Более строгое регулирование артериального давления может привести к лучшему восстановлению после травмы спинного мозга

Пациенты с новыми травмами спинного мозга, у которых кровяное давление поддерживается в пределах недавно определенного диапазона во время операции, могут иметь больше шансов восстановить некоторую подвижность и функциональность – даже у пациентов с самыми тяжелыми травмами – согласно новому исследованию исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.


В частности, для одного пациента, отца двоих детей, пострадавших в результате несчастного случая при серфинге, инновационное понимание и последовавшее исследование у постели больного означали разницу между полным параличом и возобновлением его жизни.

Используя новую технику машинного обучения, называемую анализом топологических данных (TDA) - так называемую, потому что она заимствует концепции из геометрической топологии, – исследователи смогли выявить закономерности в больших наборах данных, чтобы найти связи, которые никогда ранее не понимались, которые объясняют, почему некоторые люди восстанавливают некоторый контроль над двигательными функциями после серьезной травмы, в то время как другие остаются с полным параличом. По словам исследователей, исследование также может иметь последствия для пациентов, перенесших операции на позвоночнике при более распространенных заболеваниях, хотя необходимы дальнейшие исследования.

"Без использования TDA данные были бы разнородными, подавляющими и недоступными человеческому пониманию", - сказал соавтор Адам Фергюсон, доктор философии, директор по науке о данных в Центре травм головного и спинного мозга UCSF, который был первым ученым, который использовал машинное обучение в качестве инструмента для выявления связи между восстановлением травмы спинного мозга и кровяным давлением, используя данные как опубликованных, так и неопубликованных исследований.

"Анализ топологических данных помог нам "увидеть" закономерности, которые трудно увидеть людям", - сказал Фергюсон, который также связан с Институтом нейробиологии Калифорнийского университета в Вайле.

Исследование, основанное на ретроспективных данных из операционных больниц, публикуется в журнале eLife 16 ноября 2021 года и следует за доклиническими исследованиями Фергюсона, используя данные как опубликованных, так и неопубликованных исследований.

Авторы исследования включают представителей четырех других учреждений (см. Ниже), а также исследователей TRACK-SCI, возглавляемого UCSF сотрудничества исследователей, клинических исследователей и клиницистов, которым поручено разрабатывать новые методы лечения от скамейки до постели больного.

Автомобильные аварии, падения - наиболее распространенные причины травм спинного мозга
Травма спинного мозга поражает примерно 18 000 человек в Соединенных Штатах каждый год, при общей распространенности около 300 000 случаев, по данным Национального статистического центра по травмам спинного мозга. Автомобильные аварии и падения являются наиболее распространенными причинами, при этом более 50 процентов травм затрагивают шейный отдел позвоночника, область шеи, что связано с более серьезными нарушениями и более серьезными осложнениями.

В текущем исследовании исследователи отслеживали данные 118 пациентов в двух больницах с травматологическими центрами 1-го уровня: Больница общего профиля и Травматологический центр Цукерберга в Сан-Франциско (ZSFG) и Медицинский центр долины Санта-Клара. Они сравнили предполагаемую степень травмы при поступлении с предполагаемой степенью травмы при выписке. Оценки соответствовали шкале нарушений Американской ассоциации травм позвоночника и варьировались от A, обозначающей полную потерю двигательных и сенсорных функций ниже уровня травмы, до E для нормальных ощущений и полной двигательной функции.

Тот же метод машинного обучения, который использовал Фергюсон с доклиническими данными в предыдущем исследовании, был применен к текущему исследованию с использованием клинических данных, собранных с интервалом от одной до пяти минут, пока пациенты находились в операционной. Из 42 пациентов, чьи травмы улучшились по крайней мере на одну степень с момента поступления до выписки, у 18 была травма степени А, у восьми - степени В, у 11 - степени С и у пяти - степени D.

Эти модели TDA были затем проверены экспертами по травмам спинного мозга и статистиками, которые разработали строгие статистические модели, которые "оценивали их истинность", сказал Фергюсон.

"Это идеальный пример использования того, как машинное обучение может быть реализовано в биомедицине – это партнерство между машинами и людьми, обладающими знаниями в клинической области", - сказал он. "По сути, мы киборги с помощью машинного обучения".

Исследователи пришли к выводу, что пациенты с слишком высоким или слишком низким кровяным давлением во время операции имели более плохое нейромоторное восстановление после операции. Максимальное восстановление было связано со средним артериальным давлением, поддерживаемым в диапазоне от 76 мм рт.ст. до 104-117 мм рт.ст., что является более узким диапазоном, чем нынешние рекомендации, которые следовали за меньшими клиническими исследованиями.

Особенно интересно, что в этой работе был определен верхний предел диапазона артериального давления, который ранее не считался вредным в клинической практике. Если результаты могут быть подтверждены в нашем проспективном исследовании, оно может дать новые рекомендации по управлению нашим кровяным давлением для пациентов с острой травмой спинного мозга".

Джонатан Пан, доктор медицинских наук, соавтор, Отделение анестезии и периоперационной помощи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе

Паралич создает "бурю клеточных стрессоров"

Паралич после травмы вызван отеком/кровоподтеком и "бурей клеточных стрессоров, которые могут разрешиться после травмы, если нейроны переживут ультраострую фазу травмы спинного мозга", - сказал соавтор Абель Торрес-Эспин, доктор философии, из Отделения неврологической хирургии UCSF и Института неврологии Вейля UCSF.

"Повреждение нейронов при травмах спинного мозга приводит к нарушению регуляции кровяного давления, что, в свою очередь, ограничивает поступление крови и кислорода в напряженную ткань спинного мозга, усугубляя гибель спинномозговых нейронов. Таким образом, точное регулирование артериального давления является ключевой целью для лечения травм спинного мозга", - сказал Торрес-Эспин, который создал программный конвейер, сделав его открытым исходным кодом, чтобы другие ученые могли повторно использовать аналитические технологии для новых целей.

Исследователи отметили, что для пациентов с наиболее тяжелыми травмами класса А оптимальное кровяное давление во время операции может быть ключевым фактором в понижении этих травм до класса С. "Разница между классом А и классом С может быть значительной и значимой с точки зрения независимости и функциональности", - сказала соавтор Дебра Хеммерле, доктор медицинских наук, из Центра травм головного и спинного мозга UCSF.

"Это означает, что пациент, который в противном случае мог бы полагаться на человеческую помощь для удовлетворения своих самых основных потребностей, может стать способным самостоятельно передвигаться с инвалидной коляски на кровать, ходить с помощью вспомогательных устройств и заниматься некоторыми видами повседневной жизни без посторонней помощи".