CC BY
77
УДК 616-009
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2686-6838-2019-21-12-55-59
ТРАНСКРАНИАЛЬНАЯ МАГНИТНАЯ СТИМУЛЯЦИЯ В НЕВРОЛОГИИ И НЕЙРОРЕАБИЛИТАЦИИ
Ахмадеева1 Л.Р., Уразбахтина1 Ю.О., Камалова1 К.Р., Шаймухаметова1 Ф.Х., Ахмадеева1 Э.Н., Батаев2 Х.М.
!ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет, ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г.Уфа, Российская Федерация 2ФГБОУ ВО "Чеченский государственный университет", г. Грозный, Российская Федерация
TRANSCRANIAL MAGNETIC STIMULATION IN NEUROLOGY AND NEUROREHABILITATION
Akhmadeeva1 L.R., Urazbakhtina1 Yu.O., Kamalova1 K.R., Shajmukhametova1 F.H., Akhmadeeva1 E.N., Bataev2 Kh.M.
tBashkir State Medical University, Ufa Aviation Technical University, Ufa, Russian Federation 2 Chechen state University, Grozny, Russian Federation
Аннотация. Транскраниальная магнитная стимуляция головного мозга начала использоваться для реабилитации пациентов с заболевания нервной системы относительно недавно. Это неинвазивный способ воздействия на церебральные структуры для активации или ингибирования процессов работы корковых нейронов, при котором возможна как индукция образования новых синаптических меж-нейрональных связей, так и другие многочисленные не до конца изученные эффекты, включая нейропла-стические. В настоящее время ТМС в нейрореабили-тации применяется в лечении пациентов, перенесших острое нарушение мозгового кровообращения с моторным и речевым дефицитом, больных с депрессивными состояниями, поведенческими расстройствами и когнитивным дефицитом, в терапии экстрапирамидных расстройств при болезни Паркин-сона, в лечении болевых синдромов у пациентов различных возрастных групп. В данной работе, выполненной специалистами и учащимися как медицинского, так и инженерного профиля, мы обсуждаем преимущественно устройство аппарата для транскраниальной магнитной стимуляции, а также возможные механизмы его действия при применении различных катушек и индукторов, приводим примеры работы в неврологической и нейрореа-билитационой клинике для пациентов с различными заболеваниями.
Ключевые слова: Транскраниальная магнитная
Annotation. Transcranial magnetic stimulation was introduced for rehabilitation of patients with neurological disorders not long ago. This is a non-invasive technology affecting cerebral structures for activation or inhibition of the processes offunctioning in cortical neurons. It can stimulate formation of new synaptic interneuronal links and other effects including neuro-plasticity, not all details are known yet. Transcranial magnetic stimulation is used in neurorehabilitation today in the management of patients after cerebral strokes with motor deficiency and/or aphasia, patients with depressive disorders, behavioral and cognitive problems, patients with movement disorders like Parkinson disease, patients of different age with pain syndromes. This paper was written by specialists and students of two universities: medical and technical ones. We mainly discuss the device that is used for transcranial magnetic stimulation, how it works, and some possible mechanisms of its action when using different coils and inductors, give the examples from neurologic and neurorehabilitation clinics for patients with different conditions.
Keywords: Transcranial magnetic stimulation, neurology,
—--—
~ 55 ~
стимуляция, неврология, нейрореабилитация neumrehabilitation
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК [1] NEURODOC.RU [Электронный ресурс] - URL: http://neurodoc.ru/diagnos-tika/instrumentalnaya/transkranialnayamagnitn ayastimulyaciya.html (дата обращения: 03.06.19) [2] Патент РФ № 2373971 Устройство для магнитной стимуляции.// патент России № 2373971, заявл. 2007-11-22, опубл. 27.11.2009, Бюл. №33 [3] Беркутова А.М., Жулева В.И., Кураева Г.А., Про-шина Е.М. Системы комплексной магнитотера-пии. - М.: Лаборатория «Базовых Знаний», 2000. - 376 с. [4] Сорочинский А.А. Транскраниальная магнитная стимуляция // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2010. [5] Войтенков В.Б., Екушева Е.В., Скрипченко Н.В., Дамулин И.В. Транскраниальная магнитная стимуляция в диагностике и терапии болевых синдромов у детей и взрослых // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова, 2019, Т. 119, №4, С. 93-99 [6] Tung YC, Lai CH, Liao CD, Huang SW, Liou TH, Chen REFERENCES [1] NEURODOC.RU [elektronnyj resurs] - URL: http://neurodoc.ru/diagnos-tika/instrumen-talnaya/transkranialnayamagnitnayastimulya-ciya.html (data obrasheniya: 03.06.19) [2 ] Patent RF № 2373971 Ustrojstvo dlya magnit-noj stimulyatsii.// patent Rossii № 2373971, zayavl. 2007-11-22, opubl. 27.11.2009, Bul. №33 [3] Berkutova A.M., Zhuleva V.I., Kuraeva G.A., Proshina E.M. Sistemy kompleksnoj magnitot-erapii. - M.: Laboratoriya «Bazovyh Znanij», 2000. - 376 s. [4] Sorochinskij A.A. Transkranialnaya magnit-naya stimulyatsia / / Izvestiya Yuzhnogo Feder-alnogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2010. [5] Vojtenkov V.B., yekusheva E.V., Skripchenko N.V., Damulin I.V. Transkranialnaya magnit-naya stimulyatsiya v diagnostike i terapii bolevyh sindromov u detej i vzroslyh// Zhur-nal nevrologii i psihiatrii im .S.S. Korsakova, 2019, T. 119, №4, S. 93-99 [6] Tung YC, Lai CH, Liao CD, Huang SW, Liou
HC. Repetitive transcranial magnetic stimulation of lower limb motor function in patients with stroke: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Clin Rehabil. 2019 Jul;33(7):1102-1112. TH, Chen HC. Repetitive transcranial magnetic stimulation of lower limb motor function in patients with stroke: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Clin Rehabil. 2019 Iul:33(7):1102-1112.
Введение На данный момент существует значительный список заболеваний, устранение которых возможно только хирургическим вмешательством, к сожалению, многие пациенты, особенно люди в пожилом возрасте, трудно поддаются реабилитационному воздействию. Человек сталкивается с чередой трудноразрешимых задач, многие из которых сопровождаются тренировками, специальными поддерживающими процедурами, эффект которых зависит напрямую не только от желаний, но и от возможностей пациента с физиологической точки зрения. Метод магнитной стимуляции является современным не инвазивным способом воздействия на нервные клетки человека и животного. Он является относительно новым в применение его Российскими докторами, не
приносит сильный дискомфорт пациенту и обладает доказанной эффективностью для реабилитации пациентов с целым рядом состояний, относящихся к неврологическому профилю.
История не инвазивного воздействия на нейроны началась с французского физиолога Жака-Арсена Дарсонваля в 1896 году, решившего опытным путем изучить воздействие, оказывающееся магнитным полем на кору больших полушарий. Ученый поместил голову внутрь катушки, чтобы проверить влияние на человека больших магнитных полей.
Интенсивное использование магнито-терапии началось с 1980 года, когда Баркер с сотрудниками изобрели ячейку, в которой магнитная стимуляция осуществлялась с помощью катушки, размещенной
—--—
~ 56 ~
непосредственно на руке больного. В скором времени транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) показал себя весьма многообещающим и тонким методом, не ограничивающимся в возможностях по диагностике одной лишь моторной коры [1].
В основе воздействия ТМС на организм человека лежат изменения биохимических процессов. Под влиянием магнитного поля клеточные мембраны больших пирамидальных клеток Беца в пятом слое прецентральной извилины коры больших полушарий обратимо деполяризуются, благодаря чему в головном мозге индуцируются нервные импульсы, создавая новые синапсы и улучшая проводимость. Электромагнитный импульс беспрепятственно, без отклонений и угасания проходит через кожу, подкожную клетчатку,
апоневроз и кости черепа, при этом основные изменения под действием переменного магнитного поля возникают в мозговой ткани.
Основном достоинством аппарата транскраниальной магнитной стимуляции является возможность его применения как в диагностических, так и в терапевтических целях. Существуют разные виды данного прибора. Основные различия в его содержимом и технических характеристиках построены именно на этом различие.
Ввиду особой важности применения аппарата ТМС для улучшения качества жизни людей, перенесших тяжелые заболевания и восстановления их после, рассмотрим схему для проведения терапии. Главным отличием этого варианта является наличие охладительной системы.
Рис. 1. Структурная схема аппарата для ТМС с охлаждением (сплошной тонкой обозначено направление тока, сплошной толстой линией обозначено направление циркуляции
жидкости для охлаждения) [2].
Устройство работает следующим образом. После подключения к сети блок питания 1 подает выпрямленное напряжение на силовой транзистор 2 и элементы Пельтье 18. Первый датчик напряжения 12 формирует на своем выходе сигнал присутствия напряжения питания, который, поступая на третий вход драйвера 9, готовит его к работе. До поступления управляющих сигналов силовой транзистор 2 закрыт, и заряда силовой емкости 5 не происходит.
При подаче от командоаппарата 13 сигнала подготовки включается в работу насос 15 и подается напряжение на второй вход блока управления 11. Насос 15 начинает приводить в
движение охлаждающую жидкость, которая циркулирует по контуру: расширительная емкость 16, магнитный индуктор 8, насос 15, теплообменник 17, подготавливая устройство к проведению импульса, при котором в магнитном индукторе 8 будет выделяться большое количество тепла.
Блок управления 11 через свой первый выход формирует разрешающий сигнал на втором входе драйвера 9, который, в свою очередь, подает сигнал открытия на силовой транзистор 2. Силовой транзистор 2 открывается, подключая постоянное напряжение с блока питания 1 к первичной обмотке импульсного трансформатора 3. Одновременно с этим
~ 57 ~
датчик тока 10 формирует на первом входе драйвера 9 сигнал, пропорциональный величине тока в первичной обмотке импульсного трансформатора 3. Этот сигнал сравнивается с сигналом от первого датчика напряжения 12 и в момент равенства этих напряжений драйвер 9 через управляющий вход силового транзистора 2 закрывает последний, что приводит к прерыванию тока первичной обмотки импульсного трансформатора 3. После этого напряжение, повышенное до нескольких киловольт, поступает от вторичной обмотки импульсного трансформатора 3 на выходной диод 4 и силовой конденсатор 5. Накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия начинает «разряжаться» через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его. Благодаря сравнению сигнала датчика тока 10 с сигналом от первого датчика напряжения 12 потребляемый силовой схемой из сети ток пропорционален входному напряжению. Это корректирует коэффициент мощности устройства и позволяет получить улучшенные энергетические показатели.
Пока накопленная в импульсном трансформаторе 3 энергия «разряжается» через выходной диод 4 на силовой конденсатор 5, заряжая его, на втором датчике напряжения 14 присутствует сигнал, который поступает на третий вход драйвера 9, удерживая его в выключенном состоянии.
Как только вся энергия импульсного трансформатора 3 перейдет в силовой конденсатор 5, второй датчик напряжения 14 укажет на снижение сигнала, напряжение на четвертом входе драйвера 9 упадет, драйвер 9 включится и цикл повторится сначала уже без подачи ручного сигнала от командоаппарата 13. При этом насос 15 с системой охлаждения будет продолжать работу.
Величина напряжения, до которого заряжается силовой конденсатор 5, контролируется делителем напряжения 6, задача которого - служить датчиком, прекращающим процесс заряда силового конденсатора 5 после достижения заданной величины напряжения. Прекращение заряда осуществляется путем подачи на первый вход блока управления 11 сигнала запрета с делителя напряжения 6. При
этом блок управления 11 через свой первый выход формирует запрещающий сигнал на втором входе драйвера 9.
При подаче от командоаппарата 13 на второй вход блока управления 11 сигнала на разряд силового конденсатора 5 на втором выходе блока управления 11 появляется напряжение, поступающее на управляющий вход силового тиристора 7, который открывается и соединяет ранее заряженный силовой конденсатор 5 с магнитным индуктором 8. Происходит разряд силового конденсатора 5 через обмотку катушки магнитного индуктора 8, вокруг катушки образуется магнитное поле заданной величины, воздействующее на выбранные исследователем зоны коры головного мозга. Образование магнитного поля сопровождается выделением большого количества тепла, и охлаждающая жидкость, находящаяся в это время в магнитном индукторе 8, нагревается. При своем движении по охлаждающему контуру за счет насоса 15 эта жидкость поступает в теплообменник 17, тепло от которого отводится элементами Пельтье 18, прикрепленными своей охлаждающей поверхностью к стенке теплообменника 17. Этот процесс происходит достаточно эффективно за счет свойства элементов Пельтье 18 отбирать тепло от одной поверхности и отдавать его другой. В качестве последней выступает радиатор 19, нагрев которого не приводит к нагреву жидкости в теплообменнике, что сказывается на скорости охлаждения магнитного индуктора 8. В то же время увеличение объема охлаждающей жидкости, связанное с ее расширением в процессе нагрева, не приводит к разрыву элементов охлаждающего контура, поскольку расширительная емкость 16 в исходном состоянии залита не полностью, что позволяет избежать нежелательных последствий. Тем самым тепловое воздействие на зону стимуляции сводится к минимуму. Поскольку к магнитному индуктору 8 во время разряда подводится высоковольтный электрический сигнал, в качестве охлаждающей выбирается жидкость с диэлектрическими свойствами, например, полидиметилсилоксан.
После разряда и закрытия силового тиристора 7 начинается процесс заряда силового
—--—
~ 58 ~
конденсатора 5 по алгоритму, представленному выше без останова насоса 15, который продолжает охлаждать магнитный индуктор 8.
Предлагаемое устройство позволяет минимизировать температурное воздействие магнитного индуктора, нагревающегося во время магнитного стимула, и тем самым повысить информативность исследования [2].
Устройство для ТМС работает в нескольких режимах, выбор которого определяется видом и тяжестью заболевания. Применяется широкий спектр катушек, которые различаются наружным и внутренним диаметром,
«V«
W
числом витков, индукцией магнитного и электрического полей [3]. Один из способов изготовления индукторов - это фрезеровка деталей из листового пластика, которые впоследствии склеиваются [4].
Существуют койлы с одной катушкой кольцевидной формы, которые нашли широкое применение в диагностике, так как обладают большой площадью распространения магнитного поля и способны зарегистрировать моторный ответ при достаточно приблизительном знании месторасположения того или иного отдела.
Рис. 2 Глубина проникновения магнитного поля, форма возбуждения на модели, вид индуктора для диагностики
Если индукторы с одной катушкой распространены в диагностике, то «бабочка» нашла широкое применение в терапии, так как обладает малой площадью рассеивания, предельной точностью и глубиной проникновения. При помощи данной модели также можно регистрировать потенциал моторной реакции, но его локализация в данном случае имеет значение.
В Республике Башкортостан специалисты-неврологи прошли обучение и работают с аппаратами ТМС как в государственных, так и в частных клиниках, применяя его в лечении пациентов различных возрастных групп. Основными состояниями, для которых в реабилитационных программах используется ТМС, являются постинсультные двигательные и речевые нарушения, болезнь Паркинсона,
болевые синдромы, включая первичные це-фалгии, депрессивные проявления и когнитивный дефицит. Для всех вышеперечисленных заболеваний имеются доказательства эффективности метода ТМС, включая оригинальные Российские и зарубежные исследования и систематические обзоры, опубликованные в 2019г [5-6].
Таким образом, мы, основываясь на данных литературы, изученных и приведенных в статье механизмах работы, собственном клиническом опыте, считаем, что метод ТМС может стать перспективным дополнением к имеющимся на сегодняшний день методами помощи пациентам неврологического профиля, в том числе в реабилитационном процессе.
—--—
~ 59 ~
