способ оценки энергетического состояния головного мозга

Формула изобретения

Способ оценки энергетического состояния головного мозга путем регистрации уровня постоянных потенциалов головного мозга, отличающийся тем, что электроды устанавливают на коже в области височной или лобной или теменных или затылочной областей, а референтный электрод - в области запястья, регистрацию осуществляют в условиях уменьшения влияния нестабильности кожного потенциала, после чего сравнивают полученные значения с предварительно установленными в аналогичных условиях нормативными значениями для соответствующей возрастной группы и области, а для всего головного мозга в виде средней величины и при значениях, не выходящих за пределы среднего квадратического отклонения по отношению к средней, считают энергетическое состояние головного мозга нормальным, при значениях в интервале от одного до двух средних квадратических отклонений - умеренно повышенным или пониженным, при значениях, превышающих два средних квадратических отклонения - значительно повышенным или пониженным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к экспериментальной и клинической медицине, точнее к неврологии, и может быть использовано в неврологической и психиатрической практике при оценке энергетического состояния головного мозга, которое, в свою очередь, позволяет судить о его функциональном состоянии при диагностике нервных и психических заболеваний, контроле за результатами лечения, для определения уровня стресса и т.д.

Оценка биоэлектрических процессов головного мозга используется при функциональной, донозологической, нозологической диагностике, при профотборе. При этом оценку биоэлектрических процессов производят различными способами, например, с помощью анализа динамического графического отображения серии топографических карт для последовательности текущих величин параметров в режиме сканирования эпохи анализа ЭЭГ (патент РФ 2029492, A 61 B 5/04, 27.02.95).

Известна базисная роль замедленных физиологических процессов в механизмах регуляции нормальных и патологических состояний внимания, памяти, эмоций, двигательных функций (В.А. Илюхина Энергодефицитные состояния здорового и больного человека. С.-Петербург, 1993, с. 99). Для оценки этих процессов используется способ дискретной омегометрии в отведении вертекс - тенор кистей рук. Способ используется в различных областях медицины для определения, в том числе, энергетического статуса больного и здорового человека. При этом изучают динамику фоновой и вызванной омегограммы с анализом отклонения показателей (негативные и позитивные значения омега-потенциала) с учетом различных типов фоновой динамики омега-потенциала. Способ дискретной омегографии в покое обеспечивает возможность получения надежной информации о суточных колебаниях функционального состояния здорового и больного человека (там же, с. 103-105). Используется также исследование вызванных изменений омега-потенциала в ответ на однократную функциональную нагрузку, что позволяет получить информацию о состоянии механизмов нейрорефлекторной и вегетативной регуляции основных систем, обеспечивающих приспособительное поведение и реакции организма на экзогенные воздействия (с. 115). С учетом особенностей вызванной динамики омега-потенциала в ответ на однократную функциональную нагрузку у здоровых и больных разных возрастных групп выделены наиболее распространенные типы вызванных омега-грамм. Тип вызванной омега-граммы формируется из соотношения особенностей динамики омега-потенциала в фазы (временные интервалы) после предъявления функциональной нагрузки или любого экзогенного воздействия. При этом вторая фаза омега-граммы отражает состояние в том числе, утилизации кислорода в тканях, в том числе, мозга. Метод омегометрии находит применение в системе методов неинвазивной диагностики адаптационных возможностей основных регуляторных систем к острому и хроническому стрессу и адаптационных резервов организма.

Регистрацию медленных электрических потенциалов проводят, например, для диагностики психопатологических состояний человека. При этом последовательно формируют простое и сложное мотивационное задание человеку, одновременно регистрируют медленные электрические потенциалы головного мозга, производят измерение времени реакции, изменений амплитудно-временных параметров медленных электрических потенциалов головного мозга в мотивационном задании, по сравнению с простым, оценивают выраженность всех компонентов в паттерне реакций головного мозга, сравнивают параметры электрических потенциалов головного мозга и реакции по каждому этапу с известными из статистических данных значениями нормы, а затем по всем этапам диагносцируют состояние в категориях нормы, пограничного состояния, патологии (патент РФ 2089096, A 61 B 5/04, 10.09.97).

По степени снижения уровня постоянных потенциалов судят о глубине гипноза. При этом степень снижения находится в прямой пропорциональной зависимости от глубины гипнотического погружения (патент РФ 2102921, 23.01.98).

Как известно, генез постоянных потенциалов мозга связан с мембранными потенциалами нейронов, глии и гематоэнцефалического барьера (Gumnit R.G. The distribution of direct current responses evoced by sounds in the auditory cortex of the cat. Electroencephal. Clin. Neurophysiol., 1961, v.13, n.6, p. 889-895, Bredbary M. The concept of a blood-brain barrier., N-Y, Toronto, 1979, p.479). Генерация всех видов мембранных потенциалов связана с энергозатратами, необходимыми для создания и поддержания ионных градиентов, функционирования K-Na насоса и др. На эти цели расходуется более половины всей потребляемой мозгом энергии (Siebert G. et al., Energy supply of the central nervous sistem. Bibl. Nutr. dieta, n.38, p. 1-26, 1986). Прямые измерения показали наличие тесной взаимосвязи между уровнем постоянных потенциалов мозга и показателями церебрального энергетического метаболизма: соотношением окисленных и восстановленных форм дыхательных ферментов, интенсивностью перекисного окисления липидов и др. (G. Somjen et al. Evoked sustained potentials and oxidations of intramitochondrial enzymes in normal and in pathological states. Origin of Cerebral Field Potentials. Stuttgart, 1979, p. 164-174, Фокин В.Ф., Пономарева Н.В. и др. Связь электрических реакций головного мозга с процессами перекисного окисления липидов при патологическом старении, 1989).

Таким образом, уровень постоянных потенциалов можно рассматривать как интегральный показатель энергетического состояния головного мозга.

Известны способы оценки энергетического состояния головного мозга с помощью позитронной эмиссионной томографии радиоактивным методом по интенсивности поглощения радиоактивной метки в отдельных участках мозга с использованием в качестве метки 18-флюоро-Д-деоксиглюкозы (Holcomb H.H. et al. Brain metabolism patterns are sensitive to attentional efforts associated with a tone recognition task. Biol.Psichiatry, 1996, 39,1013-1022).

Известны способы оценки энергетического состояния головного мозга с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (Scares J.S. et al. Nuclear magnetic resonance spectroscopy new insignts into the pathophysiology of mood disorders. Depression, 1996, (1), 14-30).

Однако, являясь достаточно информативными, данные способы технически громоздки, требуют использования дорогостоящего оборудования, а первый из них - введения в организм радиоактивного маркера.

За ближайший аналог принят способ оценки энергетического состояния головного мозга с помощью омегаметрии, который включает регистрацию медленных электрических потенциалов в отведении вертекс-тенор кисти (В.А. Илюхина Энергодефицитные состояния здорового и больного человека. С.-Петербург, 1993, с. 103). Все значения разности потенциалов, которыми обозначают уровень постоянных потенциалов, зарегистрированные в названном отведении, разбивают на диапазоны с шагом в 20 мВт, которые и характеризуют особенности функциональных состояний, связанных с различным энергетическим состоянием. На этом принципе строят линейную шкалу, которая не позволяет учесть естественную вариабельность значений потенциалов, характеризующих функциональное состояние и возрастную изменчивость границ диапазонов. При этом регистрацию величины постоянных потенциалов проводят только для области вертекса. Кроме того, при регистрации разности потенциалов в отведении вертекс-тенор, существенный вклад вносят кожные потенциалы, имеющие величину в несколько десятков мВ. Поэтому вклад источников потенциалов мозгового происхождения в регистрируемую величину относительно невелик. Использование тенора кисти для референтного электрода вносит еще одну неучитываемую ошибку, связанную с наличием в этой зоне большого количества биологически активных точек.

Нами была поставлена задача разработки более точного способа оценки энергетического состояния головного мозга с помощью определения уровня (величины) постоянных потенциалов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является качественно-количественное определение уровня энергетического состояния головного мозга. Технический результат достигается за счет преобразований значений уровня постоянных потенциалов в области проекции различных долей головного мозга в относительную оценку энергетического состояния головного мозга, определяющую в итоге его функциональное состояние, с помощью разработанной возрастозависимой шкалы, а также за счет большей точности измерения при условии исключения погрешности, вносимой потенциалами кожи, в том числе от БАТ.

Возрастозависимая нормативная шкала преобразует количественные значения уровня постоянных потенциалов отдельно в лобной, височной, затылочной, правой и левой теменной областях головного мозга или суммарно от всего головного мозга в критерии оценки уровня энергетического состояния этих областей, характеризуемые как нормальный уровень; умеренно повышенный или сниженный; значительно повышенный или сниженный. Для разработки нормативной шкалы использовали возрастные эталонные группы. Каждую эталонную группу формировали следующим образом. Отбирали клинически здоровых испытуемых, находившихся вне острого или хронического стресса. Для этого испытуемые проходили нейропсихологическое, неврологическое, терапевтическое, ЭЭГ обследование и исследование вегетативного статуса. Корректность оценки нормального энергетического состояния головного мозга контролировали по биохимическим характеристикам (уровень гормона стресса кортизола, интенсивность перекисного окисления липидов, потребление кислорода и др.)

Эталонное распределение количественных значений постоянных потенциалов мозга для каждой области разбивали на интервалы, равные среднему квадратическому отклонению, причем, среднее арифметическое значение принимали за точку отсчета. Получаемая шкала соответствует принятым в биологии и медицине пяти- и однопроцентному статистическим уровням значимости в оценке различий между распределениями случайных величин. Данная шкала представляет собой нелинейную вероятностную меру с величиной шага, равного среднему квадратическому отклонению. Значения потенциалов той или иной вероятности по приближенности к нормальной выборке определяются как нормальные, умеренно измененные и значительно измененные. В медицине используются линейные шкалы, логарифмические, экспоненциальные и т.д. Однако, эти шкалы дают крайние границы нормы, что не может удовлетворять при оценке функционального и энергетического состояния, поскольку позволяют лишь грубо, без учета параметров распределения проводить сравнение с эталонной группой. Используемая в предлагаемом изобретении шкала обладает тем преимуществом, что позволяет проводить оценку дифференцированно качественно-количественным методом. Для каждой возрастной группы и условий проведения исследований (с функциональной нагрузкой или без таковой) разработаны соответствующие нормативные шкалы.

Для исключения погрешности, вносимой кожными потенциалами, осуществляли уменьшение влияния нестабильности кожного потенциала известным путем (патент РФ 2007116, A 61 B 5/04, 1994), при этом референтный электрод располагали в области запястья, в этом случае имеет место наименьшая кожно-гальваническая реакция, в том числе за счет удаленности от БАТ, что обеспечивает большую стабильность уровня потенциала референтного электрода.

Совокупность приемов, включающих регистрацию уровня постоянных потенциалов с различных областей головного мозга с помощью неполяризующих электродов, расположение неполяризующего референтного электрода в области запястья, регистрация параметров с исключением ошибки измерения, возникающей за счет нестабильности межэлектродного кожного потенциала, выявляемого по нестабильности кожного сопротивления и использование при этом для оценки энергетического состояния мозга возрастозависимой нормативной шкалы позволяет качественно-количественным методом выявлять степень изменений упомянутого состояния.

Способ осуществляется следующим образом. Исследуемого располагают в любом стандартном положении (сидя, лежа, стоя). На кожу головы помещают 5 неполяризующих электродов над лобной, теменными, височной и затылочной областями головного мозга. Референтный неполяризующий электрод размещают на запястье правой руки. Регистрацию осуществляют с помощью усилителя постоянного тока с входным сопротивлением, превышающим 1 МОм. Осуществляют контроль и минимизацию в суммарную разность потенциалов кожных потенциалов (известным способом, патент РФ 2007116, 1994). Производят измерение разности потенциалов и сопротивления с помощью программируемого усилителя биопотенциалов постоянного тока с большим входным сопротивлением. Измерение осуществляют в течение нескольких минут, фиксируют полученные показатели в виде потенциалов милливольтного диапазона для каждой области мозга. Увеличивая длительность исследования, можно регистрировать изменения уровня постоянных потенциалов, в том числе при функциональных нагрузках, действии лекарственных веществ и т. д. Полученные значения уровня постоянных потенциалов для различных областей головного мозга сравнивают с соответствующими значениями на возрастозависимой нормативной шкале. По уровню постоянных потенциалов судят об энергетическом состоянии соответствующей области головного мозга. Уровень энергетического состояния соответствующей области головного мозга считают нормальным, если величина уровня постоянных потенциалов не выходит за пределы одного среднего квадратического отклонения по отношению к средней; умеренно повышенным или пониженным - если уровень постоянных потенциалов находится в интервале от одного до двух средних квадратических отклонений от средней; значительно повышенным или пониженным - если уровень постоянных потенциалов отклоняется от средней более, чем на два средних квадратических отклонения.

Предлагаемый способ исследования энергетического состояния головного мозга с помощью регистрации уровня постоянных потенциалов и способ оценки энергетического состояния головного мозга поясняются следующими клиническими примерами.

Пример 1. Обследуемый В. Практически здоров. Неврологическое исследование не выявило каких-либо патологических сдвигов. Проведено исследование уровня постоянных потенциалов мозга для 5 областей. Референтный электрод установлен на запястье. Получены следующие значения постоянных потенциалов в мВ: Fpz - 16; Cz - 21; Oz - 14; Td - 19; Ts - 20; Cp - 18.

Проведено сравнение с соответствующей возрастозависимой шкалой как для различных областей головного мозга, так и для мозга в целом. Значения уровня постоянных потенциалов соответствуют нормальному возрастному уровню энергетического состояния головного мозга. У этого же обследуемого проведены следующие биохимические исследования: определение кортизола в сыворотке крови радиоиммунологическим методом с использованием кортизола, меченого J125 и преципитирующего реагента с помощью счетчика гамма-излучения. Содержание кортизола в сыворотке крови составило 490 нмоль/л. Определение интенсивности перекисного окисления липидов производили с помощью измерения в выдыхаемом воздухе концентрации эндогенного n-пентана методом газовой хроматографии. Содержание пентана в выдыхаемом воздухе отражает процессы перекисного окисления липидов преимущественно в головном мозге (Каган В.Е. и др. Перекисное окисление липидов. Итоги науки и техники, Биофизика, М., 1986, т. 18, с. 1-135). У данного обследуемого концентрация n-пентена составила 0.23 nмоль в 1 л на 1 кг массы и не была повышена, по сравнению с возрастной нормой, составляющей 0.22+0.04 nмоль/лкг. Биохимические показатели, отражающие энергетическое состояние головного мозга и свидетельствующие о его нормальном состоянии, подтверждают показания, полученные при регистрации уровня постоянных потенциалов.

Пример 2. Обследуемый 3., 46 лет. Проходит обследование на профессиональную пригодность к сменной работе после депривации сна. Неврологическое обследование отклонений от нормы не выявило. Результаты исследования уровня постоянных потенциалов были следующими: Fpz - 8; Cz -11; Oz - 9; Td - 7; Ts - 9; Cp. - 8.8.

Проведено сравнение с соответствующими показателями возрастной шкалы, которое установило отсутствие отклонений от нормы в отношении энергетического состояния головного мозга. Проведены такие же биохимические исследования, как и предыдущего обследуемого. Содержание кортизола в сыворотке крови - 350 нмоль/л, т.е. не повышено для данной возрастной группы. Концентрация n-пентена составила 0.20 nмоль в 1 л на 1 кг массы и не была изменена, по сравнению с возрастной нормой.

Пример 3. Пациент А. , 44 года, диагноз: последствия черепно-мозговой травмы. Из анамнеза известно, что 4 года назад перенес закрытую черепно-мозговую травму, сопровождавшуюся потерей сознания в течение 5 минут. На следующий день после травмы отмечались тошнота, рвота, головная боль. После травмы стали беспокоить раздражительность, повышенная утомляемость, головные боли. Однократно имел место генерализованный судорожный припадок с потерей сознания. В неврологическом статусе: тремор пальцев рук, сухожильные рефлексы оживлены d = s. Негрубо выраженный адиадохокинез. Легкое пошатывание в позе Ромберга, влажность кожных покровов. АД 140/80 мм рт. ст., пульс 90 уд. в мин.

Проведено исследование уровня постоянных потенциалов в соответствии с предложенным способом в состоянии покоя и после функциональной нагрузки в виде гипервентиляции. 5 неполяризуемых электродов установлено в области 5 областей головного мозга, референтный электрод установлен на запястье. Получены следующие показатели уровня постоянных потенциалов: Fpz - 20; Cz - 19; Oz - 21; Td - 18; Ts - 20; Cp. - 19.6.

Проведено сравнение полученных показателей с соответствующими показателями возрастозависимой шкалы и выявлено нарушение энергетического, а следовательно, и функционального состояния головного мозга, как по исследуемым областям, так и по органу в целом. Биохимические исследования показали, что содержание кортизола в сыворотке крови составило 768 нмоль/л, а n-пентена - 0.27 nмоль в 1 л на 1 кг массы, что свидетельствует о повышенном содержании того и другого, по сравнению с нормой. Таким образом, у данного больного с черепно-мозговой травмой выявлено нарушение энергетического состояния головного мозга, что подтверждается и соответствующими биохимическими сдвигами.

Таким образом, предлагаемое изобретение, представляющее собой способ оценки энергетического состояния головного мозга, обеспечивает получение информативных данных, позволяющих оценить энергетическое, а следовательно, функциональное состояние головного мозга, и установить в последующем связь между этими показателями и различными неврологическими и психопатологическими состояниями.