Введение к работе
Актуальность темы. Нейрофизиология электромагнитных воздействий является одним из наиболее молодых, но перспективных и активно развивающихся направлений нейробиологии. Причин этому несколько. С одной стороны, электромагнитные влияния относятся к числу негативных антропогенных факторов, сопровождающих технический прогресс. В этом аспекте чрезвычайно важно представлять себе системные и клеточные механизмы и эффекты электромагнитных воздействий на живую природу и человека с тем, чтобы им противостоять (Чижевский 1976; Пресман, 1968; Холодов, Лебедева, 1992; Холодов 1991; Григорьев, 1997; Григорьев с соавт., 1999; Бинги, 2002; Бинги, Савин, 2003; Липенецкая с соавт., 2004 и др.). С другой стороны, в последние годы различные виды электрической, электромагнитной или магнитной стимуляции все шире используются в качестве лечебного воздействия. Во многих случаях, включая и патологию ЦНС, результаты такой стимуляции бывают успешными (Макаренко, 1993; Tsubokawa, 1995; Deliac e.a., 1993; Алексанян с соавт., 2004; Лапшин с соавт., 2007; Супова, Смирнова, 2007 и др.). Учитывая «естественность» электрических и электромагнитных процессов для деятельности нервной ткани, это указывает на перспективность использования данного подхода при лечении сложных форм церебральной патологии.
Одним из распространенных церебральных заболеваний является острая патология ствола головного мозга. По данным ВОЗ, стволовые церебральные поражения сосудистого и травматического генеза относятся к числу ведущих причин инвалидизации и летальности населения (Коновалов с соавт., 1998; Гусев, Скворцова, 2001; Мадорский, 2008). Выяснению центральных механизмов компенсации нарушений, связанных с этой патологией, были посвящены клинические и экспериментальные исследования разных лет. В классических работах школ Э.А. Асратяна (1959-1977) и П.К. Анохина (1954 - 1975), уделявших основное внимание анализу общих принципов адаптивно-компенсаторной деятельности мозга, была выявлена важная роль коры больших полушарий в этих процессах. В последние десятилетия установлена высокая значимость лимбической системы и отдельных ее составляющих в компенсации вообще и при стволовых повреждениях, в частности (Подачин, Сидоров, 1988; Шарова, 1999; Новикова, 2005). Перспективной представляется активизация естественных механизмов восстановления посредством электромагнитной стимуляции головного мозга. Однако должное физиологическое обоснование применения электромагнитных воздействий в лечебных целях, в особенности при церебральной патологии, отсутствует. Объективные поведенческие и электрофизиологические маркеры системных реакций мозга на эти воздействия также четко не определены.
Цель работы - изучение влияний терапевтической транскраниальной электромагнитной стимуляции (ТЭМС) на функциональную активность мозга крыс с локальной экспериментальной стволовой патологией.
Задачи:
-
Исследовать изменения поведения интактных крыс под влиянием курсовой ТЭМС с частотой 60-70 Гц.
-
Проанализировать изменения электрической активности мозга интактных животных под влиянием ТЭМС.
-
Сравнить динамику восстановления животных с локальным стволовым повреждением без и при курсовой (7 дней) ТЭМС в раннем послеоперационном периоде.
-
Изучить влияние ТЭМС на электрическую активность мозга крыс с экспериментальной локальной стволовой патологией.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование влияния бесконтактной транскраниальной электромагнитной стимуляции с частотами 60 и 70 Гц на функциональную активность головного мозга крысы линии Вистар. Использован оригинальный методический комплекс с привлечением разработанных в процессе исследования показателей, позволяющий дать многостороннюю характеристику реактивных изменений церебральной активности при стимуляции: оценка поведения животных, спектрально-когерентный анализ спонтанной электрической активности мозга и морфологические исследования. На основе определенных в ходе исследования поведенческих и электрофизиологических маркеров реактивности ЦНС на транскраниальную ЭМС частотой 60 и 70 Гц выявлен ее тормозный (седативно-подобный) эффект у интактных животных.
При морфологических исследованиях животных с экспериментальной стволовой патологией, а также в дополнительной серии комплексных физиологических исследований (включая реографию) на здоровых испытуемых-добровольцах показана важная роль сосудистой системы в формировании церебральных реакций на ТЭМС.
В динамических исследованиях электрической активности (ЭА) мозга крыс продемонстрирован накопительный и отставленный во времени эффект воздействия, сохраняющийся до 3 недель после курса ТЭМС. Выявлено, что этот эффект наиболее отчетливо проявляется в изменениях показателей когерентности.
На основе анализа ЭА мозга впервые показана преимущественная левополушарная реактивность на транскраниальную ЭМС как в норме (интактные крысы), так и при острой стволовой патологии.
Впервые проведено исследование влияния ТЭМС на компенсаторные реакции при острой церебральной стволовой патологии, которое выявило отрицательный эффект курсового воздействия с частотой 60 и 70 Гц в ранние сроки после повреждения.
Теоретическое и практическое значение работы. В работе показано, что ТЭМС с частотой 60 и 70 Гц сопровождается тормозным, седативноподобным функциональным эффектом. Это определяет возможность использования данного воздействия для коррекции психопатологических состояний, связанных с чрезмерным возбуждением ЦНС. Вместе с тем, выявленные в работе электрографические признаки подавления адаптивной послеоперационной стрессорной реакции не позволяют рекомендовать применение курсовой ТЭМС в ранние сроки острой стволовой патологии.
Полученные данные свидетельствуют о важном вкладе сосудистого фактора в формирование ответных реакций ЦНС на транскраниальную стимуляцию и обосновывают целесообразность привлечения сосудистых методик (наряду с поведенческими и электроэнцефалографическими) для контроля при применении этого воздействия в лечебных целях.
Комплексный анализ реакции крыс на ТЭМС свидетельствует о большей чувствительности к исследуемому воздействию вегетативной нервной системы. Эти данные обосновывают его применение в лечебных целях при церебральной сосудистой патологии, сопровождающейся повышением тонуса сосудов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработана система комплексной оценки изменений функциональной активности крыс под влиянием ТЭМС. Она включает показатели поведения (тестирование в открытом поле интактных животных и бальная оценка клинико-поведенческих особенностей по оригинальной шкале при острой стволовой патологии), а также электрической активности мозга (качественный и количественный анализ спектров когерентности). Электрофизиологические показатели более универсальны и могут быть использованы в исследованиях на человеке.
2. Биоэлектрические реакции передних отделов полушарий мозга на ТЭМС отличны от плацебо-реакции и более выражены в левой гемисфере.
3. ТЭМС передних отделов полушарий интактных крыс с частотой 60 и 70 Гц сопровождается снижением произвольной двигательной активности животных, а также усилением синхронизации биопотенциалов мозга с избирательным повышением когерентных связей в дельта- и бета1-частотных диапазонах, что в совокупности сходно с эффектом седации.
4. Курсовая ТЭМС частотой 60 и 70 Гц в раннем периоде острой экспериментальной стволовой патологии сопровождается подавлением ЭЭГ–признаков адаптивной послеоперационной стресс-реакции и может привести к нарастанию тяжести состояния животных наряду с замедлением темпов послеоперационного восстановления.
Апробация работы. Материалы работы были представлены на Научных конференциях молодых ученых ИВНД и НФ РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.), на Третьей международной конференции “Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования” (Москва – Санкт-Петербург, 2002), на XIV Международной конференции “Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии, экологии ” (Украина, Гурзуф, 2006), на I съезда физиологов СНГ (Сочи, 2005), на Третьем международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Украина, Судак, 2007), на научно-практической конференции «Транскраниальная магнитная стимуляция и вызванные потенциалы мозга в диагностике и лечении болезней нервной системы» (ГУ «НИИ Неврологии РАМН», Москва, 2007), на всероссийской
научно-практической конференции «Количественная ЭЭГ и нейротерапия» (Санкт-Петербург, 2007), на XVIII Московском международном ветеринарном конгрессе (Москва, 2010).
Публикации. По теме диссертации было опубликовано 16 печатных работ, из них пять статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, общий объем 2,274
п.л., личный вклад автора – 53,75%.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, четырех глав с изложением результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы, включающего 320 отечественных и 134 иностранных источников. Работа изложена на 169 страницах, иллюстрирована 24 рисунками и 6 таблицами.
