Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления об этиопатогенезе эпилепсии и использование в ее лечении транскраниальной магнитной стимуляции (обзор литературы) 12
1.1 Эпидемиология, этиология и патогенез эпилепсии 12
1.2 Базовые механизмы эпилептогенеза и эпилепсии 16
1.3 Эпилепсия и нейропластичность 20
1.4 Методы лечения эпилепсии 22
1.5 Транскраниальная магнитная стимуляция в эпилептологии 28
1.6 Выводы 35
ГЛАВА2. Материал и методы исследования 37
2.1 Моделирование распределения импульсного магнитного поля и индуцированных им токов в гетерогенной модели головного мозга 37
2.2 Экспериментальные модели судорог 38
2.2.1 Электрошоковая модель 38
2.2.2 Коразоловая модель 41
2.2.3 Пикротоксиновая модель 43
2.3 Клиническая характеристика пациентов 43
2.4 Методики нейропсихологического тестирования и оценки качества жизни 45
2.5 Методика картирования электроэнцефалограммы 45
2.6 Методика картирования когнитивных вызванных потенциалов и зрительных вызванных потенциалов на вспышку 46
2.7 Методика регистрации мигательного рефлекса 47
2.8 Методика регистрации моторного вызванного потенциала при диагностической транскраниальной магнитной стимуляции 47
2.9 Методика проведения диффузионной тензорной магнитно-резонансной томографии с трактографией и многовоксельной протонной спектроскопии 47
2.10 Методика ритмической транскраниальной магнитной стимуляции 49
2.11 Статистические методы, использованные в исследовании 50
ГЛАВА 3. Распределение импульсного магнитного поля в зависимости от его параметров и ин дуциров анных им токов в гетерогенной модели головного мозга
3.1 Постановка задачи 51
3.2 Среда «COMSOL Multiphysics» 52
3.3 Модель головы и модели индукторов 53
3.4 Моделирование магнитных полей и индуцированных токов 57
3.5 Физико-математическое обоснование расчетов 60
3.6 Обсуждение полученных результатов 74
3.7 Выводы 79
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование противосудорожного действия импульсных магнитных полей 80
4.1 Антиконвульсивная эффективность транскраниальной магнитной стимуляции на модели электрошоковых судорог 80
4.2 Антиконвульсивная эффективность транскраниальной магнитной стимуляции на коразоловой модели судорог 94
4.3 Антиконвульсивная эффективность транскраниальной магнитной стимуляции на пикротоксиновой модели судорог 114
4.4 Экспериментальное обоснование сочетанного применения транскраниальной магнитной стимуляции и антиконвульсантов 133
4.5 Выводы 140
ГЛАВА 5. Эффективность сочетанного применения транскраниальной магнитной стимуляции и антиконвульсантов в лечении эпилепсии 142
5.1 Клиническая характеристика пациентов и эффективность медикаментозной терапии 142
5.2 Структурно-морфологические изменения мозга при эпилепсии по данным диффузионной тензорной магнитно-резонансной томографии и трактографии 143
5.3 Оценка клинической эффективности транскраниальной магнитной стимуляции 152
5.4 Противотревожный и антидепрессантный эффект рТМС при эпилепсии 155
5.5 Нейрометаболические эффекты транскраниальной магнитной стимуляции по данным протонной магнитно-резонансной спектроскопии 159
5.6 Нейрофизиологическая оценка эффективности транскраниальной магнитной стимуляции 168
5.6.1 Динамика показателей картированной электроэнцефалографии.. 168
5.6.2 Динамика показателей когнитивных и зрительных вызванных потенциалов 175
5.6.3 Динамика показателей мигательного рефлекса 177
5.7 Выводы 183
ГЛАВА 6. Предикторы эффективности транскраниальной магнитной стимуляции и качество жизни пациентов с эпилепсией 185
6.1 Предикторы противосудорожной эффективности транскраниальной магнитной стимуляции 185
6.2 Оценка качества жизни как показатель эффективности транскраниальной магнитной стимуляции 187
6.3 Выводы 193
Выводы 194
Основные научные результаты диссертации 194
Практические рекомендации 198
Перечень условных обозначений 199
Библиографический список 200
- Эпилепсия и нейропластичность
- Методики нейропсихологического тестирования и оценки качества жизни
- Моделирование магнитных полей и индуцированных токов
- Антиконвульсивная эффективность транскраниальной магнитной стимуляции на коразоловой модели судорог
Введение к работе
Актуальность темы исследования. По данным ВОЗ, распространенность эпилепсии в общей популяции составляет 7-10 случаев на 1 тыс. населения. Эпилепсия является инвалидизирующим заболеванием: у 10-20% пациентов развивается деменция, у 1-8,2% – психозы, а у 30-60% – разнообразные непсихотические расстройства, что существенно нарушает социальную адаптацию больных эпилепсией и приводит к снижению качества их жизни (M. Leonardi et al., 2002; Е. Беги с соавт., 2002; К. Malmgren et al., 2003; Л.В. Липатова, 2009; В.А. Михайлов, 2008; В.Г. Помников c соавт., 2009). Важно отметить, что только в 40–60% случаев применение адекватной противоэпилептической терапии позволяет достичь стойкой ремиссии или компенсации состояния больного (А.Б. Гехт, 2000; В.А. Карлов, 2000; Л.Р. Зенков, 2010).
Несмотря на успехи в лечении эпилепсии, частота фармакорезистентных форм остается на прежнем высоком уровне и составляет около 40% случаев (P. Kwan et al., 2000, 2010). Достижение редукции частоты приступов является сложной задачей, для решения которой нередко приходится неоднократно менять антиконвульсанты и их дозы, а также комбинации препаратов, прежде чем будет достигнут положительный результат (К.Ю. Мухин c соавт., 2002, 2005; Г.Г. Шанько с соавт., 2003; С.А. Громов с соавт., 2004, 2008; Г.Н. Авакян с соавт., 2005; К.В. Воронкова с соавт., 2010). Одним из необходимых этапов в достоверной диагностике эпилепсии является определение структурно-метаболических нарушений мозга (М.М. Одинак с соавт., 2010).
Важной проблемой остается безопасность, переносимость и развитие побочных эффектов, вызываемых применяемыми препаратами. Достаточно часто негативные последствия терапии, обусловленные побочными реакциями, могут превосходить положительный результат лечебного эффекта. Большинство антиконвульсантов оказывают негативное влияние на ЦНС, психическую сферу и когнитивные функции, нередко трансформируют клиническое проявление заболевания и изменяют электрофизиологические показатели, усложняя течение эпилепсии (P.H. McCabe, 2000; A. Panayotopoulos, 2007). Приблизительно у 39% пациентов с эпилепсией требуется проведение политерапии. В результате возникает риск повышения частоты побочных эффектов, неблагоприятных лекарственных взаимодействий и тератогенности, а также трудности в оценке эффективности и побочных проявлений отдельного препарата (В.А. Карлов, 2010; P. Kwan et al., 2000, 2006, 2010). В связи с этим необходим поиск современных стратегий лечения эпилепсии, основанных на использовании комбинаций противосудорожных средств в минимальных дозах, уменьшающих негативные проявления, и других немедикаментозных средств, прежде всего физических факторов. Наибольший интерес в этом аспекте представляет ритмическая транскраниальная магнитная стимуляция (рТМС).
Степень разработанности темы исследования. Транскраниальная магнитная стимуляция является неинвазивным методом, позволяющим стимулировать образования нервной системы посредством электрических токов, индуцированных импульсным магнитным полем (ИМП) (Р.Ф. Гимранов, 2002; С.С. Никитин, А.Л. Куренков, 2003, 2006; M. Hallet et al., 2005).
Терапевтические эффекты ритмической ТМС в настоящее время зарегистрированы при лечении ряда неврологических, психических и других заболеваний (А.А. Скоромец с соавт., 1997; Р.Ф. Гимранов, 2002; С.Г. Капилетти, 2003; E.M. Wassermann et al., 2001; P.M. Rossini et al., 2008). Показано, что рТМС способна редуцировать кортикальную возбудимость, способствуя развитию противосудорожного эффекта (R.Chen et al., 1997; Di Lazzaro, 1998; J. Brasil-Neto et al., 2004; F. Fregni et al., 2005; R. Cantello et al., 2007; A. et al., 2009). Существующие ограничения знаний в понимании механизмов рТМС могут быть восполнены дальнейшими исследованиями на животных, что является необходимым этапом внедрения новых препаратов и методов в клиническую эпилептологию.
Экспериментальные данные, посвященные изучению антиконвульсивного действия импульсных магнитных полей, ограничены единичными публикациями (N. A. et al., 2008; M. Huang et al., 2009). Это диктует необходимость проведения дальнейших исследований для выяснения закономерностей противосудорожного действия различных параметров магнитного поля в экспериментальных моделях судорог, а также изучение его влияния на фармакодинамику антиконвульсантов.
Исследования последних десятилетий открыли новый этап в понимании процессов, лежащих в основе эпилептогенеза, определили ряд основных механизмов этого процесса, видоизменили взгляды на стратегию патогенетического лечения эпилепсии ( J. et al., 2008; F.P. Miller et al., 2010; A. et al., 2011). Они вселяют надежду, что применение метода рТМС окажется эффективным инструментом и откроет новые перспективы в оказании лечебной помощи пациентам с пароксизмальными состояниями.
Цель исследования: установить закономерности противосудорожного действия рТМС, обосновать ее сочетание с антиконвульсантами в качестве инновационной технологии лечения эпилепсии.
Задачи исследования:
-
Разработать модель пространственного распределения индукционных токов в головном мозгу человека при транскраниальном воздействии ИМП. Обосновать возможность и параметры направленного влияния ИМП на зоны эпилептогенеза.
-
Установить закономерности влияния рТМС на судорожную готовность мозга и структуру моделируемых различными способами судорожных припадков.
-
Выявить в эксперименте закономерности влияния рТМС на действие антиконвульсантов различных классов и обосновать возможность сочетанного применения рТМС с низкодозной противосудорожной фармакотерапией эпилепсии.
-
Изучить особенности структурно-функциональных нарушений мозга методами ЭЭГ-анализа, многовоксельной протонной спектроскопии, а также методом миографической регистрации мигательного рефлекса.
-
Изучить клиническую эффективность рТМС в сочетании с низкодозной противосудорожной терапией в зависимости от клинических, нейрофизиологических и нейровизуализационных предикторов эпилепсии.
-
Оценить эффективность сочетанного применения рТМС и антиконвульсантов на психоэмоциональный статус и качество жизни больных эпилепсией.
-
Обосновать использование низкодозной противосудорожной терапии в сочетании с краткосрочными курсами рТМС в качестве новой эффективной технологии лечения эпилепсии.
Научная новизна. Впервые доказано дозозависимое модулирующее действие импульсного магнитного поля на течение экспериментальных судорог и противосудорожную активность антиконвульсантов, позволившее научно обосновать новую технологию лечения эпилепсии с использованием ритмической транскраниальной магнитной стимуляции.
Практическая значимость работы. Разработана новая технология лечения эпилепсии, основанная на экспериментально обоснованном использовании антиконвульсантов в минимальных терапевтических дозах в сочетании с курсами ритмической транскраниальной магнитной стимуляции, позволяющая контролировать приступы, минимизировать или исключить побочные эффекты противосудорожных средств и улучшить качество жизни пациентов (патент № 16408, № 9113, № 17425, № 17426, № 17619 и № 17620 РБ).
Разработаны 2 инструкции по применению («Метод комплексного лечения эпилепсии с применением транскраниальной магнитной стимуляции» и «Метод контроля активности эпилептического процесса по параметрам мигательного рефлекса»), утвержденные Министерством здравоохранения Республики Беларусь. Результаты работы активно применяются в неврологических отделениях лечебных учреждений (акты внедрения от 07.08.2012, 09.08.2012), в лечебном и диагностическом процессе в центре пароксизмальных состояний (акт внедрения от 12.06.2013), а также в отделениях функциональной диагностики и МРТ-кабинетах (акт внедрения от 01.08.2012). Полученные при проведении исследования данные включены в образовательные программы Гродненского и Витебского государственных медицинских университетов и в программы повышения квалификации на курсах по специальности «нервные болезни» Белорусской медицинской академии последипломного образования (акты внедрения от 03.07.2012, 22.05.2013, 26.08.2013).
Методология и методы исследования. Использованная в работе методология базируется на фундаментальных основах отечественной и зарубежной неврологии, нейрофизиологии, нейровизуализации, нейропсихологии. Исследование носило экспериментально-клинический характер. Работа выполнена в соответствии с принципами доказательной медицины с использованием математических, экспериментальных, клинико-нейрофизиологических, нейровизуализационных и статистических методов исследования.
Личное участие автора в получении результатов. Научным консультантом предложено направление диссертационного исследования. Соискателем совместно с научным консультантом выбрана тема исследования, сформулирована цель и задачи, определены пути достижения поставленных задач. Автор выполнил анализ литературных данных по теме работы, разработал дизайн исследования.
Соискателем самостоятельно выполнена экспериментальная часть исследования (коразоловая и пикротоксиновая модели судорог, тест максимального электрошока). Автором спланирован и организован отбор клинического материала для включения в исследование, составлена компьютерная база полученных результатов, проведено динамическое комплексное клиническое неврологическое, психометрическое и нейрофизиологическое обследование (ЭЭГ-картирование, вызванные когнитивные и зрительные потенциалы, мигательный рефлекс, диагностическая ТМС) всех пациентов и лично проанализированы результаты, полученные в разных группах экспериментального и клинического материала (вклад диссертанта 100%), что представлено в научных публикациях.
При личном участии автора разработана инструкция по диагностике активности эпилептического процесса по данным мигательного рефлекса и инструкция по применению транскраниальной магнитной стимуляции в комплексном лечении эпилепсии.
Вся статистическая обработка и написание текста диссертации выполнена автором лично.
Соавторами публикаций оказана помощь при проведении исследования в разработке модели распределения импульсного магнитного поля в зависимости от его параметров и индуцированных им токов в гетерогенной модели головного мозга (А.А. Лухвич, М.В. Давыдов), в проведении диффузионной тензорной магнитно-резонансной томографии с трактографией (И.В. Булаев, Р.А. Сакович) и многовоксельной протонной магнитно-резонансной спектроскопии (И.В. Булаев, А.Б. Белевич). Конкретное личное участие автора в получении научных результатов МРТ-исследования, представленных в диссертации, составило 85%.
Сотрудничество, поддержка и ряд ценных инициатив профессора кафедры фармакологии Белорусского государственного медицинского университета Б.В. Дубовика сыграли существенную роль в проведении экспериментальных исследований.
Автор выражает благодарность Н.Н. Мисюку, кандидату медицинских наук, ведущему научному сотруднику ГУ «РНПЦ психического здоровья», сотрудникам ЦНИЛ БелМАПО, а также коллективам 1-го и 2-го неврологических отделений 5 ГКБ г. Минска за сотрудничество и оказанную помощь в организации исследований.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Согласно модельным расчетам, рТМС, проводимая с использованием серийных медицинских генераторов ИМП, позволяет формировать зональное микрогетерогенное распределение индукционных токов в коре, гиппокампе и подкорковых структурах мозга при амплитудах магнитного импульса в интервале 0,12–0,48 Тл, что обеспечивает возможность избирательного влияния на локусы генерации эпилептиформной активности и пути иррадиации возбуждения.
-
РТМС – эффективный тормозной модулятор судорожной готовности мозга и функциональной структуры судорожных припадков, индуцированных у экспериментальных животных максимальным электрошоком и химическими конвульсантами с различным механизмом действия. Основные детерминанты противосудорожного эффекта рТМС – амплитуда магнитных импульсов, частота генерации и число экспозиций Оптимальный противосудорожный режим рТМС – 10-минутное воздействие ИМП с частотой 1 Гц при амплитуде 0,24 Тл 1 раз в сутки, курс – до 10 процедур.
-
РТМС достоверно потенцирует действие противоэпилептических средств с различным механизмом противосудорожной активности. Аддитивность действия рТМС и антиконвульсантов является обоснованием для клинической апробации технологии их сочетанного применения при эпилепсии.
-
Систематическая низкодозная антиконвульсивная терапия в сочетании с краткосрочным курсом рТМС в оптимальном режиме – эффективный метод лечения эпилепсии, обеспечивающий выраженное и пролонгированное (до 3–6 месяцев) снижение частоты и тяжести приступов на фоне минимальных побочных эффектов противоэпилептических препаратов.
-
Объективным доказательством эффективности сочетанной терапии наряду с редукцией клинической симптоматики является позитивная динамика структурно-функциональных характеристик эпилептического мозга, оцениваемых методами многовоксельной протонной спектроскопии, ЭЭГ-картирования и BrainLoc-анализа, а также метода миографической регистрации мигательного рефлекса.
-
РТМС в сочетании с низкодозной антиконвульсантной терапией – эффективный метод повышения качества жизни больных эпилепсией, достигаемого за счет редукции клинической симптоматики эпилепсии и снижения побочных эффектов противоэпилептических препаратов.
-
Низкодозная терапия антиконвульсантами в сочетании с краткосрочными курсами рТМС в оптимальном режиме – эффективный инновационный метод лечения эпилепсии.
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Степень достоверности исследования обеспечивается репрезентативностью выборки (1784 экспериментальных животных и 80 пациентов), использованием комплекса методов и валидных методик, адекватных поставленной цели и задачам, применением современных математико-статистических методов обработки данных.
Основные положения и результаты диссертации были доложены и обсуждены на III съезде психиатров и наркологов Республики Беларусь «Психиатрия и современное общество» (г. Минск, 2009), European Stroke Conference (Barcelona, Spain, 2010), на международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы медицинской экспертизы и реабилитации больных и инвалидов» (г. Минск, 2010 г.), 9th Congress on Epileptology (Rhodes, Greece, 2010), на 14th Congress of the European Federation of Neurological Societies (EFNS) (Geneva, Switzerland, 2010), на VI Международной научно-технической конференции «Медэлектроника-2010. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии» (Минск, 2010 г.), Международной конференции «Междисциплинарные исследования и технологии будущего» (г. Минск, 2011 г.), семинаре «Современные методы диагностики и лечения эпилепсии» (г. Минск, 2011 г.), Республиканской конференции с международным участием «Актуальные вопросы неврологии и нейрохирургии» (г. Гродно, 2011 г.), 29th International Epilepsy Congress (Rome, Italy, 2011), на XIII съезде Белорусского общества физиологов и II Международной научной конференции (Минск, 2012 г.), на клинической конференции кафедры неврологии и нейрохирургии БелМАПО со слушателями курсов и врачами-неврологами 5 ГКБ г. Минска (г. Минск, 2012 г.), Республиканском научно-практическом семинаре «Основные принципы диагностики и лечения эпилепсии» (г. Минск, 2012 г.), X Всероссийском съезде неврологов (Нижний Новгород, Россия, 2012 г.), на конференции «Россия-Беларусь-Сколково: единое инновационное пространство» (г. Минск, 2012 г.), на Республиканской научно-практической конференции с международным участием «Пароксизмальные состояния у детей и взрослых» (г. Витебск, 2012 г.), на Республиканской научно-практической конференции «Актуальные вопросы восстановительной медицины» (г. Минск, 2013 г.), на XXI World Congress of Neurology (Wien, Austria, 2013), на Международной научно-практической конференции «IV Форум эпилептологов стран СНГ» (г. Минск, 2013), на V Всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты исследования качества жизни в здравоохранении» (г. Москва, 2013). Кроме этого, были представлены постеры на 15th Congress of the European Federation of Neurological Societies (EFNS) (Budapest, Hungary, 2011), на 16th Congress of the European Federation of Neurological Societies (EFNS) (Stockholm, Sweden, 2012). Представлена электронная версия постерного доклада (ePoster) в рамках проведения 23rd Meeting of the European Neurological Society (Barcelona, Spain, 2013).
Результаты диссертационного исследования были удостоены грантов на 9th Congress on Epileptology (Rhodes, Greece, 2010) и 14th Congress of the European Federation of Neurological Societies (EFNS) (Geneva, Switzerland, 2010).
Опубликованность результатов диссертации. По материалам диссертации опубликовано 80 печатных работ: 1 монография (23 авторских листа), 31 статья в рецензируемых журналах; в сборниках научных трудов и материалах конференций, конгрессов – 19 работ, 19 тезисов докладов (из них 18 – за рубежом). Результаты исследования отражены в 1 отчете о НИР. По теме диссертации опубликовано 1 научно-практическое пособие, 2 инструкции по применению, получено 6 патентов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, шести глав (обзор литературы, материал и методы исследования и четыре главы, посвященные результатам собственных исследований), выводов, перечня условных обозначений, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на русском языке, иллюстрирована 35 таблицами, 82 рисунками. Список литературы включает 259 источников, в том числе 182 иностранных авторов. Полный объем диссертации составляет 272 страницы.
Эпилепсия и нейропластичность
Эпилепсии являются группой заболеваний, характеризующихся повторными, спонтанно возникающими приступами [154].
В мире эпилепсией страдают примерно 50 млн. человек в мире, 5% населения в течение жизни переносят не менее одного приступа, у 60-70% пациентов достичь полного контроля над приступами не удается [1, 61. Частота внезапной смерти при эпилепсии составляет 1 случай на 200 человек. Качество жизни больных эпилепсией значительно отличается от среднестатистических в популяции [44,141].
Эпилепсия как заболевание является значимой медико-социальной проблемой. Европейская комиссия Всемирной противоэпилептической лиги (подкомиссия по Европейским руководствам) опубликовала результаты специального исследования, определяющего помощь больным эпилепсией в разных странах Европы [157]. По данным ВОЗ, распространенность эпилепсии в общей популяции составляет 7-10 случаев на 1 тыс. населения. Несколько более высокими являются показатели распространенности эпилепсии среди групп населения с низким уровнем жизни [95, 158, 159].
Эпилепсия является инвалидизирующим заболеванием: у 10-20% пациентов развивается деменция, у 1-8,2% - психозы, а у 30-60% - разнообразные непсихотические расстройства, что существенно нарушает их социальную адаптацию и приводит к снижению качества жизни [157, 233].
В Европе обсуждаются наиболее важные проблемы эпилептологии -недостаточное развитие системы адекватной помощи, в том числе хирургического лечения, стигматизация, отсутствие новых противоэпилептических препаратов, финансирование, необходимость подготовки специалистов, недостаточная осведомленность общества об этом заболевании [90,128, 173].
Для разработки стратегии лечения и предупреждения приступов необходима информация об этиологии и патогенезе этого заболевания. Эпилепсия является гетерогенным симптомокомплексом, основной характеристикой которого является гипервозбудимость центральной нервной системы (ЦНС). Этот динамический процесс отражает комплекс функциональных изменений в анатомии и физиологии мозга вследствие индивидуального сочетания генетических и внешних факторов [30, 31].
Очевидно, что успехи в лечении предопределены раскрытием механизмов развития заболевания. Результаты исследования биоэлектрических и клеточных механизмов в последние годы существенно расширили представления об эпилептогенезе и определили новые подходы к лечению эпилепсии [96,128].
Большинство пациентов с эпилепсией имеют положительный прогноз, т. е. у 60-70 % из них возникает ремиссия после подбора терапии. Однако у 30-40% пациентов сохраняются приступы различной частоты и степени тяжести. К факторам, определяющим неблагоприятный прогноз при эпилепсии, относятся следующие [128]: симптоматическая причина; высокая частота приступов до назначения АЭП; генерализованные тонико-клонические припадки; генерализованная эпилептическая активность на ЭЭГ; отягощенный по эпилепсии семейный анамнез: коморбидные психические расстройства; неконтролируемые припадки или низкая эффективность терапии после последовательного назначения двух АЭП.
Впервые диагностированная эпилепсия в возрасте 0-14 лет имеет конгениальную этиологию, в возрасте 15-34 года высок процент травматических, инфекционных и неопластических причин, в последующих возрастных категориях увеличивается процент цереброваскулярных и дегенеративных причин. Эпилепсия является частью фенотипического проявления более 200 наследственных заболеваний. Однако генетические синдромы в общей структуре эпилепсии занимают всего 1%. Выделены основные паттерны наследования при эпилепсии: эпилептические припадки в контексте мультиорганных наследственных заболеваний, идиопатические эпилепсии с простым наследованием, эпилепсии со сложным наследованием, идиопатические эпилепсии с цитогенетическими (хромосомными) аномалиями [128, 163, 203, 242].
Нарушения развития мозга подразделены на 3 большие группы: 1) мальформации вследствие патологической миграции нейронов и глии, 2) мальформации вследствие нейрональной патологической миграции и 3) мальформации вследствие патологической постмиграционной кортикальной организации. Внутри каждой из групп идентифицируют локальные и генерализованные мальформации.
Вторая и третья группа паттернов - идиопатические эпилепсии с простым и сложным наследованием. Генетические исследования выявили, что развитие определенных типов эпилепсии связано с наличием мутаций некоторых генов, которые кодируют натриевые, калиевые и кальциевые каналы (каналопатии), а также некоторые составные элементы рецепторов, что приводит к изменению нейронной возбудимости [242].
Каким образом каналопатии приводят к эпилептическим приступам - в большинстве случаев не известно. Особенности наследственных эпилептических синдромов заключаются в том, что мутация в одном и том же гене может привести к разным клиническим проявлениям, в то время как мутации в различных генах - к идентичной картине судорожного синдрома [96].
Итак, морфофункциональные расстройства у больных эпилепсией возникают в результате генетических факторов (65,5%), сосудистых заболеваний мозга (10,9%), пре- и перинатальных поражений нервной системы (8,0%), черепно-мозговой травмы (5,5%), опухолей мозга (4,1%), дегенеративных заболеваний нервной системы (3,5%) и инфекций (2,5%) [128, 203].
Следует особо отметить значение в эпилептологической практике факторов риска, контроль за которыми позволит значительно повысить качество лечения и повлиять на социальное функционирование пациентов [128].
Пренаталъные и перинатальные факторы риска: недоношенность до нормального срока родов, эпилептические приступы в течение 1 -го месяца жизни, наличие аномалий мозга, в том числе и его сосудов, кровоизлияние в мозг, травмы и гипоксия мозга, в том числе - «ранние посттравматические припадки», происходящие в течение нескольких дней после родовспоможения, наличие эпиприпадков в семье, длительные фебрильные судороги в анамнезе.
ДЦП (детский церебральный паралич) и задержка психического развития являются комор бидными маркерами неврологических нарушений, ассоциированных с эпилепсией, но не являющихся ее причинами. Эпилепсия встречается у 34% детей с ДЦП. В группе детей с задержкой психического развития, имеющих фебрильные судороги, риск развития эпилепсии в 5,5 раз выше, чем у детей, имеющих только фебрильные судороги. Задержка психического развития (IQ 70) имеет место у 27% детей с эпилепсией. Эпиприпадки констатируются у 50% больных, имеющих ДЦП и задержку психического развития.
Инфекции нервной системы являются одним из важных факторов риска эпилепсии, увеличивая вероятность развития припадков в 7 раз. Наиболее высок риск развития эпилептических приступов в течение первых 5 лет после перенесенного менингита или энцефалита с тенденцией к снижению в последующем. Следует отметить высокую частоту симптоматической эпилепсии, связанной с нейроцистециркозом, особенно в развивающихся странах [242].
Методики нейропсихологического тестирования и оценки качества жизни
Определение порога вызванного моторного ответа проведено у 12 пациентов опытной группы. После уточнения отсутствия противопоказаний к ТМС, объяснения цели обследования и демонстрации щелчка разрядки индуктора пациенту предлагалось удобно расположиться в кресле для проведения диагностической транскраниальной магнитной стимуляции. Отводящие электроды накладывались по стандартной схеме для записи миографического ответа с m. Abductor pollicis. Кольцевой индуктор ИК-150 стимулятора «Нейро-МС» располагали на зоной проекции моторной коры. Получив четкий вызванный моторный ответ в серии последовательных стимуляций, определяли значение силы магнитного стимула (в %), при котором он регистрировался [51, 52, 147]
Методика проведения диффузионной тензорной магнитно резонансной томографии с трактографией и многовоксельной протонной спектроскопии
Всем пациентам была проведена нейровизуализация. Для объективизации возможного поражения головного мозга выполнена магнитно-резонансная томография на аппарате Philips Intera 1,5 Тл с использованием режима диффузионного тензорного изображения у 56 пациентов и 22 добровольцев, пять из которых были исключены из последующего анализа ввиду обнаружения патологических изменений в мозге. Критерии отбора в группу контроля включали отсутствие неврологических и психических заболеваний, отсутствие родственников с эпилепсией, а также эпизодов потери сознания и противопоказаний к проведению МРТ. Протокол исследования включал стандартные программы (T1SE, T2SE, FLAIR), а также прицельную визуализацию медиобазальных отделов височных долей с возможностью постпроцессинговой обработки и получением изображений в различных плоскостях. Среди специализированных программ использовались быстрые спин-эхо, взвешенные по Т2, перпендикулярно продольной оси гиппокампа с толщиной среза 2 мм, а также 3D ТІ SP6R - импульсные последовательности с реформированием и получением изображений медиобазальных отделов височных долей перпендикулярно и параллельно продольной оси гиппокампа. Диффузионный тензор рассчитывался для каждого вокселя, в результате чего были получены изображения (карты) фракционной анизотропии и средней диффузионной способности. Трактография была проведена для всех обследованных с оценкой числа линий трактов для передних и задних квадрантов в аксиальных срезах. Визуальная идентификация полученных трактов (результатов трактографии) была выполнена на основании МРТ-атласа трактов белого вещества мозга [78, 165, 193]. Значения ФА и СДС рассчитывались на одинаковых срезах для всех полученных изображений. Результаты МРТ были сгруппированы относительно стороны латерализации очага эпиактивности. Вентрикулометрия проводилась непосредственно после получения изображения на экране компьютера. Произведена количественная оценка ат-рофических процессов в мозге при использовании следующих параметров -ширины третьего и четвертого желудочков, размеров центральных отделов боковых же дуд очков; учитывалось также расширение борозд конвекса, сильвие-вых щелей и/или межпариетальной щели более 3 мм [192].
С целью изучения механизмов рТМС использована многовоксельная протонная магнитно-резонансная спектроскопия Н-МРС), проведенная на аппарате Siemens 1,5 Тл до и после воздействия импульсным магнитным полем над проекцией височной доли мозга, где были выявлены очаговые изменения по данным ЭЭГ, и сопоставлены полученные результаты с клинической эффективностью предложенной методологии у 14 пациентов и 14 контрольных пациентов с эпилепсией (группа плацебо с имитацией воздействия магнитной стимуляции). Для получения наиболее качественных спектров нами была выбрана оптимальная последовательность для многовоксельной спектроскопии — двухмерная последовательность создания изображений по химическому сдвигу (2 D-CSI-FID - 2D Chemical Shift Imaging Free Induction Decay), что соответствует данным, приведенным в мировой литературе [41].
Н-МРС предоставляет уникальную возможность уточнения анатомической локализации нарушений метаболических процессов с определением качественных и количественных показателей, а также объективизации контроля результатов лечения. Клинические исследования подтверждают, что !Н-МРС является максимально чувствительной для детекции метаболических изменений в дисфункциональных эпилептогенных нейронах.
Значимым изменением нейрометаболитов у пациентов с эпилепсией является уменьшение уровня N-ацетиласпартата (NAA), а более точно - снижение отношений NAA/Cho, NAA/Cr и NAA/(Cho+Cr), причем для эпилептического очага (совпадающего с данными ЭЭГ) характерным оказалось снижение соотношения NAA/(Cho+Cr), которое является патологическим, если оно меньше 0,71 при чувствительности метода 100% в случае наличия склероза гиппокампа. Подобные изменения в гиппокампе обнаружены также в случаях наличия локуса патологической активности в другой зоне мозга, что свидетельствует о вторичной темпорализации в течении эпилептического процесса [2].
Методика ритмической транскраниальной магнитной стимуляции Воздействие импульсным магнитным полем осуществляли над зоной проекции височной доли головного мозга с использованием кольцевого индуктора ИК-02-150 магнитного стимулятора Нейро-МС. Выбор расположения коила был связан с возможностью воздействия на структуры височной доли, в частности, на гиппокамп. Исходя из современных представлений, гиппокамп является релейной структурой, функциональное состояние которой играет ключевую роль в блокаде или реализации приступов вне зависимости от характера приступов и локализации первичного очага [23, 35, 155]. Сторона стимуляции определялась в зависимости от результатов клинического, МРТ и ЭЭГ обследования. РТМС проводилась импульсным магнитным полем бифазными импульсами длительностью импульса 250 мкс с интервалом между пачками импульсов їси длительностью пачки 10 с. Использовали частоту стимуляции 1 Гц при интенсивности импульсного магнитного поля 20% от максимальной магнитной индукции. Предварительное математическое моделирование распределения магнитного поля и индуцированных им токов позволило определить, что при данном значении интенсивности ИМП в структурах височной доли (гиппокампе) возникают токи надпороговой величины. Продолжительность процедуры составляла 10 минут, курс стационарного лечения 10 ежедневных процедур.
Статистические методы, использованные в исследовании Для статистической обработки результатов в зависимости от типа анализируемых значений и характера распределения использовали параметрические и непараметрические методы, включая одно факторный дисперсионный анализ ANOVA с post-hoc обработкой результатов, одно факторный ранговый сравнительный анализ Крускала-Уоллиса с последующим множественным сравнением по критерию Данна; критерий Уилкоксона. Многофакторный дисперсионный анализ применяли при обработке результатов экспериментальных исследований. Для оценки независимого влияния различных потенциальных факторов риска на возникновение депрессии у пациентов с эпилепсией, а также предикторов эффективности сочетанной терапии была использована статистическая модель логистической регрессии (со статистикой Валда). Анализ альтернативных признаков проводили с использованием точного критерия Фишера; корреляционный анализ - с применением коэффициента ранговой корреляции Спирмена (программы Statistica 6.0, BIOSTAT) [9, 61 ].
Результаты представлены в виде M±S.E.M (Mean±Standart Error of Mean) при использовании параметрических методов анализа и Me (25+75 процентили) в случаях применения непараметрических методов обработки данных. Различия считались достоверными при уровне значимости р 0,05.
В заключение следует отметить, что выбранные методы являются адекватными поставленной цели и задачам исследования. Методика формирования групп наблюдения, статистические методы, используемые для анализа данных, являются современными и способствуют решению основных задач и достижению поставленной цели исследования.
Моделирование магнитных полей и индуцированных токов
Первым этапом явилось создание негомогенной модели головы человека. Моделирование проводилось в интерактивной среде COMSOL Multiphysics методом конечных элементов. Построена следующая модель: плоский соленоид располагается в воздухе над многослойным объектом, который имеет размеры и электрические параметры, соответствующие голове человека.
Для создания геометрии модели головы использовалась ранее предложенная модель из библиотеки «COMSOL Multiphysics». Но голова в этой модели гомогенна и ее рабочая плоскость имеет вид, представленный на рисунке 3.1.
Для преобразования гомогенной модели в негомогенную были построены дополнительно несколько областей: череп, спинномозговая жидкость, серое вещество и белое вещество мозга. В качестве средних размеров использовались величины, полученные при МРТ-обследовании здоровых добровольцев и представленные в таблице 3.1.
После совмещения слоев получили модель головы, показанную на рисунке 3.2.
В данной работе проводилось моделирование трех типов индукторов, используемых при проведении транскраниальной магнитной стимуляции: кольцевые индукторы различного размера, индуктор типа «восьмерка» и Н-индуктор. Данные индукторы позволяют формировать магнитное поле различной интенсивности, глубины и площади воздействия в зависимости от цели исследования или лечения (рисунок 3.3).
С помощью редактора, встроенного в программу «COMSOL Multiphysics», была создана геометрическая модель «кольцевого малого» и «кольцевого большого» (циркулярного) индуктора. Характеристики индукторов представлены в таблица 3.2.
После ввода геометрических размеров выбранного индуктора строилась его сердцевина с помощью функции «Cylinder» (рисунок 3.4).
Для построения модели индуктора «восьмерка» использовался предыдущий алгоритм. Оперируя размерами кольца оригинального индуктора, а затем, воспользовавшись функциями «Mirror» и «Union» зеркально отображался полученный цилиндр, а его части объединялись в единое целое (рисунок 3.5).
Затем задавалась область пространства, в которой будут производиться расчёты. Главным условием для этой области является построение объектов с определённым запасом и учетом того, что, чем больше размер области, тем выше требования к ЭВМ, используемой для проведения вычислений.
Построение Н-индуктора реализуется с помощью функции «Block» и задаются его геометрические размеры. Затем выполняются три копии полученного индуктора и с помощью функций «Move» и «Rotate» они располагаются над моделью (рисунок 3.7).
После расположения индуктора на нужном расстоянии над головой модель принимала окончательный вид (рисунок 3.6). Моделирование магнитных полей и индуцированных токов Один из вариантов, который позволяет найти распределение магнитного поля, состоит в определении скалярного магнитного потенциала м с использованием соотношения:
Для численного нахождения распределения скалярного магнитного потенциала, как функции точек на плоскости (х, у), необходимо решить уравнение Лапласа, которое в прямоугольной системе координат имеет следующий вид:
В основе решения уравнений в частных производных методом конечных разностей лежит конечно-разностная аппроксимация производных. Аппроксимация осуществлялась в три этапа (рисунок 3.8). Сначала в области решения вводилась равномерная сетка «узловых точек», соответствующая характеру задачи и граничным условиям. Затем решаемое уравнение в частных производных записывалось в наиболее удобной системе координат и, при представлении производных в конечно-разностной форме, оно приводилось к виду разностного уравнения. Полученное разностное уравнение в дальнейшем использовалось для описания функциональной связи между соседними узлами сетки. Разностное уравнение записывалось для всех узлов сетки, и в результате получалась система из п уравнений с п неизвестными, которая на последнем этапе решалась одним из численных методов [42, 60].
Основную трудность при моделировании магнитных полей представляет задание граничных условий. Характеристики подобной системы связаны соотношением: где Вс - индукция в ферромагнитном сердечнике, Тл; Вв - индукция в воздухе, Тл; /с - длина магнитной линии в сердечнике, м; /в - длина магнитной линии в воздухе, м; Цо = 1,26 Ю-6 Гн/м - магнитная постоянная; ц.с - магнитная проницаемость материала сердечника, Гн/м; I — ток в обмотке, A; W - число витков.
В данной формуле, выражающей закон полного тока, присутствуют две неизвестные величины: Вв и /в. Чем меньше величина воздушного зазора, тем корректнее может быть полученный результат. Можно предположить, что в формулу (3.3) возможно введение эмпирического коэффициента к, учитывающего пространственную конфигурацию сердечника. Тогда соотношение (3.3) преобразуется к виду:
В первом приближении коэффициент к оценивается по длине распространения магнитного потока по сердечнику /с и по воздуху /в:
Переход к заданию граничных условий для магнитного потенциала рм осуществляется, исходя из зависимостей:
Соотношение скалярных значений магнитных потенциалов на границе раздела находится на основе граничного условия нормальной составляющей вектора индукции: где индексы 1 и 2 относятся к воздуху и материалу сердечника, соответственно. Отсюда, с учетом того, что В = u gradcp , находим: где ца1 = ц0цв, ца2 = ц0іс - абсолютные магнитные проницаемости воздуха и материала сердечника соответственно. На основе данных условий вычисляются значения В(х, у), осуществляя переход от фл1 к В (рисунок 3.9). Анализ результатов полученных теоретических расчетов распределения магнитного поля позволяет сделать обоснованный выбор индуктора магнитотерапевтической системы. Физико-математическое обоснование расчетов распределения магнитного поля и индуцированных токов
В среде COMSOL Multiphysics были рассчитаны следующие параметры электрических и магнитных полей, а также наведенных токов: индукция магнитного поля, плотность и направление индуцированного тока, что позволило оценить глубину проникновения и площадь воздействия МП для различных типов индукторов. Для проведения расчетов использовались физико-математические законы описываемых процессов.
где G/ - удельная проводимость среды, См/м; со - циклическая частота тока в индукторе, рад/с; щ - диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м; Єо = 8,85 10 Ф/м; А - векторный потенциал напряженности магнитного поля, Вб/м; V -скалярный электрический потенциал, В; ц, - магнитная проницаемость, Гн/м; «/ext — ток в катушке, А.
Антиконвульсивная эффективность транскраниальной магнитной стимуляции на коразоловой модели судорог
Проведенные исследования позволили выявить эффективные режимы рТМС в отношении редукции различных проявлений пикротоксиновых судорог и обозначить ряд особенностей их действия.
В настоящее время существует ряд гипотез относительно механизма противосудорожного действия рТМС. Полагают, что рТМС обладает прямым модулирующим влиянием на процессы возбуждения и торможения кортикальных нейронов [101, 240, 243]. Подтверждением этому являются данные описанных выше исследований, которые продемонстрировали антиконвульсивное действие рТМС на экспериментальных моделях судорог различной природы.
Совокупность полученных данных свидетельствует о том, что рТМС способна модулировать соотношение процессов возбуждения и торможения в различных типах клеток и локальных нейронных сетях в зависимости от частоты и интенсивности импульсного магнитного поля, а также от числа воздействий импульсным магнитным полем.
Можно предположить, что антиконвульсивные реакции, обнаруживаемые уже после однократной магнитной стимуляции, связаны с избирательным повышением функции быстрореагирующих интернейронов, которые ингибируют пирамидные клетки, контролируя уровень и временной паттерн их спайковой активности. Именно такие интернейроны обнаружены в медиальной септальной области (МС), главном субкортикальном входе в гиппокамп. Они являются основным источником ГАМК-эргических афферентов гиппокампа и мишенью действия пикротоксина [35].
В гиппокампе этот класс интернейронов образует сетчатые синаптические контакты на проекционных септальных нейронах, контролирующих активность пирамидных клеток гиппокампа. Пикротоксин, введенный в МС, снижает судорожный порог за счет блокады ГАМКА-рецепторного торможения нейронов, в результате чего «растормаживаются» пирамидные клетки гиппокампа. Данный класс интернейронов, генерирующих осцилляции с тета- и гамма-частотами, легче отвечает на магнитную стимуляцию «пачками», при этом показано, что экспрессия специфического для данных интернейронов белка парвальбумина остается измененной даже спустя неделю после рТМС [137, 138, 139].
Второй класс интернейронов, который обладает нерегулярной, адаптивной низкопороговой залповой активностью и модулирует дендритическую интеграцию входного сигнала к пирамидным нейронам, более чувствителен к рТМС с частотой 1 Гц, а экспрессия характерного для данного типа интернейронов белка кальбиндина восстанавливается в течение суток [164].
Возможно, влияние рТМС на вышеуказанные типы интернейронов гиппокампа является одним из механизмов, которые ответственны за повышение судорожного порога в пикротоксиновом и других испытанных нами экспериментальных судорожных тестах.
Изучению нейротрансмиттерных механизмов действия рТМС посвящен ряд исследований. Было показано, что в неокортексе крыс под влиянием рТМС изменяется экспрессия продуктов ранних генов (c-Fos, zif268), ГАМК-синтезирующих энзимов (GAD65 и GAD67), а также экспрессия NMDA-1 рецепторов в гиппокампе, что свидетельствует об инициации процессов синаптической пластичности [126, 240]. Наличие немедленных и долговременных реакций в ответ на рТМС подтверждают полученные нами результаты.
По мнению ряда авторов, изучавших модуляторные эффекты рТМС в эксперименте, редукция экспрессии специфических для интернейронов белков и ферментов связана со снижением поступления сигналов от возбудимых систем в результате долговременной постсинаптической депрессии, возникающей при магнитной стимуляции [138, 139].
Изучение влияния рТМС на вольтаж-зависимые ионные каналы показало, что магнитная стимуляция способна изменять скорость потока и распределение ионов натрия и кальция, что может отражаться на возбудимости мембран нейронов. Более того, длительное (2 недели) воздействие ИМП снижает экспрессию структурных компонентов натриевых каналов (SCN1A) и повышает экспрессию компонентов калиевых каналов (Kcal 1.1), причем эти эффекты сохранялись в течение 6 недель [239]. Таким образом, действие рТМС может реализовываться и на геномном уровне.
Экспериментальное обоснование сочетанного применения транскраниальной магнитной стимуляции и антиконвульсантов Результаты проведенных нами исследований показали, что рТМС частотой 1 Гц при интенсивности 20% ММИ обладает наиболее стабильным антиконвульсивным эффектом на различных судорожных моделях - в тесте максимального электрошока, при коразоловых и пикротоксиновых судорогах. Полученные данные явились основанием для изучения противосудорожной эффективности рТМС в сочетании с антиконвульсантами, обладающими различными механизмами действия.
Известно, что в основе антиконвульсивного действия противоэпилептических средств лежат несколько механизмов: модуляция вольтаж-зависимых ионных каналов (натриевых и кальциевых); активация синтеза гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), приводящая к усилению синаптического торможения с участием ГАМКа-рецепторов; торможение синаптического возбуждения ионотропных глутаматных рецепторов; модуляция высвобождения нейротрансмиттеров, в частности глутамата, посредством пресинаптических механизмов [178, 183]. Для изучения сочетанного действия рТМС с противосудорожными препаратами были избраны наиболее эффективные средства, получившие широкое применение в клинической практике, - вальпроат натрия, карбамазепин, топирамат, габапентин. Указанные средства различаются механизмами действия, которые в достаточной мере расшифрованы в настоящее время.
При изучении сочетанного действия рТМС и вальпроата натрия последний применяли в минимальной эффективной дозе 100 мг/кг. Вальпроат в этой дозе предотвращает появление максимальной тонической экстензии задних конечностей - главного критериального проявления электросудорог только у 10% животных (рисунок 4.27). Сочетание вальпроата натрия и рТМС обеспечивало защиту 50% крыс по данному критериальному признаку (р=0,016), что соответствовало эффекту изолированного воздействия рТМС.
Длительность фазы тонических судорог в тесте МЭШ достоверно укорачивалась при изолированном и комбинированном применении вальпроата (таблица 4.19), хотя эффект сочетанного воздействия был достоверно выше (р=0,00028). Аналогичные различия отмечены по критериям общей длительности судорожного припадка (ОДП) (р=0,0001) и продолжительности фазы генерализованных клонических судорог с потерей рефлекса равновесия (р=0,00016).
Длительность фазы судорог после восстановления рефлекса равновесия укорачивалась в группе «вальпроат+рТМС» (р=0,004), и не отличалось от контроля при изолированном введении вальпроата (р 0,05) (рисунок 4.28).
Феномен «педалирования» при сочетании вальпроата натрия и рТМС наблюдался реже, чем в контроле, достоверный эффект вальпроата отсутствовал (р=0,1). Длительность того же феномена редуцировалась в обеих группах (р 0,0015), причем более значимо при сочетании вальпроата натрия и рТМС (р=0,00023) (таблица 4.19).
