной функционально-динамической взаимосвязи становления двигательных реакций, речевой и психической деятельности. Важное значение имеет тот факт, что отдельные компоненты функциональной системы, относящиеся к филогенетически различным уровням, могут формироваться в одно и то же время. Вследствие этого в процессе эмбрионального развития нервной системы наблюдаются отклонения от общей последовательности формирования ее различных отделов (сначала эволюционно более древние, затем более молодые). Вместе с тем в функциональные системы объединяются эволюционно разные структуры, поэтому отдельные элементы в пределах одного и того же уровня регуляции созревают в разное время, по мере их вовлечения в функциональную систему.
Такая гетерохрония возможна даже в пределах одного нервного центра. Так, у новорожденных в первую очередь формируются те участки ядра и волокон лицевого нерва, которые иннервируют мышцы, обеспечивающие сосание. Мотонейроны VIII шейного сегмента спинного мозга гораздо раньше обеспечиваются связями со стволом головного мозга, чем соседние спинальные сегменты, поскольку двигательные клетки VIII сегмента участвуют в реализации рефлекса схватывания, который срабатывает уже к рождению. Многие функциональные системы сформированы еще до рождения ребенка и обеспечивают жизнеспособность в случае преждевременных родов. К моменту рождения достигается, как правило, минимальное обеспечение функции, которая затем в процессе взаимодействия со средой усложняется.
Согласно теории функциональных систем, для их успешной деятельности необходимы: афферентная импульсация с периферии; корковый афферентный синтез; звено, где реализуется принятие решения и программируется действие; аппарат предвидения, или так называемый «акцептор действия», где программируемые действия сопоставляются с реально выполненными. Функциональная система усложняется благодаря консолидации ее отдельных компонентов. Каждое из перечисленных звеньев к периоду консолидации должно быть в определенной мере сформировано, иначе новый, более сложный этап развития функции будет протекать аномально или вообще задержится (рис.8). Подобное нарушение двигательной функциональной системы отмечается при детских церебральных параличах, когда развитие мозга задерживается на определенных, обычно примитивных уровнях, а новый этап формирования двигательных функций, связанный со становлением реакций выпрямления и равновесия, невозможен или протекает аномально. Это, в свою очередь, тормозит развитие гностических и интеллектуальных процессов, обусловливает ряд поведенческих нарушений.
Наряду с непосредственно воспринимаемыми воздействиями важным элементом развития двигательной функциональной системы является мотивация. Она способствует фиксации двигательного опыта в памяти и его быстрому извлечению в соответствии с потребностями в конкретных ситуациях. Самостоятельно выполненное, а не пассивное движение оставляет четкий след в памяти, а в дальнейшем способствует выработке двигательного стереотипа.
Надежность функциональной системы обеспечивается различными типами связей: жесткими — стабильными и гибкими — пластичными. Число гибких связей особенно велико на ранних этапах развития. В этом заложены огромные потенциальные резервы компенсации функций мозга у детей первых лет жизни.
Положения теории функциональных систем о целостном афферентном синтезе, о роли мотивации как основного стимула произвольной двигательной активности, о наличии большого числа динамичных, гибких связей у детей используются в системе коррекционных мероприятий при детских церебральных параличах.
Углубленное понимание структурно-функциональных взаимоотношений в нервной системе позволило существенно дополнить представление о нейрофизиологических механизмах детских церебральных параличей. В их основе лежат расстройства координации мышечной деятельности, обусловленные аномалией мышечного тонуса, патологией реципрокной иннервации и содружественных движений. Повышение мышечного тонуса может быть результатом высвобождения у-системы или системы тонических а-нейронов из-под регулирующих влияний центральной нервной системы. На адекватный стимул — растяжение — рефлекторная дуга реагирует максимальным ответом, при этом синхронизированная фаза возбуждения сменяется синхронизированной фазой торможения. Затем снова может наступить посттормозная фаза возбуждения (феномен отдачи). Этот нейрофизиологический механизм лежит в основе спастического повышения мышечного тонуса, так называемого симптома складного ножа, и повышения сухожильных рефлексов. Активация Y-системы сегментарного аппарата спинного мозга чаще всего обусловлена преобладанием облегчающих влияний ретикулярной формации, передающихся по ретикулярно-спинномозговому пути, над тормозящими. Другим механизмом повышения мышечного тонуса при детских церебральных параличах является активация тонических влияний преддверно-спинномозгового пути на а-малые нейроны спинного мозга. Этот механизм срабатывает в тех случаях, когда ядро Дейтерса функционирует относительно автономно, т. е. при выпадении контролирующих влияний коры, базальных ганглиев, мозжечка. Мышечный тонус в подобных случаях повышается лишь при определенных . изменениях положения головы в пространстве и только в тех группах мышц, которые несут преимущественно антигравитационную функцию. Низкий мышечный тонус при церебральных параличах чаще всего обусловлен поражением мозжечка. В основе гипотонии лежит гиперактивность тормозных центров ствола головного мозга вследствие отсутствия мозжечкового контроля.
Следует отметить, что при церебральных параличах мышечный тонус крайне вариабелен. Он может изменяться не только с возрастом ребенка, но и при нарушении общего состояния, например повышении возбудимости нервной системы, изменении силы и скорости мышечного растяжения. Выраженность и распространенность мышечной гипертонии в определенной части тела также изменяется в зависимости от положения головы в пространстве или относительно туловища.
Важное значение в патогенезе двигательных расстройств при церебральных параличах имеет нарушение реципрокной иннервации. За тонкие механизмы реципрокной иннервации ответственна главным образом экстрапирамидная система. Торможение мышц-антагонистов при возбуждении агонистов, а также подключение групп мышц-синергистов осуществляется благодаря центральным регулирующим импульсам, передающимся через пирамидный, ретикулярно-спинно-мозговой и преддверно-спинномозговой пути к промежуточным нейронам спинного мозга. В результате угнетения и расслабления антагонистов по мере сокращения агонистов достигается плавность движения. От степени сокращения агонистов зависит глубина торможения и расслабления антагонистов. Этим обеспечивается стабилизация конечности в пространстве во время выполнения целенаправленного движения. Группа мышц-синергистов также сокращается постепенно, чтобы фиксировать соседние суставы и создать оптимальные механические условия для взаимодействия противоположных мышечных сил. Благодаря этому обеспечивается точность движения. Например, при сокращении сгибателей пальцев и большого пальца руки во время захвата предмета разгибатели постепенно расслабляются, а синергисты поднимают запястье и фиксируют его в разогнутом состоянии. В определенных условиях имеет место одновременное сокращение мышц-агонистов и антагонистов, которое необходимо для поддержания позы (так называемая коконтракция). В норме коконтракция всегда бывает умеренной. Она не затрудняет движений, а лишь обеспечивает так называемую мобильную фиксацию. У детей со спастическими параличами реципрокная иннервация нарушается двояко. С одной стороны, избыточная коконтракция приводит к тому, что выраженному спастическому тонусу одних мышц противостоит спастичность мышц-антагонистов. Такие нарушения реципрокного взаимодействия мышц особенно характерны для проксимальных отделов конечностей. При этом конечность становится ригидной. Например, активное сгибание и разгибание бедра невозможно из-за одновременного спастического сокращения сгибателей и разгибателей бедра. Из-за отсутствия быстрого включения мышц при смещении центра тяжести нарушается равновесие. Иногда коконтракция мышц может проявляться только при мышечном усилии. Например, попытка поднять руку вызывает все большее приведение плеча. Этими нарушениями, связанными с избыточной коконтракцией, объясняется фиксация ребенка со спастичностью в типичных аномальных позах и трудность движений. Последние ограничены в объеме и требуют избыточных усилий. С другой стороны, патологическая реципрокная иннервация при спастических формах церебральных параличей выражается в избыточном реципрокном торможении антагонистов. В результате при спастическом тонусе одних мышц антагонисты расслабляются настолько сильно, что движение становится невозможным. Примерами избыточного тонического реципрокного торможения являются ослабленное тыльное сгибание стопы и большого пальца вследствие спастики икроножных мышц или резкая слабость перонеальной группы мышц в противоположность спастичности передних и задних большеберцовых мышц при эквиноварусном положении стопы.
У больных с гиперкинезами реципрокная иннервация нарушена за счет избыточного торможения мышц-антагонистов. Последние расслабляются и удлиняются настолько, что из-за отсутствия фиксации конечности движение невозможно. Другой механизм заключается в недостатке коконтракции синергистов, в результате чего соседние суставы не фиксируются. Этим объясняются избыточная подвижность и отсутствие контроля за позой, характерные для таких детей. Их движения избыточны и слабо координированы. Именно поэтому W. Hammond (1871) назвал подобные нарушения атетозом, что означает отсутствие фиксированной позы. Различные нарушения постурального тонуса и реципрокной иннервации сочетаются с патологическими типами содружественных движений, которые затрудняют произвольную двигательную активность и сохранение равновесия.
Широкая вариабельность клинической картины детских церебральных параличей обусловлена различиями в распространенности и тяжести поражения нервной системы, особенностями созревания мозга в патологических условиях, типом координации двигательной активности, который вырабатывает аномально развивающийся мозг.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что в большинстве случаев при церебральных параличах имеются не локальные двигательные нарушения, а генерализованное поражение, проявляющееся патологическим типом координации движений.