Aktuální číslo:

2021/7

Téma měsíce:

Požáry

Nervová vlákna z kovu

 |  12. 7. 2021
 |  Vesmír 100, 510, 2021/7

1961: Sovětští odborníci pod vedením profesora [B. V.] Ogněva provádějí pokusy se zhotovováním kovových protéz nervů. Podařilo se jim úspěšně nahradit kovovými elektrodami úseky amputovaných sedacích nervů u psů v délce až 5 cm. Takových operací bylo provedeno na 30 psech celkem 36. Po operaci nelze prakticky poznat, na které noze má pes protézu.

J. Hájek

Vesmír 40, 119, 1961/4

2021: Zpráva o rekonstrukci periferních nervů kovovým drátem je absolutní hloupost daná tehdejší politickou situací, kdy bylo třeba za každou cenu dokázat, že nejpokrokovější myšlenky, objevy a novinky pocházejí ze Sovětského svazu. V neurochirurgii byla vyvrcholením této politiky operace zpěvačky Mariky Gombitové, která měla po úrazu přerušenou míchu. Tehdy jí proslulý sovětský ortoped do míchy implantoval periferní nervy. Očekávatelně je zpěvačka dodnes na vozíku.

Jak tedy na tom jsme dnes s rekonstrukcí periferního a centrálního nervového systému (mozek a mícha)?

U periferního systému je situace vcelku jednoduchá. Periferní nervy regenerují a jsme schopni je rekonstruovat. V případě, že jsme nuceni překlenout defekt, využíváme jako transplantát obvykle funkčně bezvýznamný autologní periferní nerv z dolní končetiny. Limitováni jsme zejména délkou periferního nervu, nerv regeneruje rychlostí 1 mm za den a nervosvalové ploténky (místo, kde nerv předává vzruchy svalovému vláknu) odumírají rychlostí 1 % za den. Pokud tedy musí nerv dorůst daleko (brachiální plexus, sedací nerv), jsou klinické výsledky zatím neuspokojivé.

Mnohem zajímavější jsou dnes spíše perspektivy rekonstrukce ztracených funkcí u centrálního nervového systému.

Neurotransplantace

V sedmdesátých a osmdesátých letech 20. století se v neurovědách stalo jednou z velmi populárních oblastí studium neurotransplantací. Postupně se výzkum nejvíce soustředil na transplanatace dopaminergních neuronů v léčbě parkinsonského syndromu. Šlo o velmi logickou a svým způsobem jednoduchou úvahu. V hloubi mozku jsou populace tzv. dopaminergních neuronů jakýchsi továren na jeden z hlavních neurotransmiterů – dopamin. Pokud systém nefunguje, rozvíjí se Parkinsonova nemoc. Dopaminergní neurony lze získat buď z embryonální nervové tkáně, nebo z kmenových buněk. Předpokládalo se, že transplantát bude produkovat dopamin, jímž nahradí ten, který organismus není schopen vyrábět. Velmi přímočará a logická úvaha. Mnoho experimentálních prací pak u laboratorních zvířat prokazovalo pozitivní efekt transplantátu na léčbu uměle vyvolaného nedostatku dopaminu. Šlo o práce velmi přesvědčivé s precizními protokoly. Na přelomu tisíciletí se animální výzkum překlopil do klinických experimentů. Jenomže co výtečně fungovalo u experimentálních zvířat, v humánních protokolech selhalo. Následovalo velké zklamání a výrazné zpomalení výzkumu v této oblasti. Humánní operace jsme potichu opustili.

Přesto a překvapivě se zájem obrátil směrem k transplantacím nervové tkáně či kmenových buněk u onemocnění typu amyotrofické laterální sklerózy, poranění míchy, ale i cévní mozkové příhody (iktu). Již tedy nebyla předmětem transplantace produkce určitého působku, ale snaha o rekonstrukci center a drah, která je na zcela jiné úrovni a předpokládá mnohem komplexnější děje v úrovni celého systému, nikoliv pouze určitého dobře definovaného a v zásadě jednoduchého centra.

Dodnes nikdo nepublikoval experimentální práci, která by beze všech pochybností prokázala klinický efekt v kterékoliv z těchto oblastí. Mnoho vědeckých týmů velmi detailně studovalo poranění míchy. Provedly značné množství experimentálních pokusů, přesto prokázaly jediné – určité omezené prorůstání nervových vláken oběma směry přes místo poranění a několik milimetrů za ně.

Klinický efekt se nikdy nepodařilo spolehlivě dokumentovat. Na rozdíl od problematiky Parkinsonovy nemoci jsme se snažili rekonstruovat miliony vláken, část z nich v míše běží nahoru, směrem k mozku, druhá část směrem dolů, k vykonavatelům pohybu (efektorům). Výzkumy zcela ignorovaly mnohotvárnost funkcí těchto spojů a potřebu opětovně na sebe napojit každé přerušené nervové vlákno i fakt, že nervový systém, který u periferních nervů regeneruje rychlostí 1 mm za den, může stěží stihnout prorůst od řídicího centra k efektoru včas. Neexistuje práce, která by alespoň náznakem řešila problém napojování konkrétních axonů, tak aby se znovuoživené vlákno napojilo pod či nad poraněním do toho správného. Představa, že by transplantát, opět embryonální nervová tkáň nebo kmenové buňky, fungoval jako relé pro regenerující axony, je spíše z oblasti sci-fi.

Naneštěstí zbrklostí některých teoretických vědců a nezodpovědných kliniků se i přes nedostatečné experimentální výsledky začaly v devadesátých letech 20. století objevovat klinické aplikace. Efekt nebyl prokázán žádný. Zodpovědné týmy se vrátily do laboratoří. Tragédií však bylo publikování „úspěchů“ v laických médiích. Prakticky všichni nemocní začali vyžadovat léčbu kmenovými buňkami, vcelku logicky byli za ni, respektive za naději, ochotni obětovat cokoliv. Dnes tyto transplantace přežívají jako pouhá komerce většinou v nezodpovědných zemích třetího světa.

Naděje, že se nám podaří v dohledné době úspěšně završit výzkum poranění míchy, když jsme ještě úspěšně nezvládli výzkum Parkinsonovy nemoci, je asi stejná, jako bychom ještě nedokázali postavit trakař, ale rozhodli se místo něj postavit kosmickou loď.

Dnes v této oblasti, pokud vím, běží klinický pokus transplantace kmenových buněk u ischemické cévní mozkové příhody. Ne proto, že by se předpokládalo, že dojde k nějaké rekonstrukci center a drah, ale proto, že kmenové buňky produkují velmi výkonné růstové faktory, které blahodárně působí na tzv. penumbru. Tedy okolí ložiska ischemie, kde tkáň sice žije, ale nefunguje, protože průtok krve zajistí přežívání neuronů, nestačí však již zajistit jejich funkci. V současnosti je aktivních několik klinických pokusů, pacientů je však málo (5–10 v každém). Přestože jsou výsledky slibné, musíme počkat na větší sestavy a randomizované studie.

Neuroprotézy

V minulých letech se podařilo vyvinout mnoho typů tzv. umělého pohybu kupř. u nemocných po poranění míchy. Používala se stimulace distálního míšního pahýlu, nervů pod poraněním či přímo svalů. Vznikly exoskelety, které buď generují pohyb samostatně, nebo zesilují vlastní zachovaný, pouze poškozený pohyb. Některá zařízení působila velmi slibně, klinického použití se dosud nedočkalo žádné. V neurorehabilitaci se s úspěchem daří využívat pouze některých exoskeletů.

Pozn. U poranění míchy je zjevná tendence omezovat se na motorické funkce. V dlouhodobé perspektivě však pro nemocné jsou přinejmenším stejně, mnohdy i více významné, poruchy v jiných oblastech. Sexuální poruchy, poruchy sfinkterů (močení a defekace), poruchy trofiky (proleženiny), ztráta citlivosti pod poraněním, hrají v dlouhodobé perspektivě mnohem významnější roli než ztráta hybnosti. Z tohoto pohledu je dramatický rozdíl mezi nemocným, který je na vozíku po amputaci dolních končetin a tím, kdo je na vozíku po poranění míchy.

Podobnou problematiku řešily různé týmy u některých druhů slepoty či hluchoty, ani tam se nikde nedostavil výrazný průlom či klinické využití. Viděl jsem video, kde slepý s kamerkami na brýlích a elektrodami ve zrakové kůře, řídí auto. Toto video jsem poprvé viděl v roce 1985 a naposledy v roce 2012. Stále stejný nemocný, stejné video. Jeden můj španělský kolega je dnes v týmu s Američany, mají mnohem sofistikovanější zařízení, elektrody mají sílu lidského vlasu. Tým zatím provedl v Evropě jednu implantaci. Po určité době se nemocná naučila rozeznávat světlo a tmu, což považovala za fantastické. Pomocí evokovaných zrakových potenciálů kolegové prokázali určitou aktivitu ve zrakové kůře. Pro komplikace bylo nutné nemocné po čase elektrody odstranit. Ztrátu znovunabytých, byť i minimálních schopností, nesla velmi těžce.

Viděl jsem video, kde dva hluchoslepí sedí v parku na lavičce a baví se o Shakespearovi. Oba měli zavedeny elektrody tam, kde sluchový nerv vstupuje do mozkového kmene. Obdivuhodné, bohužel však vždy jen jednorázové, neopakované. Tyto stimulátory byly velmi populární a studované v prvním desetiletí 21. století, dnes se z praxe vytratily.

Zajímavý je protokol umělého pohybu, kde u nemocného po vysokém přerušení míchy senzory snímají aktivitu motorické kůry nemocného a převádějí ji na pohyb umělé paže. Pochopitelně se musí učit jak nemocný, tak počítač převádějící vzruchy na robotickou končetinu. Tento posun je snad nejoptimističtější a také logický při neuvěřitelném rozmachu informačních technologií. Podobných přesunů funkcí na externí zařízení je dnes více a zdá se, že to bude oblast, která se dočká využití nejdříve. Patří sem i již využívané programy pro nemocné po poranění mozku, převod slyšeného na psané u hluchoty atd.

Neuromodulace

Dnes běžně používané při řešení Parkinsonovy nemoci či v léčbě neztišitelné bolesti mají ohromný potenciál. Modulace jsou experimentálně zkoušeny u psychiatrických onemocnění, deprese a obsedantně kompulzivní poruchy, při výzkumech na zvířatech jsou modulace zkoumány u obezity a některých dalších onemocnění. Z výše zmíněných možností jde asi o nejslibnější cestu. Problémem je, že se snažíme ovlivnit globální funkce, kde definice cíle, kam zavést elektrodu, je velmi složitá a také nejistá. Lze si představit modulace funkce jader mozkového kmene zodpovědných třeba za hladinu cukru v krvi, či za krevní tlak. Kupodivu, v této oblasti je zatím výzkum nepříliš aktivní. Snaha po ovlivnění globálních funkcí tak připomíná problematiku neurotransplantací, opět jsme přeskočili jeden stupeň.

Genetika

Lze předpokládat, že genetické manipulace budou časem prakticky použitelné. Přinejmenším v prevenci chorob bude jejich využití plně oprávněné a blahodárné, ohromným problémem však opět bude etika takového pokroku. V Číně implantovali mladým opicím specifický gen lidského mozku (MCPH1), opice měly lepší krátkodobou paměť a rychlejší reakce než jejich vrstevníci. Je známý gen (ARGHAP11B) specifický pro člověka, který je zodpovědný za růst mozkové kůry (neokortexu). Kam nás může zavést výzkum v této oblasti je zatím nejasné, ale možné dopady zdaleka nemusí být jen blahodárné.

Umělá inteligence a rozvoj propojení mozku s externím zařízením

Je zřejmé, že výhradně lidské vlastnosti – kreativita, inteligence, emoce – lze hledat pouze u systémů založených na uhlíku, nikoliv křemíku. Nelze předpokládat, že by jakýkoliv typ umělé inteligence byl schopen konkurovat mozku, naopak, domnívám se, že nikdy nebude možné podobné zařízení sestavit bez biologické hmoty, tedy mozku. To, co dnes označujeme za umělou inteligenci je pouhopouhý stroj, který provádí úkony, jež jsme mu zadali, sám nic nevymyslí.

Propojení mozku s externím zařízením již známe všichni, protože trávíme většinu času u počítače. Nač si pamatovat data, když jakýkoliv poznatek získám na jedno kliknutí? Sci-fi se tématu věnuje v různých typech supervojáků, jedinců s „nadlidskými“ vlastnostmi. Přeženu-li, ředitel ústavu kosmického výzkumu si večer objedná 10 raketových vědců, my 10 pasáčkům implantujeme čip a druhý den dodáme 10 raketových vědců. Etický problém se zdá neřešitelný. Úspěch by vedl k zániku živočišného druhu Homo sapiens a jeho transformaci v cosi jako Homo technologicus.

Rekonstruovat ztracené funkce centrálního nervového systému tedy dosud neumíme. Neurochirurgie se dnes pohybuje víceméně v oblasti prevence. Uzavíráme výduť tepny předtím, než praskne, zúženou krkavici operujeme proto, že chceme předejít mrtvici, nádor odstraňujeme předtím, než způsobí trvalou neurologickou poruchu. Tam, kde ke ztrátě již došlo – míšní poranění, proběhlá mrtvice atd. – jsme stále na úrovni Imhotepa, lékaře a architekta faraona Džósera, který dělil nemoci do tří skupin: 1. nemoc, kterou budu léčit, 2. nemoc, se kterou budu bojovat, a 3. nemoc, kterou nemohu léčit. Tam, kde již došlo ke ztrátě funkce, jsme stále ve třetí skupině.

Až se nám však tento fakt podaří prolomit, nebudeme mít problém vědecký, ale etický.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Náhrady orgánů, 150 let Vesmíru
RUBRIKA: Vertikála

O autorovi

Vladimír Beneš

Prof. MUDr. Vladimír Beneš, DrSc. (*1953) je přední český neurochirurg. Absolvoval LF UK v Plzni. V letech 1997 až 2020 byl přednostou Neurochirurgické kliniky 1. LF UK a ÚVN v Praze. Mezi léty 2000-2010 vedl Českou neurochirurgickou společnost, v letech 2011–2015 prezidentem Evropské asociace neurochirurgických společností.
Beneš Vladimír

Doporučujeme

Požáry v krajině

Požáry v krajině

Jiří Sádlo  |  12. 7. 2021
Centrální paradigma čili ústřední hláška vědeckého oboru ekologie ohně by mohla znít skromně: je normální, že příroda občas hoří.
Tropické štěnice v evropských domácnostech

Tropické štěnice v evropských domácnostech

Uplynulý rok nám poskytl cennou, i když bolestnou lekci. Ukázal, jaké cesty se v globalizující lidské společnosti otevírají některým patogenům...
Výhody nitridových polovodičů

Výhody nitridových polovodičů

Alice Hospodková  |  12. 7. 2021
V posledních pětadvaceti letech pronikly do polovodičového průmyslu nitridové polovodiče, založené na sloučeninách dusíku s prvky III. skupiny –...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné