Ключевые слова: позвоночный столб, спинной мозг, собака, паралич, нейрохирургия, сакральный электрод.
Цель: разработать, имплантировать и протестировать устройство для сакральной нейростимуляции у собак с плегией тазовых конечностей и отсутствием контролируемого мочеиспускания.
Введение
Потеря контроля над мочеиспусканием является распространенным осложнением, возникающим вследствие повреждения спинного мозга или из-за других заболеваний нервной системы, и может быть необратимой. Самым распространенным участком поражения спинного мозга у собак в результате различных патологий (дегенеративные заболевания межпозвоночных дисков, фиброзно-хрящевая эмболия, травма позвоночника и спинного мозга и др.) является участок спинного мозга Т3-L3. Повреждение спинного мозга в этом участке приводит к парезу/параличу тазовых конечностей по типу верхнего моторного нейрона (ВМН). При этом поражении снижается или отсутствует возможность осознанного опорожнения мочевого пузыря, однако тонус мочевого пузыря и сфинктеров сохраняется неизменным или усиленным (из-за снижения ингибирующего влияния головного мозга).Как правило, потеря супраспинального контроля может привести к нарушению координации сокращений детрузора и сфинктера (так называемая диссинергия) и затрудняет опорожнение мочевого пузыря при мануальном отведении мочи. Лечение недержания мочи, вызванного диссинергией, может быть затруднительным у собак, а каждый из доступных в настоящее время вариантов отведения мочи – прерывистая катетеризация, мануальное отведение и постоянная катетеризация – связан с риском развития инфекции мочевыводящих путей и требует от владельца затрат времени и повышенного внимания к своему питомцу.
В течение многих лет в гуманной медицине для лечения людей, страдающих параличом нижних конечностей, применяется метод сакральной нейростимуляции, который основан на стимуляции нервных корешков спинного мозга электрическими импульсами, генерируемыми специальным миниатюрным стимулятором. Данное устройство способствует восстановлению координированного акта мочеиспускания (посредством постстимульного мочеиспускания) за счет использования различных физиологических реакций гладких мышц детрузора и поперечно-полосатых мышц сфинктера. Электрическая стимуляция крестцовых нервов повышает тонус как детрузора, так и сфинктера, но в постстимульный период гладкая мускулатура детрузора продолжает сокращаться, тогда как поперечно-полосатая мускулатура сфинктера расслабляется, что приводит к достаточному градиенту давления, необходимого для мочеиспускания. В ряде опубликованных исследований иностранных коллег доказывается возможность применения данного метода стимуляции мочеиспускания в лечении собак с параличом нижних конечностей посредством использования нейроэлектродов, которые воздействуют экстрадурально на одну или несколько пар крестцовых нервов7,9,14,15.
В этой статье описывается техника сакральной нейростимуляции и оценивается эффективность применения нейроимплантата по результатам послеоперационного мониторинга опорожнения мочевого пузыря у пациентов с параличом тазовых конечностей.
Материалы и методы
С целью разработки устройства для сакральной нейростимуляции у собак с плегией тазовых конечностей и отсутствием контролируемого мочеиспускания был осуществлен процесс препарирования секционного материала крестцового сегмента позвоночного столба у собак разного размера для того, чтобы провести замеры позвоночного канала и нервных корешков в данном сегменте (рис. 1). Эти замеры были использованы в дальнейшем для разработки нейроэлектродов, которые соответствовали бы позвоночному каналу, индивидуально для каждого из наших пациентов.
Каждый электрод (закрепленный на гибкой силиконовой основе) содержит два контакта и сконструирован с учетом возможности окутать корешок S2 таким образом, чтобы сигнал от контактов передавался только на выбранный корешок и не распространялся на соседние (рис. 2). С одной стороны по кабелю подается электрический ток на электроды, с другой – с помощью штекера осуществляется подключение к антенне после имплантации электрода. Приемная антенна располагается подкожно.
Активация приемной антенны осуществляется с помощью радиочастотной индукции, исходящей от ранее запрограммированного пульта. Зарядки пульта хватает на 3 месяца непрерывной работы, сам хирургический имплантат не содержит энергоносителей.
Отбор пациентов
В качестве потенциальных кандидатов для проведения процедуры отбирались собаки, перенесшие тяжелую травму спинного мозга, включая потерю глубокой болевой чувствительности и потерю осознанного контроля над мочеиспусканием. При выборе пациентов предпочтение отдавалось тем животным, владельцы которых с помощью мануального сцеживания или катетеризации сталкивались с трудностями полного опорожнения мочевого пузыря, а также собакам с рецидивирующими инфекциями мочевыводящих путей из-за остаточной мочи. К основным факторам, способствующим контаминации мочевого пузыря и бактериальной инвазии в его слизистую у пациентов с нейрогенной дисфункцией мочеиспускания (НДМ), относят перерастяжение стенки мочевого пузыря избыточным объемом мочи и нарушение местных механизмов защиты уротелия. Перерастяжение мочевого пузыря на фоне хронической задержки мочи (вне зависимости от вида и клинической формы НДМ) приводит к ишемии его стенки, которая обусловливает повреждение тканей, нарушение миграции клеток иммунной системы, а также к уменьшению локальной концентрации антибактериальных средств. Другим последствием хронической задержки мочи является пузырно-мочеточниковый рефлюкс, который увеличивает риск повреждения и инфицирования верхних отделов мочевыводящих путей16.Неврологическое обследование и проведение тестовой стимуляции использовались для полного определения возможности установки постоянного нейроэлектрода. Цель тестовой стимуляции – определение эффективности лечения заболевания с помощью сакральной стимуляции перед имплантацией.
Важными критериями подбора пациентов были наличие у них хронического поражения спинного мозга и время, прошедшее с момента травмы, спровоцировавшей нарушение осознанного мочеиспускания. В исследовании участвовали собаки, у которых нарушение осознанного мочеиспускания регистрировалось в течение как минимум 3 месяцев, поскольку необходимо было исключить спонтанное (в силу физиологической регенерации спинного мозга) восстановление мочеиспускания. При этом с учетом принципов работы стимулятора у животных должны были сохраняться рефлексы крестцового сегмента, включая бульбокавернозный, промежностный и рефлексы сгибания тазовых конечностей.
Каждый пациент оценивался с помощью процедуры, которая проводилась под контролем электронно-оптического преобразователя (ЭОП). Перед началом процедуры пациенту имплантируют чрескожный нейроэлектрод в сегмент L7-S3, используя в качестве проводника иглу Туохи, которую устанавливали в сегменте S3-Cd1, затем по ней проводили линейный нейроэлектрод до сегментов L7-S3. Далее под контролем ЭОП вводили контрастирующее вещество в мочевой пузырь через заранее установленный уретральный катетер, а в момент подачи импульсов через нейростимулятор к сакральным корешкам оценивали сокращение детрузора по заранее установленному нейроэлектроду (видео 1). Данный метод позволял определять податливость мочевого пузыря и способность детрузора к сокращению во время тестовой стимуляции.
Видео 1.
Собаки, у которых не было отмечено признаков достаточно сильного ответа детрузора, были исключены из исследования, поскольку нельзя было ожидать, что имплантат будет функционировать должным образом у собак с атонией детрузора (видео 2).
Также из исследования были исключены собаки, у которых дополнительно были диагностированы интеркуррентные заболевания, и животные, чьи поведенческие особенности (например, агрессия к человеку) или поведенческие расстройства не позволили бы безопасно установить имплантаты и в дальнейшем оценивать результаты.
Видео 2.
Хирургическая процедура
Непосредственно перед процедурой по установке имплантата в мочевой пузырь с помощью уретрального катетера вводили йогексол («Омнипак» GE Healthcare, Ирландия), разведенный стерильным 0,9%-ным раствором натрия хлорида в соотношении 10 мл на 40 мл физиологического раствора (в объеме, достаточном для «физиологичного» заполнения детрузора) (видео 3).Видео 3.
Последние поясничные и крестцовые позвонки были обнажены с использованием модификации стандартного дорсального доступа к пояснично-крестцовому сочленению L7-S1. Далее с помощью нейрохирургической фрезы и выкусывателя Керрисона удаляли дорсальную дужку позвонков, чтобы обнажить позвоночный канал от каудального отдела L6 до середины крестцового отдела, обеспечив достаточно адекватное латеральное обнажение спинномозговых нервов для размещения электрода. Спинномозговой корешок L7 был идентифицирован по его расположению в латеральном углублении позвонка L7 и его выходу из позвоночного канала через отверстие L7-S1. Затем идентифицировали корешки спинномозговых нервов S1, S2 и S3 через их последующие краниокаудальные выходы из твердой мозговой оболочки.
После этого к каждому из обнаженных крестцовых нервов поочередно через линейные электроды подавали импульс переменной интенсивности (от 0,5 до 10 В частотой 30 Гц). Важно было изолировать стимулированный нерв от остальной части конского хвоста. Во время стимуляции отмечалось сокращение мочевого пузыря, а также визуально определялось сокращение мышц таза, тазовых конечностей и хвоста. Этот процесс помогал определить эфферентные крестцовые нервы, которые стимулировали мочевой пузырь без нежелательной стимуляции мускулатуры тазовых конечностей. После определения того, какие корешки крестцовых спинномозговых нервов наиболее подходят для имплантации в устройство-стимулятор, их выделяли путем наложения турникетов из шовного материала (4/0 PDS), что также позволяло более бережно обращаться с ними во время последующих хирургических манипуляций. Когда соответствующие корешки спинномозговых нервов были идентифицированы, электрод имплантировали в позвоночный канал и оборачивали каждый корешок в силиконовый цилиндр с контактами на внутренней поверхности, тем самым изолируя нужные корешки от других.
Проводник, выходящий из стимулятора, фиксировали к остистому отростку позвонка L6 с помощью полипропиленовой нити 2/0 и проводили дорсолатерально в подкожную клетчатку поясничного отдела. Затем штекер на конце проводника соединяли с гнездом улавливающего приемника и герметизировали силиконовым клеем. Приемник имплантировали в карман подкожной жировой клетчатки. Ушивание операционного доступа проводилось по стандартной методике.
Послеоперационный мониторинг и коррекция стимуляции
После операции каждая собака получала инъекционные опиоидные анальгетики с интервалами не менее 24 часов в сочетании с нестероидными препаратами или другими анальгетиками в течение 7 дней. На 2-й послеоперационный день начинали проводить стимуляцию мочевого пузыря с подбором параметров на пульте управления электродом для достижения цели полного опорожнения мочевого пузыря. Полнота опорожнения мочевого пузыря определялась минимальным объемом остаточной мочи.Для описания конечного стимула использовали четыре доступных параметра: амплитуду стимуляции, длительность импульса, частоту повторения импульсов и общую продолжительность стимуляции.
Обычно процедура состояла из нескольких шагов: сначала определялась амплитуда стимула, затем увеличивалась частота импульса для увеличения давления в мочевом пузыре. Ширина импульса регулировалась в соответствии с толщиной подкожной жировой клетчатки пациента, которая влияет на проникновение импульса из блока передатчика (видео 4, 5).
Видео 4. Опорожнение мочевого пузыря.
Видео 5. Сакральная стимуляция мочевого пузыря.
Остаточный объем мочи измеряли после стимулированного опорожнения мочевого пузыря путем введения в мочевой пузырь катетера и полного опорожнения мочевого пузыря с помощью шприца.
Через неделю после имплантации эффективность мочеиспускания составляла 70–99%. Оценка критерия эффективности осуществлялась посредством определения остаточного объема мочи после стимуляции.
Полученные результаты
Всего в исследование было включено 9 собак в возрасте 3–8 лет. Время от момента повреждения спинного мозга до установки стимулирующих имплантатов составило от 3 до 8 месяцев. Все пациенты, участвующие в исследовании, были не способны к осознанному мочеиспусканию, эвакуация мочи до лечения проводилась с помощью мануального опорожнения мочевого пузыря с разной степенью успешности. У некоторых пациентов происходило перерастяжение детрузора из-за несоблюдения кратности опорожнения, у других мануальное опорожнение не приводило к удовлетворительному опорожнению мочевого пузыря.Во всех случаях было зарегистрировано наибольшее сокращение детрузора при стимуляции спинномозговых нервов S2 и S1, однако стимуляция S1 также вызывала одновременное сокращение мышц тазовых конечностей. Во всех случаях также было обнаружено слабое повышение давления в мочевом пузыре при стимуляции спинномозгового нерва S3.
Продолжительность хирургического вмешательства оценивалась примерно в 120 минут.
Разработанный нами и используемый имплантат, стимулирующий крестцовый нерв, представляет собой простое и очевидно эффективное нейропротезное устройство, которое обеспечивает возможность мочеиспускания у собак с параличом тазовых конечностей.
Послеоперационное наблюдение и осложнения
Незначительные осложнения, предположительно, связанные с хирургической имплантацией, были зафиксированы у двух из 9 собак: снижение тонуса анального рефлекса примерно в течение трех недель и приапизм. У одной собаки над местом имплантации приемника образовалась серома, однако она рассосалась через две недели. У трех собак развился один эпизод инфекции мочевыводящих путей в течение года после имплантации.У пяти собак опорожнение мочевого пузыря сопровождалось небольшой задержкой акта дефекации, который проявлялся в поздний постстимульный период, что примерно соответствовало 7–10 минутам. У оставшихся четырех собак дефекация происходила под конец опорожнения мочевого пузыря. Также у одного пациента после удаления новообразования спинного мозга с отсутствием глубокой болевой чувствительности на протяжении более 2 месяцев полностью восстановилась опороспособность спустя 6 месяцев после имплантации сакрального нейроимплантата (видео 6).
Видео 6.
Оценка отдаленных результатов
У 6 из 9 собак сакральная нейростимуляция обеспечила превосходное опорожнение мочевого пузыря с точки зрения врача. У одного пациента (случай 3) до операции отмечался пиелонефрит, что ограничивало повышение давления в мочевом пузыре, которое можно было создать с помощью стимулятора, несмотря на улучшение акта дефекации. В данном случае полноценно повышать параметры стимуляции было недопустимо во избежание ретроградного оттока мочи к почкам.При длительном наблюдении (временные периоды составили у четырех собак – 6 месяцев, у трех собак – 11 месяцев, у двух собак – 14 месяцев) владельцы отмечали, что постоянное подтекание мочи, которое наблюдалось до имплантации стимулятора, отсутствует. У одной из собак в течение 3 месяцев была зафиксирована хроническая инфекция мочевыводящих путей, что спровоцировало подтекание мочи, однако эта проблема разрешилась после подбора терапии на основании результатов бактериологического посева с применением амоксициллина в дозе 25 мг/кг курсом на 14 дней.
Также у одного пациента после удаления новообразования спинного мозга и с признаками отсутствия глубокой болевой чувствительности на протяжении более 2 месяцев полностью восстановилась опороспособность спустя 6 месяцев после имплантации сакрального нейроэлектрода (видео 6).
Выводы
Имплантат представляет собой простое нейропротезное устройство, которое можно использовать с целью улучшения качества жизни у собак с отсутствием акта мочеиспускания вследствие хронических патологий спинного мозга, приводящих к неврологическому дефициту.Наше исследование показывает, что использование сакрального нейроимплантата является эффективным методом лечения нарушений опорожнения мочевого пузыря у собак с параличом тазовых конечностей.
Время операции по имплантации относительно короткое (около 2 часов), и владельцы без труда справляются с использованием данного устройства в домашних условиях. Удовлетворенность владельцев процедурой в целом была превосходной, хотя у одной собаки была эректильная возбудимость (регистрировался приапизм), что впоследствии устранилось пересечением пудендального нерва.
У всех собак, участвующих в исследовании, не было болевой чувствительности каудальнее поражения в спинном мозге, что упрощает внедрение устройства, поскольку риск болезненных осложнений, связанных с протоколом имплантации или стимуляции, невелик. Тем не менее внешний стимулятор имеет очень гибкие параметры стимуляции и, следовательно, может быть использован в будущем для лечения многих других заболеваний, связанных с недержанием или задержкой мочи у собак, при условии, что они не вызывают атонии детрузора и не связаны с разрушением крестцовых мотонейронов.
Список литературы:
- Liu C. W., Attar K. H., Gall A., Shah J., Craggs M. The relationship between bladder management and health-related quality of life in patients with spinal cord injury in the UK. Spinal Cord, 48:319–24, 2010. doi: 10.1038/sc.2009.132
- Anderson K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. J Neurotrauma, 21:1371–83, 2004. doi: 10.1089/neu.2004.21.1371
- Freeman P. M., Holmes M. A., Jeffery N. D., Granger N. Time requirement and effect on owners of home-based management of dogs with severe chronic spinal cord injury. J Vet Behav Clin Appl Res, 8:439–43, 2013. doi: 10.1016/j.jveb.2013.06.001
- Olby N., Levine J., Harris T., Muñana K., Skeen T., Sharp N. Long-term functional outcome of dogs with severe injuries of the thoracolumbar spinal cord: 87 Cases (1996-2001). J Am Vet Med Assoc, 222:762–9, 2003. doi: 10.2460/javma.2003.222.762
- Lorenz M. D., Coates J. R., Kent M. Disorders of micturition. In: Lorenz M. D., Coates J. R., Kent M. Handbook of Veterinary Neurology. Saint-Louis: Elsevier Saunders, p. 58−74, 2010.
- De Lahunta A., Glass E. N. Control of defecation. In: de Lahunta A., Glass E. N. Veterinary Neuroanatomy Clinical Neurology. Saint-Louis: Elsevier Saunders, p. 187–8, 2014.
- Hu H. Z., Granger N., Jeffery N. D. Pathophysiology, clinical importance, and management of neurogenic lower urinary tract dysfunction caused by suprasacral spinal cord injury. J Vet Intern Med, 30:1575–8, 2016. doi: 10.1111/jvim.14557
- De Groat W. C., Griffiths D., Yoshimura N. Neural control of the lower urinary tract. Compr Physiol, 5:327–96, 2015. doi: 10.1002/cphy.c130056
- Häbler H. J., Jänig W., Koltzenburg M. Myelinated primary afferents of the sacral spinal cord responding to slow filling and distension of the cat urinary bladder. J Physiol, 463:449–60, 1993. doi: 10.1113/jphysiol.1993.sp019604
- Birder L. A. Nervous network for lower urinary tract function. Int J Urol, 20:4–12, 2013. doi: 10.1111/j.1442-2042.2012.03210.x
- De Lahunta A., Glass E. N. Control of urination. In: de Lahunta A., Glass E. N. Veterinary Neuroanatomy Clinical Neurology. Saint-Louis: Elsevier Saunders, p. 184–187.
- Nishizawa O., Sugaya K., Shimoda N. Pontine and spinal modulation of the micturition reflex. Scand J Urol Nephrol Suppl, 82:177–80, 1995.
- Holmes G. M., Blanke E. N. Gastrointestinal dysfunction after spinal cord injury. Exp Neurol, 320:113009, 2019. doi: 10.1016/j.expneurol.2019.113009
- Nout Y. S., Leedy G. M., Beattie M. S., Bresnahan J. C. Alterations in eliminative and sexual reflexes after spinal cord injury: defecatory function and development of spasticity in pelvic floor musculature. Prog Brain Res, 152:359–72, 2006. doi: 10.1016/S0079-6123(05)52024-7
- Vanner S., Macnaughton W. K. Submucosal secretomotor and vasodilator reflexes. Neurogastroenterol Motil, 16:39–43, 2004. doi: 10.1111/j.1743-3150.2004.00473.x
- Vasudeva P., Madersbacher H. Factors implicated in pathogenesis of urinary tract infections in neurogenic bladders: some revered, few forgotten, others ignored. Neurourol Urodyn, 33: 95–100, 2014.
vetpeterburg