В статье описана работа транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Транскраниальная магнитная стимуляция является относительно новым диагностическим и лечебным методом. Данный метод применяют для лечения различных нейродегеративных заболеваний. В статье представлены исторические сведения, принцип работы ТМС и клиническое применения ТМС.
Ключевые слова: транскраниальная магнитная стимуляция, предоперационное планирование, неинвазивная стимуляция мозга.
Транскраниальная магнитная стимуляция — метод неинвазивной стимуляции головного мозга. Данный метод позволяет активизировать клетки центральной и периферической систем посредством переменного магнитного поля.
Для того чтобы понять как устроена транстраниальная магнитная стимуляция нужно узнать две основные вещи: историю возникновения раздела физики электричества, и как этот раздел плавно перешел в биологию.
На самом деле люди давно знакомы с электричеством. В 1780 году Гальвани разрезал металлическим скальпелем мертвую лягушку, и ее нога случайно дернулась. Гальвани понял, что дело в статическом электричестве, накопленном в скальпеле [1].
Изучение электричества
Ритмическая и диагностическая магнитная стимуляция основана на работах физиков. Английский ученый М. Фарадей в 1831 году обнаружил, что во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток (индуцированный ток).
Систему дифференциальных уравнений, которые описывают электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами сформулировал Д. Максвелл. Записываются уравнения в интегральной и дифференциальной формах. В интегральной форме они выражают соотношения для мысленно проведенных в ЭМП контуров и замкнутых поверхностях, а в дифференциальной — показывают, как связаны между собой характеристики ЭМП и плотности электрических зарядов и токов в каждой точке пространства.
Таблица 1
Система уравнений Максвелла
|
№ |
Название закона |
Интегральная форма |
Дифференциальная форма |
|
1 |
Закона электромагнитной индукции Фарадея |
|
|
|
2 |
Обобщение закона полного тока |
|
|
|
3 |
Теоремы Гаусса для электрической индукции |
|
|
|
4 |
Теоремы Гаусса для индукции магнитного поля |
|
|
Анализируя связь между величинами электрического и магнитного поля, Максвелл создал теорию электромагнитного поля.
Теория Максвелла — теория близкодействия, согласно которой электрические и магнитные взаимодействия распространяются со скоростью, равной скорости света в данной среде.
Правила, по которым взаимодействуют магнитное и электрическое поля сформулировал русские физик Э. Ленц. Он понял, что индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока.
В 1888 г. вышла заключительная работа цикла «О лучах электрической силы», доложенная Герцем 13 декабря. Этот год считается годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения теории Максвелла.
Переход к биологии
Воздействие электромагнитных токов на живые организмы первым начал изучать французский физик д’Арсонваль. В 1891 году д’Арсонваль обратил внимание на способность токов высокой частоты проходить через животный организм, не вызывая раздражения тканей и оказывая различные физиологические эффекты. Так д’Арсонваль стал основоположником биофизики.
В 1980 году был разработан метод транскраниальной электростимуляции головного мозга. Но ввиду болезненности и возможности распространения ожогов этот метод не получил широкого практического применения [2].
В 1985 году группа ученых Шеффилдского университета создала первый магнитный стимулятор [2].
Принцип метода
В первую очередь ТМС использовалась как диагностическая методика для активации моторной коры головного мозга. При стимуляции центральных моторных зон коры неинвазивно с поверхности скальпа исследователь получает двигательный моторный ответ по соответствующим путям центральной нервной системы и этот ответ можно анализировать и определять те или иные патологии нервной системы в зависимости от скорости проведения, мощности получаемого сигнала и прочих параметров, что может использоваться для оценки сохранности кортикоспинального тракта, посттравматических повреждений, демиелинизирующих заболеваний и прочих неврологических патологий.
На данный момент достаточно широкий спектр неврологической патологии можно лечить этим воздействием. Оно относится к категории нейромодуляции, нейрореабилитации. Производится индивидуальный подбор параметр к каждому пациенту и здесь требуется работа специально обученного специалиста, имеющего опыт в данной области.
Принцип работы
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 деполяризируются, 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 измерения под действием переменного магнитного поля возникают в мозговой ткани.
Принцип действия самого стимулятора основан на разряде силового конденсатора на магнитный индуктор, представляющий из себя электромагнитную катушку. Вокруг катушки образуется магнитное поле заданной величины, воздействующее на выбранные исследователем зоны коры головного мозга. Следствием образования магнитного поля является выделение большого количества тепла, поэтому устройство необходимо охлаждать за счет охлаждающей жидкости, элементов Пельтье и радиатора.
Клиническое применение транскраниальной магнитной стимуляции
ТМС в клинической практике применяется для картирования моторных и речевых зон коры в предоперационном периоде хирургического вмешательства для обеспечения минимизации оперативных рисков и прогнозировании исхода. ТМС является наиболее точным методом по сравнению с прямой корковой стимуляцией, являющейся «золотым стандартом» [4] инвазивного картирования функционально значимых зон головного мозга. Также лечебный эффект оказывается при следующих патологиях:
– Депрессивные расстройства, ОКР
– Хронические болевые синдромы
– Болезнь Парскинсона
Помогает в диагностике следующих заболеваний:
– Травмы головного мозга
– БАС
– Рассеянного склероза
– Болезни Паркинсона
Вывод
ТМС является неинвазивным методом нейростимуляции с большим диагностическим и терапевтическим потенциалом. Это безопасный способ диагностики и лечения различных заболеваниях нервной системы, включая острые и хронические нарушения мозгового кровообращения, нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона и др.), травмы головного и спинного мозга, повреждения периферических нервов, рассеянный склероз и др.
Литература:
- История мозговых имсплантов // XX2ВЕК URL: https://22century.ru/popular-science-publications/history-brain-implants (дата обращения: 22.11.2022).
- Червяков А.В, Пирадов М.А, Савицкая Н.Г, Черникова Л.А, Кремнева Е. И. Новый шаг к персонифицированной медицине. Навигационная система транскраниальной магнитной стимуляции (NBS eXimia Nexstim) // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. — 2012. — № 3. — С. 37–46.
- Белова А. Н. Балдова С. Н. Транскраниальная магнитная стимуляция: клиническое применение и научные перспективы // Успехи современного естествознания. — 2015. — № 9. — С. 34–42.
- Жуков В. Ю., Горяйнов С. А., Буклина С. Б., Вологдина Я. О., Баталов А. И., Огурцова А. А., Куликов А. С., Кобяков Г. Л., Ситников А. Р., Чернышов К. А., Чёлушкин Д. М., Захарова Н. Е., Потапов А. А. Интраоперационное картирование длинных ассоциативных трактов в хирургии глиом доминантной по речи лобной доли. // Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н. Н. Бурденко. 2018;82(5): 5‑20. — 2018
