Электростимуляция головного мозга как симптоматическая помощь больным с паркинсонизмом, дистониями и другими мышечными нарушениями
1. Электромагнитная стимуляция
В современной терапии нейропатологий и нарушений моторики электромагнитная стимуляция находит широкое применение. В ряде клинических ситуаций этот метод не имеет равных по эффективности и безопасности. Статистически подтверждена обоснованность и результативность такого рода функциональной нейрохирургии. Суть методики заключается в постоянном или систематическом воздействии на нервные центры электромагнитных импульсов определённой частоты и амплитуды. Доказана эффективность такого воздействия, прежде всего, при паркинсонизме, дистонии, неконтролируемых спазмах и иных нарушениях мышечного тонуса.
Встречаются разные формы функциональной патологии мышц: дистония, неконтролируемые движения, нарушения координации, тремор, утрата способности ходить и выполнять точные движения. В каждом конкретном случае диагностика направлена на возможно более точное определение зоны мозга, которая вызывает проявление дисфункции. Для этого тщательно изучается электроэнцефалограмма больного, что даёт представлении о необходимом месте расположения электрода (локализации и глубине).
2. Как это работает?
Внутримозговые электроды для хронической стимуляции головного мозга получают электромагнитные импульсы от генератора, который располагается подкожно и настраивается на определённую программу при помощи дистанционного пульта.
Следует заметить, что методика электростимуляции мозга не является лечением. Это симптоматическая помощь пациентам, которые обречены (зачастую пожизненно) испытывать функциональные мышечные нарушения, существенно снижающие качество жизни. Наиболее оправдана и показана нейростимуляция мозга пациентам с болезнью Паркинсона, дистонией, эссенциальным тремором, эпилепсией, различными двигательными расстройствами.
3. Подготовка и проведение операции
Каждое расстройство обусловлено нарушениями в определённом участке мозга, поэтому установка электродов проводится после тщательной диагностики, которая включает:
Процедура установки электродов и генератора проводится под местной анестезией, поскольку сам мозг не имеет болевых рецепторов и требуется только обезболивание кожи. Во время оперативных манипуляций пациент находится в полном контакте с хирургом, что позволяет оценивать состояние и ход операции.
После операции проводится мероприятия для профилактики инфицирования затронутых областей, включающие курс антибиотиков. Выписка из стационара происходит на 3-5 день. Через две недели необходимо повторное посещение нейрохирурга.
Транскраниальная электростимуляция
Транскраниальная электростимуляция — метод терапевтического воздействия для изменения биоэлектрической активности в головном мозге
Транскраниальная электростимуляция (ТЭС-терапия) – транскраниальный метод терапевтического воздействия на головной мозг при помощи импульсных токов. Электрические токи оказывают воздействие на защитные функции головного мозга, меняют биоэлектрическую активность в головном мозге (ГМ).
ТЭС-терапия разрабатывалась на основах и принципах доказательной медицины, благодаря чему является одним из немногих физиотерапевтических методов признаваемых в медицинских кругах.
Лечебный эффект ТЭС-терапии
ТЭС-терапия способствует ускорению процессов заживления различных тканей организма (кожные покровы, слизистые оболочки), регенерации периферических нервов, регенерации клеток паренхимы печени. Оказывает стимулирующее воздействие на иммунитет. Благоприятствует замедлению роста доброкачественных и злокачественных новообразований. ТЭС-терапия также благотворно влияет на нормализацию физиологического статуса организма. Эффект от проведения процедуры длится до нескольких дней, и постепенно происходит тренировка защитной системы организма. Транскраниальная электростимуляция способствует «обучению» организма к активной выработке эндорфина естественным путем. Данный физиотерапевтический метод не вызывает привыкания. Возможно сочетание транскраниальной электростимуляции с другими методами лечения (другая физиотерапия, медикаментозное лечение, мануальная терапия, бальнеологическое лечение), кроме рефлексотерапии и употребления морфиноподобных анальгетиков.
Систематические использование ТЭС-терапии позволяет частично или полностью отказаться от употребления фармацевтических препаратов (гормональных препаратов, антидепрессантов, иммуномодуляторов, анальгетиков). Исследования показали высокую эффективность применения транскраниальной электростимуляции в лечении неврологических заболеваний – уменьшение или полное исчезновение симптомов происходило в 80-90% случаев. В случае выраженного болевого синдрома возможно проведение нескольких сеансов в день с интервалом в 4-6 часов. При сохранении болевого синдрома необходима консультация врача и проведение повторного, дополнительного обследования для уточнения диагноза. Воздействие на альфа-ритмы головного мозга и, соответственно, стимуляция выработки эндогенных опиоидных пептидов, происходит при частотах в диапазоне от 70 до 80 Гц.
Показания и противопоказания к применению процедуры ТЭС-терапии
Транскраниальная электростимуляция показывает свою эффективность при таких неврологических патологиях:
Также применение ТЭС-терапии рекомендуется при таких заболеваниях и состояниях:
Транскраниальная стимуляция переменным током
Транскраниальная стимуляция переменным током (tACS) является относительно недавним методом, используемым для неинвазивной модуляции биоэлектрической активности мозга. Технически метод аналогичен, но не идентичен транкраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). В то время как десятилетия исследований на животных и людях выявили основные физиологические механизмы tDCS, известно меньше о физиологических механизмах tACS. Последние междисциплинарные исследования способствовали пониманию того, как tACS влияет на биоэлектрическую активность и каким образом транскраниальная стимуляция методом случайного шума (tRNS), которая является специальной формой tACS, может модулировать функции коры. Эксперименты на животных показали, каким образом нейроны реагируют на инвазивные и транскраниально используемые переменные токи. Такие результаты подтверждают эффекты стимуляции нейронных сетей и необходимость знаний в области физики о вовлечении физических осцилляторов в активность мозга человека.
Модели мозга позволяют предсказать точную картину изменений в течение tDCS и tACS. Наконец, недавние исследования физиологии и поведения человека завершают картину эффектов неинвазивной модуляции колебаний мозга.
Компьютерное моделирование текущего потока во время tDCS с использованием моделей головы человека показало, что значительная часть тока шунтируется хорошо проводящей кожей (
Применение очень слабых электрических полей, направленных на мозгу человек от экстракраниального источника ставит перед исследователем вопрос: какая интенсивность стимуляции требуется для того, чтобы изменить активность нейронов? В исследованиях на животных этот вопрос часто рассматривается; однако до сих пор неясно, как эти данные могут быть приложимы к исследованиям человека. Действительно, протоколы стимуляции, применяемые в исследованиях на животных, часто сильно отличаются от тех, которые используются у людей. Поэтому эти данные следует обрабатывать с осторожностью. Кроме того, знание величины электрического поля внутри мозга, недостаточно для оценки его влияния на нейроны.
Представляет интерес ответ на вопрос, какая часть экстракраниального электрического тока фактически поступает в кору. Ozen et al. прикрепляли провода из нержавеющей стали к черепу анестезированных крыс, стимулировали их электрически с помощью АС и одновременно регистрировали внутричерепную нейронную активность. Они смогли продемонстрировать увлечение текущей нейронной активностью на частотах, имитирующих частоту кортикальных медленных колебаний (0,8-1,7 Гц) в нескольких областях коры. Авторы сообщили, что мембранные потенциалы, а также удельная активность модулируются стимуляцией AC. Эксперименты показали, что градиенты напряжения 1 мВ / мм во внеклеточном пространстве были достаточными, чтобы влиять на разряды нейронов.
В принципе, можно учитывать три ключевых параметра, а также взаимодействия более высокого порядка.
Кроме того, необходимо принимать во внимание взаимодействия более высокого порядка между tACS и колебаниями мозга. Если мы хотим модулировать колебания мозга с помощью tACS, это не будет линейный процесс, и эффект не будет ограничен частотой стимуляции. Во-первых, линейное увеличение интенсивности стимуляции может оказывать нелинейное воздействие на пораженную нервную ткань. Во-вторых, возбуждающие колебания влияют на колебания не только частоты стимуляции, но также на гармонические кратные и субгармоники.
При проектировании техники воздействия методом tACS необходимо ответить на следующие вопросы:
Электростимуляция мышц
Электростимуляция мышц – один из способов физиотерапевтического воздействия, который направлен на восстановление функции мышечной и нервной ткани после повреждения. При электростимуляции мышц используют импульсные токи различной силы и частоты.
При помощи электростимуляции физиотерапевты Юсуповской больницы восстанавливают или улучшают трофические функции нервных волокон, улучшают процесс иннервации мышц, их сократимость.
Транскраниальная электростимуляция представляет собой воздействие на головной мозг токов определённых частотных характеристик. Они активируют опиоидные структуры головного мозга и способствуют высвобождению бета-эндорфина. Это позволяет купировать различные болевые синдромы, снизить дозу препаратов для наркоза при хирургическом вмешательстве. В Юсуповской больнице электростимуляцию мышц ног, лица выполняют с помощью новейших приборов для электростимуляции ведущих европейских фирм.
Электростимуляцию мочевого пузыря проводится при расстройствах мочеиспускания, связанных с воспалением, дисфункцией или нарушением иннервации мочевого пузыря, вызванных заболеваниями спинного или головного мозга. Электростимуляция мозга успешно применяется в клинике реабилитации для восстановления после инсульта, лечения хронической боли и депрессивного синдрома. Она улучшает креативность мышления.
Влияние на организм
Электростимуляция влияет на организм за счёт импульсов разной продолжительности – от 0,5 до 300 мс, при силе тока до 5 мА (на лице), до 100 мА (на теле) и частоте 10-150 Гц, которая действуют с перерывами. Несмотря на то, что во время процедуры пациент не двигается, это влияние идентично обычной работе мышц во время их активности. Ток проходит сквозь ткани, возбуждает клетки и стимулирует активную работу мышцы, а в период пауз она расслабляется.
Ток, благодаря такому ритму работы, не раздражает кожу под электродами и эпидермис не повреждается. При воздействии электрического тока на мышцы или нервы изменяется их биоактивность. Импульсы провоцируют сокращение мышечных волокон, что их укрепляет и приводит в действие. Если мышца перенапряжена, электростимуляция хорошо снимает такое напряжение.
Электростимуляция мышц спины в клинике неврологии проводится пациентам с неподвижным больным или искривлённым позвоночником. Она уменьшает болевые ощущения, восстанавливает чувствительность, укрепляет мышцы. Процедуры на этапе реабилитации после операции на позвоночнике помогают укрепить мышцы спины.
Электростимуляция мышц нижних конечностей позволяет восстановить работу следующих мышц:
Электростимуляция мышц бедра помогает активно бороться с остеоартритом, помогает восстановиться после операции по замене сустава. Электростимуляция мышц лица ускоряет утилизацию кислорода и уменьшает затраты энергии на сокращение. После физических нагрузок накапливается молочная кислота, а ток выводит её с мышц, избавляя от болевых ощущений.
Электростимуляция мышц рук восстанавливает функцию следующих мышц:
Показания и противопоказания
Электростимуляцию реабилитологи Юсуповской больницы проводят при всех состояниях, которые сопровождаются параличом или парезом мышц, травматических повреждениях нервов. Показаниями к электростимуляции являются:
Электростимуляция не применяется в качестве средства монотерапии и является дополняющим реабилитационным мероприятием. Она эффективна для мышц спины у пациентов, которые длительно находятся на постельном режиме. Мышцы спины во время процедур восстанавливают устойчивость к нагрузке, бывшую силу.
Существует немало противопоказаний к проведению электростимуляции мышц:
Противопоказано проведение электростимуляции пациента, страдающим эпилепсией, в силу того, что процедура может спровоцировать судорожный приступ. При травматических повреждениях нервов, мышц и сухожилий проводить электростимуляцию можно через месяц со времени наложения швов. В противном случае ввиду резко увеличивающейся механической нагрузке при мышечном сокращении во время проведения процедуры может развиться несостоятельность шва. Категорически противопоказана электростимуляция при беременности, ведь электрический стимул может приводить к повышению тонуса матки и вызвать преждевременное прерывание беременности.
Длительность лечения
Продолжительность терапии электростимуляцией в Юсуповской больнице определяет лечащий врач в зависимости от выраженности симптомов, давности поражения, характера патологического процесса. Длительность одной процедуры о не превышает 40 минут, при этом одна мышца или нерв стимулируется максимум 2-3 минуты. После этого необходима пауза около 10 минут.
Электростимуляцию проводят ежедневно или несколько раз в день. Курс лечения составляет от 10 дней до месяца. Перерыв между кусами делают 30 дней, после чего проводят повторное лечение с использованием этого метода.
Что входит в процедуру
Перед электростимуляцией неврологи Юсуповской больницы и находят спазмированные мышцы, устанавливают степень повышения их тонуса и распознают наличие фиброзных изменений. Если процедура проводится на лице, пациентке рекомендуют снять макияж и обезжирить кожу. Затем физиотерапевт наносит на кожу и электроды токопроводящий гель.
Электроды накладывает на области, где расположены двигательные точки: лицо, грудь, спину, живот, конечности и закрепляет. Выбрав необходимую силу тока, частоту и продолжительность, проводит сеанс электрической стимуляции. По окончании процедуры снимает электроды, очищает кожу от геля.
Электростимуляция мышц в ходьбе
Терапия двигательного неврологического дефицита подразумевает использование нескольких схем лечения. Одним из современных способов повышения их эффективности является искусственная коррекция движений. В рамках этого метода пациенту проводят электростимуляцию при ходьбе. Это внешняя электростимуляция мышц, параметры которой реабилитологи Юсуповской больницы подбирают индивидуально в соответствии с особенностями пациента, физиологическими нормами и динамикой ходьбы.
Метод электростимуляции мышц позволяет добиться следующих результатов:
Электростимуляцию мышц в Москве как метод лечения двигательного неврологического дефицита применяют специалисты клиники реабилитации. Пройти курс лечения можно, позвонив по телефону Юсуповской больницы.
Транскраниальная стимуляция постоянным током
Ключевой задачей многоэлектродной транскраниальной электрической стимуляции (TES) или транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) является поиск оптимальной схемы воздействия, которая обеспечивает необходимую плотность тока в мишени воздействия и сводит к минимуму его в остальной части мозга, что математически можно определить, как проблему оптимизации. Такая оптимизация с алгоритмами наименьших квадратов (LS) или Linearly Constrained Minimum Variance (LCMV) обычно является дорогостоящей и требует нескольких независимых источников тока.
Основываясь на принципе взаимности в электроэнцефалографии (ЭЭГ) и TES, можно быстро найти оптимальные паттерны TES. Можно определить четыре различные мишени в коре в детальной семицелевой модели конечных элементов и анализировать эффективность разных вариантов методов TES с учетом взаимности с точки зрения плотности электродов, ошибки таргетинга, фокальности, интенсивности и направленности с использованием решений LS и LCMV в качестве эталонных стандартов. Обнаружено, что алгоритмы взаимности показывают хорошую точность, сравнимую с решениями LCMV и LS. Использование большей плотности электродов улучшает фокальность, направленность и параметры интенсивности тока.
Требование к конкретному таргетированию очагов поражения регионов нейронов (ROI) заключается в использовании методологии, минимизирующей, насколько это возможно, ток, применяемый к областям мозга, не имеющим отношения к цели воздействия.
Кроме того, возрастает интерес к воздействию током как бы выходя за пределы традиционного использования двух больших губчатых электродов, например, с помощью местной модели с высоким разрешением одного источника (электрода), окруженного четырьмя электродами или массивными плотными электродными решетками, для повышения точности TES.
В этом отношении анатомически верное и специфическое для модели головы воздействие током в TES становится все более важным для определения места окончательного тестирования клинической эффективности TES в будущих клинических испытаниях.
Изменяя точки расположения небольших электродов (или меньший кластер электродов, аппроксимирующий площадь) на скальпе и сопоставляя с уровнем воздействия фиксированного тока, можно оптимизировать «доставку» тока в ROI регион коры с использованием специального алгоритма. Задача определения необходимой плотности направленного тока, без наложения дополнительных ограничений минимального воздействия на другие области мозга может быть решена прямо и точно с использованием принципа взаимности. Оптимизация TES с плотным массивом, как правило, сложнее из-за гораздо большего числа степеней свободы, чем в двух tDCS пластырей-электродов.
При более плотном покрытии скальпа в плотном массиве ЭЭГ полюса, топографии ЭЭГ для любого свинцового поля коры аппроксимируется лучше, и поэтому ожидается, что инжекция обратного тока от этих «полюсных» электродов обеспечит более точный таргетинг. Остается непонятным работают ли методы таргетинга на основе взаимности аналогично или лучше, чем методы LS и LCMV, а также то, что использование очень большого числа (256) электродов вместо (128) действительно улучшает эффективность данных методов. Предварительные результаты по использованию принципа взаимности для получения удобных протоколов влияния тока с использованием сетей ЭЭГ с 128 и 256 сетями высокой плотности. Метод взаимности оптимален для максимизации составляющей плотности тока на мишени желаемой ориентации. Описано четыре метода, полученных с помощью принципа взаимности, с эмпирическим учетом дополнительных требований минимизации воздействия TES на нецелевые области мозга и контрастирования их с алгоритмами LS и LCMV. Возможно моделирование на детальной модели головного мозга FE с учетом четырех репрезентативных кортикальных целей для оценки эффективности методов с точки зрения ошибки таргетинга (TE), фокальности, направленности и интенсивности воздействия током.
Первый метод, основанный на взаимности, имеет теоретическое значение, когда только один электрод вводит общий максимальный ток, а остальные электроды действуют как множественные «поглотители» распространения обратных токов и минимизации воздействия TES на нецелевые области.
В других трех методах взаимности, рассматривается дополнительное ограничение: верхняя граница тока, подаваемого каждым электродом, который обычно рассматривается с точки зрения ограничения безопасности для того, чтобы избежать раздражения кожи. Эти методы различаются способом выбора «поглотителей» и обеспечения лучшей оптимизации с точки зрения либо полной интенсивности цели («противоположной» конфигурации), либо показателя фокальности («кольцевая» конфигурация).
Эталонная модель мягких тканей для взрослого субъекта может была получена из T1-взвешенных МР-изображений головы, с помощью сканера 3T Allegra (Siemens Healthcare, Эрланген, Германия). Структура кости была получена от КТ-сканирования того же объекта, записанного с помощью КТ-сканера GE (General Electric, Fairfield, United States). Матрица регистрации составляет 256 × 256 × 256 с размером вокселей 1 мм × 1 мм × 1 мм как при сканировании CT, так и T1. Чтобы построить анатомически точную геометрию модели, изображения МРТ T1 автоматически сегментируются на семь типов тканей (серое вещество, белое вещество (WM), CSF, скальп, глазные яблоки, внутренний воздух и череп). Объем ТТ сегментирован в мягкие ткани, внутренние компоненты воздуха и кости черепа. Типичные положения электродов в сетях датчиков EGI 128 и 256 с высокой плотностью EGI, определенные для объекта в предыдущих исследованиях проводится с использованием системы геодезической протограмметрии (GPS).
