CC BY
118
УДК 616-073.756.8+616.8-073.97:616.89-008.45/.07-08
ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ И ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ: СОВРЕМЕННАЯ ДИАГНОСТИКА И КОРРЕКЦИЯ КОГНИТИВНЫХ НАРУШЕНИЙ
11 2 Н.П. Романчук , В.Ф. Пятин , А.Н. Волобуев
ГБОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России 1 Кафедра нормальной физиологии
2Кафедра медицинской и биологической физики с курсом математики и информатики г. Самара, Россия
Аннотация. Комбинированное применение позитронно-эмиссионной томографии и электроэнцефалографии позволяет управлять биофизикой нейропроцессов. Прикладная нейрофизиология и современный нейро-компьютерный интерфейс повышают роль медицинской нейрореабилитации, способствуют сохранению персонифицированного здоровья и когнитивного долголетия человека. Комплексная гериатрическая оценка, клиническое применение программы определения биологического возраста и снижение полиморбидности увеличивают работоспособный период у лиц старше трудоспособного возраста.
Ключевые слова: биофизика нейропроцессов, биологический возраст, гемодинамика, гериатрический анализ, когнитивные нарушения, нейро-компьютерный интерфейс, позитронно-эмиссионная томография, физиология реабилитации функций; физиология биоритмов, электроэнцефалография.
Главное преимущество позитронно-эмис-сионной томографии (ПЭТ) - это возможность не только получать изображения внутренних органов, но и оценивать их функцию и метаболизм. Таким образом, при помощи ПЭТ удается выявлять болезнь на самом раннем этапе, еще до проявления клинических симптомов. Чувствительность и специфичность метода значительно возрастают при комбинированном применении ПЭТ с электроэнцефалографией (ЭЭГ).
ПЭТ относится к такой бурно развивающейся отрасли, как ядерная медицина. Этот
метод позволяет построить трехмерную модель внутренних органов и проследить за функциональными процессами, происходящими в организме. Главный плюс этого метода в том, что с его помощью можно увидеть, насколько полноценно функционируют внутренние органы.
Нами разработан способ определения плотности биоткани в патологическом очаге с помощью ПЭТ, содержащего устройство, измеряющее разность частот у-квантов, одновременно поступающих на детекторы у-излу-чения. При этом измеряется максимальная
—--—
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----—-
разность частот §-квантов, одновременно поступающих на детекторы у-излучения и по этой разности частот на основе эффекта Доплера находится скорость позитрона и пропорциональная ей плотность биоткани в патологическом очаге.
Важнейшим отличительным условием инновационной методики является использование другой системы отсчета, в которой электрон покоится, а движется позитрон [1].
С учетом экономического и социального запроса на эффективное и когнитивное долголетие человека, сохранение персонифицированного здоровья высококвалифицированного персонала перспективным является комбинированное применение ПЭТ и ЭЭГ, позволяющее управлять биофизикой нейро-процессов.
Клиническая нейрофизиология и современный нейро-компьютерный интерфейс повышают роль медицинской нейрореабили-тации в сохранении работоспособности и когнитивных функций человека. При этом комплексная гериатрическая оценка, мониторинг биологического возраста и гериатрическое снижение полиморбидности улучшают эффективность комбинированного индивидуального лечения и, как следствие, увеличивают работоспособный период у лиц старше трудоспособного возраста.
Гериатрический анализ общественной структуры общества является необходимой предпосылкой правильной организации системы здравоохранения.
Гериатрический анализ проводится на трех уровнях:
1) анализ изменения отдельного организма с возрастом;
2) анализ изменения с возрастом семейных взаимоотношений, и влияние эволюций этих отношений на здоровье каждого индивидуума в семье;
3) анализ возрастных изменений в популяции, как на уровне региона, так и на уровне страны и человечества в целом.
Метод ПЭТ дает уникальную диагностическую информацию, позволяет изменить тактику медикаментозного и немедикаментозного лечения в соответствии с этими данными и в ряде случаев уменьшить стоимость дальнейшей диагностики и лечения. Исследование функциональных изображений ПЭТ позволяет получать функциональные изображения, отражающие процессы жизнедеятельности органов и тканей организма человека на молекулярном уровне, включая метаболизм глюкозы и утилизацию кислорода, оценку кровотока и перфузии, оценку концентрации и сродства специфических рецепторов.
Меченые радиоизотопами метки и метод анализа кинетики метки используются для количественной оценки таких процессов, как кровоток, мембранный транспорт, метаболизм, синтез, лиганд-рецепторные взаимодействия, для картирования аксональных зон проецирования антероградной и ретроградной диффузии, регистрации моментов клеточного деления, маркерного анализа с использованием метода рекомбинантной ДНК, радиоиммунного анализа, исследования взаимодействия препаратов с химическими системами организма. Методика использования меток продолжает оставаться одной из самых чувствительных и широко применяемых для анализа состояния биологических систем.
Характерно, что реакция популяции на генетико-математический закон заключается в повышении финансирования научных исследований связанных с более ранней диагностикой когнитивных нарушений (КН). При успехе в данном направлении происходит значительное повышение периода работоспособности у лиц старше трудоспособного возраста.
КН и пограничное расстройство личности (ПРЛ) являются самыми частыми клиническими вариантами личностных расстройств драматического кластера, а его распространенность в общей популяции достигает 11% [3].
—--—
~ 8 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----
Данное психическое расстройство характеризуется значительной тяжестью клинических проявлений, сопровождается суицидами и деструктивным поведением, а также частой ассоциацией с аффективной и наркологической патологией, что обуславливает значительные совокупные социальные затраты на диагностику, лечение и реабилитацию пациентов. Психиатры испытывают выраженные затруднения в диагностике расстройства, ошибочно принимая его за биполярный психоз или другие расстройства личности В-кластера. С целью объективизации диагностики ПРЛ была разработана шкала клинической рейтинговой оценки ПРЛ. Логическим продолжением работы по созданию стандартизированных способов диагностики ПРЛ является разработка инструментов для оценки степени тяжести расстройства [3].
Оценка степени тяжести проявлений ПРЛ представляет собой сложную клиническую задачу. Сложность оценки тяжести ПРЛ обуславливается следующими факторами: 1) выраженным полиморфизмом клинических проявлений расстройства, включающих расстройства аффективной сферы, регуляции самооценки, нарушения восприятия, мышления, расстройства влечений; 2) отсутствием при ПРЛ легко идентифицируемого аномального паттерна поведения, характерного для большинства других расстройств личности;
3) частыми временными компенсациями состояния, которые обусловлены эффективностью манипуляций пациента по отношению к значимым лицам из своего окружения;
4) высокой частотой реградиентного течения ПРЛ, проявляющегося постепенным уменьшением выраженности отдельных симптомов; 5) значительным (до 75% всех случаев) объемом коморбидной психической патологии, усложняющей клиническую картину.
При проведении гериатрического анализа продолжительности жизни работоспо-
собного периода человека в регионе проводятся исследования состояния здоровья по следующему алгоритму [4]:
1) определение образа жизни;
2) выявление факторов риска социально-значимых заболеваний;
3) регистрация производственного и бытового фактора мутагенеза;
4) определение генетического паспорта;
5) определение биомаркеров заболеваний;
6) определение биологического возраста;
6) диагностика полиморбидности;
7) выявление КН и ПРЛ;
8) комплексная гериатрическая оценка;
9) оценка эффективности комбинированного (медикаментозного и немедикаментозного) лечения.
С целью снижения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний необходимо определение жесткости сосудов и биологического возраста сосудов. Это позволяет выявить категории лиц старше трудоспособного возраста с риском сердечно-сосудистых и це-реброваскулярных осложнений, возрастными изменениями сосудов и оценить эффективность лечения [5].
С увеличением возраста в структуре КН неуклонно увеличивается доля лиц с патологическими формами КН, причиной которых выступают многие виды цереброваскулярной патологии. Распространенность тяжелых форм КН у лиц старше 65 лет достигает 20%. Органические когнитивные расстройства представляют собой ранний этап развития деменции. Риск развития деменции среди пациентов, страдающих КН весьма велик и составляет до 10-15% в год.
В настоящее время работоспособность человека и его когнитивные функции зависят от влияния хронобиологических процессов «сон—бодрствование». По современным представлениям водитель ритма мозга — та-ламус — поочередно опрашивает клетки
—--—
~ 9 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----—-
мозга (нейроны) о наличии возбуждения. Процессы электрических колебаний в нейронах при их опрашивании (сканировании), отражаются а-ритмом. Волны ЭЭГ в основном возникают за счет потенциалов постси-наптических мембран в корковых нейронах при поступлении к ним сигналов от таламуса или от других структур мозга. Как только клетки начинают обрабатывать информацию: зрительную, слуховую или мыслительную — ритм их электрических колебаний меняется, процессы усложняются, становятся более многообразными, появляется в-ритм или у-ритм.
При этом исследуют также вызванные потенциалы, например, биопотенциалы, появляющиеся при световой стимуляции над затылочной костью, под которой находится область мозга, отвечающая за переработку зрительной информации и когнитивные функции.
Высококвалифицированная категория ответственных работников, которым свойственна высокая тревожность (или латентная), чаще проявляют менее продуктивное (нецеленаправленное или смещенное) поведение, так как церебральные механизмы организации межцентральных взаимосвязей находятся у них в состоянии повышенного напряжения, что обеспечивает им постоянную готовность к ответу на новые раздражители. Это с одной стороны способствует быстрому реагированию в некоторых ситуациях и, возможно, инициирует обострение творческих способностей, а с другой стороны может повышать риск возникновения психосоматических заболеваний и провоцировать хроническую бессонницу вследствие стойкой деформации цикла бодрствование — сон.
Концепцию главного водителя ритма необходимо дополнить концепцией периферических часов, имеющихся в каждом органе и, возможно, в каждой клетке организма.
Каждый орган имеет свой собственный и специфично отрегулированный циркадианный ритм (частота сердечных сокращений, метаболизм в печени, почечный транспорт) и генную экспрессию. В нормальном состоянии роль синхронизатора всех ритмов выполняют супрахиазматические ядра (СХЯ) головного мозга. Сигнал из СХЯ трансформируется, преимущественно в гормональный или вегетативный сигнал для периферических органов. Висцеральная, сенсорная и гормональная информация передается по системе обратной связи в гипоталамус, способствуя его тонкой настройке для синхронизации времени суток внешнего цикла день-ночь с метаболической информацией, поступающей изнутри организма. Фаза каждого ритма может корректироваться различными реакциями циркадианных часов данной ткани в ответ на сигналы от СХЯ или окружающей среды. Такая система способна эффективно адаптироваться к малейшим и постепенным изменениям входящего сигнала (например, сезонные изменения длительности светового дня), но также предрасположена к транзиторным и тяжелым нарушениям, если изменения фазы такого сигнала прерываются или чрезмерно увеличиваются (что наиболее отчетливо наблюдается при путешествии с быстрой сменой часовых поясов или изменении режима работы). Эта система нарушается при аффективных расстройствах. Вегетативные симптомы, которые являются составной частью депрессивного синдрома, часто выступают как предшественники депрессии. Если сон утрачивает точное соответствие внутренним или внешним часам, если увеличивается количество потребляемой пищи или происходит инверсия поведения, в связи с которой снижается моторная активность и сокращается длительность действия естественного света (а также ограничиваются социальные контакты), не удивительно, что
—--—
~ 10 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----
подобные изменения в поведении оказывают влияние на разные часы, в той или иной степени смещая их время относительно друг друга и относительно цикла день-ночь. Такой временной беспорядок вызывает внутреннюю стрессовую реакцию. С позиции концепции о едином результирующем нейроэндокринном факторе депрессии — гиперактивности системы — можно говорить о важности этой регулирующей системы в отношении как физиологических, так и психических функций [2].
Электрические процессы в мозге в основном еще не изучены. Биофизический характер эквивалентного электрического генератора мозга продолжает исследоваться.
Вывод. Комбинированное применение позитронно-эмиссионной томографии и электроэнцефалографии позволяют сохранять когнитивные функции людей старших возрастных групп. Большую роль для медицинской нейрореабилитации играет современный ней-
ро-компьютерный интерфейс. Комплексная гериатрическая оценка и программы определения биологического возраста увеличивают работоспособный период у лиц старше трудоспособного возраста.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волобуев А.Н. Основы медицинской и биологической физики. Самара, 2011.
2. Пятин В.Ф., Романчук Н.П., Романчук ПИ. и др. Способ нормализации циркадианных ритмов человека. Патент 2533965.
3. Романов Д.В., Романчук Н.П. Ранняя диагностика когнитивных нарушений. Самара, 2014.
4. Романчук П.И., Волобуев А.Н., Сирот-ко И.И. и др. Активное долголетие: биофизика генома, нутригеномика, нутригенетика, ревита-лизация. Самара, 2013.
5. Романчук П.И., Романчук Н.П. Способ оценки возрастных изменений сердечно-сосудистой системы. Патент 2485886.
POSITRON-EMISSION TOMOGRAPHY AND ELECTROENCEPHALOGRAPHY: MODERN DIAGNOSTICS AND CORRECTION
OF COGNITIVE VIOLATIONS
11 2 N.P. Romanchuk , V.F. Pyatin , A.N. Volobuev
Samara state medical university
1 Department of normal physiology
2
Department of medical and biological physics with a course of mathematics and informatics Samara, Russia
Annotation. The combined application of the positron-emission tomography and electroencephalography allows to operate of the neuroprocesses in biophysics. The applied neurophysiology and the modern brain-computer interface raise a role of medical neurorehabilitation, promote preservation of the personalized health and cognitive longevity of the person. A complex geriatric estimation, clinical applications of the program of biological age definition and reduction of the multimorbidity increase the efficient period for people older working age.
Key words: biophysics of neuroprocesses, biological age, haemodynamics, geriatric analysis, cognitive violations, neuro and computer interface, positron and issue tomography, physiology of rehabilitation of functions; physiology of biorhythms, electroencephalography
—--—
~ 11 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ ЭЛ № ФС77-50518 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ (НЭБ) — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
----—-
REFERENCES
1. Volobuev A.N. Fundamentals of medical and biological physics. Samara. 2011.
2. Pyatin V.F., Romanchuk N.P., Roman-chuk P.I. Method of normalization of circadian rhythms in humans. Patent 2533965.
3. Romanov D.V., Romanchuk N.P. Early diagnosis of cognitive impairment. Samara. 2014.
4. Romanchuk P.I., Volobuev A.N., Sirotko I.I. Active aging: biophysics of the genome, nutrigeno-mics, nutrigenetics, revitalization. Samara, 2013.
5. Romanchuk P.I., Romanchuk N.P. Method of assessment of age-related changes in cardiovascular system. Patent 2485886.
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Захарова Наталья Олеговна — д.м.н., профессор, заведующая кафедрой гериатрии ГБОУ ВПО «Самарский государственный университет» Минздрава России, г. Самара
Ковшова Ольга Степановна — д.м.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской психологии и психотерапии ГБОУ ВПО «Самарский государственный университет» Минздрава России, г. Самара
