Патент на изобретение №2319441

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО И МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НЕРВНОЙ ТКАНИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области медицины, а именно к нейрофизиологии. Одновременно регистрируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ) и уровень постоянного потенциала (УПП), сравнивают их и по характеру изменения измеряемых параметров за один и тот же промежуток времени определяют функциональное и метаболическое состояние нервной ткани. При негативизации УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих деполяризационную активацию нейронов, определяют развитие плохого метаболического и функционального состояния (ФС) нервных клеток. При негативизации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ, сопровождающих деполяризационное торможение нейронов, определяют развитие еще более плохого метаболического и ФС. При позитивизации УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих реполяризационную активацию нейронов после деполяризационного торможения, либо гиперполяризационную активацию, определяют развитие хорошего метаболического и ФС нервной ткани. При позитивизации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ, сопровождающих либо реполяризационное торможение нейронов после деполяризационной активации, либо гиперполяризационное торможение, определяют развитие очень хорошего метаболического и ФС клеток нервной ткани. Изобретение обеспечивает новую качественную трактовку состояния нервной ткани. 1 табл., 3 ил.

(56) (продолжение):

CLASS=”b560m”assess functional and metabolic state of nervous tissue – Int J Neurosci. 2004 Aug; 114(8):977-997.

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, психопатологии, нейрохирургии, нейрофизиологии и экспериментальной нейробиологии, а также психофизиологии и предназначено для определения функционального и метаболического состояния нервной ткани в норме и при патологии.

Недостатком этого способа является сложность реализации, высокие экономические затраты и использование дорогостоящего оборудования для проведения исследования, необходимость предварительной подготовки пациентов к исследованию. Недостатками способа являются также невозможность проведения динамического контроля над состоянием мозга во время медицинских манипуляций в клинике, сложность и неудобство для реализации в экспериментальных исследованиях на мелких лабораторных животных.

Несмотря на наличие у данного способа ряда положительных свойств, он не позволяет тонко дифференцировать многие физиологические и патологические ФС.

Ближайшим аналогом является способ определения функционального и метаболического состояния нервной ткани /Патент РФ №2245673, А61В 5/04, А61В 5/0476, 2005 г./, включающий регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ), одновременно с ЭЭГ регистрируют уровень постоянного потенциала (УПП) и при негативизации УПП и увеличении мощности ЭЭГ определяют деполяризационную активность нейронов и усиление метаболизма; при негативизации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ – деполяризационное торможение нейронов и угнетение метаболизма; при позитивации УПП и увеличении мощности ЭЭГ – реполяризационную или гиперполяризационную активизацию нейронов и усиление метаболизма; при позитивации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ – гиперполяризационное торможение нейронов и снижение метаболизма нервной ткани.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего характеризовать текущее метаболическое и ФС нервной ткани с качественной точки зрения, за счет регистрации и дифференцирования характера изменений УПП и ЭЭГ.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения функционального и метаболического состояния нервной ткани, включающем одновременную регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и уровня постоянного потенциала (УПП), поляризационные и активационные процессы, наблюдаемые по характеру изменений УПП и ЭЭГ сопоставляют с состоянием лабильности и резистентности нервных клеток и их биохимических систем и дают качественную характеристику метаболического и ФС нервной ткани.

Позитивизацию УПП и уменьшение мощности ритмов ЭЭГ рассматривают либо как формирование гиперполяризационного торможения нейронов и развитие превосходного метаболического и ФС нервной ткани, либо как реполяризацию мембраны после периода деполяризационного возбуждения и улучшение метаболического и ФС нервной ткани.

Позитивизацию УПП и увеличение мощности ритмов ЭЭГ рассматривают либо как постгиперполяризационную активации нейронов и развитие у них хорошего метаболического и ФС, либо как развитие реполяризационной активации нейронов и улучшение у них метаболического и ФС после деполяризационного торможения (парабиоза).

Негативизацию УПП и увеличение мощности ритмов ЭЭГ рассматривают как развитие деполяризационной активации нейронов и плохого метаболического и ФС нервной ткани.

Еще большую негативизацию УПП и уменьшение мощности ритмов ЭЭГ рассматривают как развитие деполяризационного торможения и очень плохого метаболического и ФС нервной ткани.

Сопоставление поляризационных и активационных процессов, наблюдаемых по характеру изменений УПП и ЭЭГ с состоянием лабильности и резистентности нервных клеток и их биохимических систем позволяет дать качественную характеристику метаболического и ФС нервной ткани.

Способ осуществляется следующим образом.

У объекта исследования неполяризующимися (хлорсеребряными) электродами с помощью усилителя постоянного тока проводят одновременную регистрацию уровня постоянного потенциала и суммарной медленной электрической активности (ЭЭГ) в исследуемой нервной ткани.

При позитивных сдвигах УПП и угнетении мощности ЭЭГ, сопровождающих возрастание потенциала покоя клеток (ре- или гиперполяризацию) и торможение нейрональной активности, определяют либо улучшение метаболического и ФС нервной ткани в случае возвращения мембранного потенциала к уровню потенциала покоя после деполяризационной экзальтации возбудимости, либо развитие превосходного метаболического и ФС в случае гиперполяризационного торможения клеток.

При позитивных сдвигах УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих возрастание потенциала покоя клеток (ре- или гиперполяризацию) и активацию нейрональной активности, определяют улучшение метаболического и ФС в связи с выходом клеток из парабиоза, либо хорошего метаболического и ФС в случае гиперполяризационной экзальтации возбудимости.

При негативных сдвигах УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих снижение потенциала покоя (деполяризацию) и активацию нервных клеток, определяют развитие плохого метаболического и ФС клеток нервной ткани.

При негативных сдвигах УПП и угнетении мощности ЭЭГ, сопровождающих сильное снижение потенциала покоя (сильную деполяризацию) клеток и торможение нейрональной активности (по типу парабиоза), определяют развитие очень плохого метаболического и ФС клеток мозга.

Пример

²⁺

Таким образом, в настоящее время, есть все основания говорить о том, что возрастание ПП (гиперполяризация) сопровождается развитием хорошего метаболического и ФС, тогда как снижение ПП (устойчивая (стационарная) деполяризация) сопровождается развитием плохого метаболического и ФС нервных клеток.

Для оценки функционального и метаболического состояния нервной ткани по-нашему способу было проведено исследование УПП и ЭЭГ при интрацеребровентрикулярном введении циклопентиладенозина (ЦПА). На фиг.1 показано изменение УПП и ЭЭГ у крыс (n=10) после интрацеребровентрикулярного введения ЦПА в неокортексе. Видно, что инъекция ЦПА вызывала позитивное отклонение УПП с первичной активацией мощности большинства (дельта-1, дельта-2 и бета) ритмов ЭЭГ, которая затем (через 5-10 минут) сменилась их депрессией (см. Таблица).

Звездочками обозначены значения амплитуды ритмов, достоверно отличающиеся от периода, предшествовавшего введению препарата: *-р<.05, **-р<.01, ***-р<.001.

В среднем позитивное отклонение УПП через 4 минуты после введения ЦПА равнялось 6890±2418 мкВ.

Спустя 40 минут после инъекции ЦПА, мощность ритмов ЭЭГ снизилась на 34,56±1,96% (р<0,001). Уменьшение мощности ЭЭГ на фоне ЦПА было примерно одинаковым для всех ритмов и колебалось в пределах от 32,77±5,37% (для альфа-) до 37,19±2,64% (для бета-ритма).

Таким образом, введение ЦПА с течением времени вызывало на фоне позитивного отклонения УПП разнонаправленные изменения мощности ритмов ЭЭГ. Сразу после введения препарата мощность ритмов увеличивалась, а затем, спустя 5-10 минут, происходило ее угнетение.

На фиг.2 показано изменение регистрируемых биопотенциалов при внутрибрюшинном введении крысам (n=22) этаминал-натрия (нембутала). Видно, что вначале после инъекции препарата наблюдалось негативное отклонение УПП (р<0,001) и увеличение мощности ЭЭГ (р<0,001). Негативизация потенциала составила в среднем 638,8±124,1 мкВ, а увеличение мощности ритмов 28,0±2,3%. Спустя 1-2 минуты, появилось позитивное смещение постоянного потенциала при сохранении повышенной мощности ритмов (фиг.2, А), животное при этом находилось в дремотном состоянии. Потеря болевой чувствительности и засыпание животного происходили на фоне дальнейшей позитивизации УПП при одновременном снижении амплитуды ритмов ЭЭГ, угнетение которых достигало максимума при углублении сна. Среднее значение позитивного сдвига потенциала при этаминаловом сне составило 1043±283 мкВ. Характер изменения диапазонов ЭЭГ-ритмов при наркотизации друг от друга существенно не отличался.

В целом результаты последнего исследования показали, что сложная картина взаимоотношений УПП и ритмов ЭЭГ, выявленная на модели интрацеребровентикулярного введении ЦПА, наблюдается и после внутрибрюшинной инъекции нембутала. Предсонное (дремотное) состояние сочеталось позитивным отклонением УПП и относительно высокой мощностью ритмов ЭЭГ, тогда как засыпание – еще большей позитивизацией УПП, сочетающейся, однако, со снижением мощности ритмов ЭЭГ. Полученные данные указывают на формирование под действием нембутала гиперполяризационных процессов в ткани головного мозга. Характер изменения регистрируемых показателей говорит о том, что нембутал, так же, как и ЦПА, вызывает развитие в целом хорошего метаболического и ФС нервной ткани мозга. Содружественные сдвиги УПП и ЭЭГ позволяют также видеть динамику данного состояния и развитие превосходного метаболического и ФС при переходе от дремоты ко сну.

На фиг.3 и 3а показаны содружественные изменения УПП и ЭЭГ при моделировании у крыс ишемии мозга разной тяжести. Моделирование ишемии проводилось двумя способами на одних и тех же крысах последовательно в течение одного эксперимента. Предварительно за 2-3 дня до опыта беспородным белым крысам массой 150-200 г обоего пола (n=12) под нембуталовым наркозом под кости черепа над лобной корой правого и левого полушарий вживлялись хлорсеребряные электроды. Индифферентный серебряный хлорированный электрод размещался в костях над лобными пазухами. Выводы электродов крепились к черепу быстрозатвердевающей пластмассой.

На фиг.3 и 3а показано изменение мощности ЭЭГ и УПП во время моделирования ишемии двумя способами. Видно, что перевязывание общих сонных артерий (“Ишемия 1”) привело к увеличению мощности ЭЭГ в лобной и теменной коре правого и левого полушарий. Увеличение мощности спектра ритмов во всех отведениях в целом у всей выборки крыс равнялось 14,04±1,75% (р<0,001). Наибольшее увеличение амплитуды (20,04±3,2%) наблюдалось в альфа-диапазоне, где она выросла с 23,71±0,86 до 28,46±1,09 мкВ (р<0,001). Для тета-ритма увеличение составляло 16,31±3,15%, и он изменился с 46,52±2,03 до 54,01±2,08 мкВ (р<0,01). Повышение амплитуды дельта-ритма равнялось 10,61±2,79%: с 106,85±3,96 до 118,38±3,74 мкВ (р<0,01). Меньше всего изменился бета-ритм. Его мощность увеличилась только на 9,21±4,33% с 7,31±0,34 до 7,98±0,33 мкВ. Тем не менее, и это увеличение было статистически достоверно (парный t-критерий Стьюдента показал различия при р<0,01). Одновременно с увеличением мощности ритмов ЭЭГ наблюдалось небольшое негативное отклонение УПП, которое к концу периода составило 1222,51±290,1 мкВ (р<0,01).

Характер изменения УПП и ЭЭГ при моделировании “Ишемии-1” свидетельствует о том, что в нервной ткани развиваются деполяризационные процессы, сочетающиеся с нейрональной активацией, т.е. состояние типа католической экзальтации.

Дополнительное введение окклюдера в СМА левого полушария на фоне развития общего угнетения ритмов ЭЭГ привело к более значительным изменениям УПП в неокортексе, которые имели при этом как позитивную, так и негативную направленность (Фиг.3, “Ишемия-2”). В левом полушарии как в лобной, так и теменной коре наблюдалось значительное негативное отклонение УПП, которое составило соответственно 20929±8177 и 12880±4175 мкВ. В отдельных случаях в лобной коре негативизация достигала около 40 мВ.

Среднее угнетение ритмов ЭЭГ в левом полушарии в целом по выборке составило в лобной коре 25,62±2,41, в теменной – 22,74±1,94%. Больше всего изменения затронули медленные частоты. В правом полушарии угнетение ритмов было достоверно меньше, чем в левом полушарии, и составило для лобной коры 14,28±2,49% и 13,03±2,19 – для теменной. Анализ изменения ЭЭГ в правом полушарии, отдельно по частотам, что угнетение затрагивало только дельта-ритм. В остальных частотных диапазонах введение окклюдера в СМА левого полушария не привело к достоверным изменениям ритмов по сравнению с периодом, предшествовавшим ишемии мозга. Отличия в изменении биопотенциалов в правом полушарии касались также УПП. В теменной коре правого полушария негативное отклонение было почти в 3 раза меньше, чем в левом полушарии и составляло 7705±1373 мкВ. В лобной коре правого полушария отклонение постоянного потенциала носило вообще позитивную направленность и равнялось 6183±2605 мкВ.

Таким образом, развитие циркуляторной ишемии, по модели 1, сопровождалось относительно небольшим негативным отклонением УПП и увеличением мощности ритмов ЭЭГ во всех отведениях. Использование, в модели 2, окклюзии СМА левого полушария привело к дополнительной значительной негативизации УПП левого полушария и угнетению в нем, на этом фоне, ЭЭГ.

Характер изменения регистрируемых потенциалов в левом полушарии после введения окклюдера в СМА левого полушария указывает на развитие в неокортексе сильных деполяризационных процессов, сочетающихся с угнетением нейрональной активности. Иначе говоря, в нервной ткани левого полушария в это время развивается состояние типа парабиоза или католической депрессии Вериго. Метаболическое и ФС нейронов, сопровождающее данное явление, очевидно еще хуже, чем при “Ишемии-1”.

На фиг.3 и 3а также видно, что после извлечения окклюдера в отведениях регистрировались, как правило, изменения постоянного потенциала, противоположные тем, которые имели место при его введении в СМА. В среднем по всей группе, в левом полушарии в лобной и теменной коре за период в 16 минут потенциал позитивизировал соответственно на 42,7±10% (Р<0,05) и 40,0±22% (Р<0,05). В правом полушарии в лобной коре извлечение окклюдера вызвало снижение постоянного потенциала на 23,8±12,7% (Р<0,05). В теменной коре этого же полушария наблюдалась небольшая позитивизация УПП, равная 17,2±11,2%.

Анализ происходящих при этом изменений ритма показал, что реперфузия привела к увеличению мощности ЭЭГ по всем каналам и всем частотам в среднем на 11,6±2,03% (р<0,001). Сравнение изменений ЭЭГ в правом и левом полушариях выявило увеличение мощности ритмов преимущественно в теменной коре правого и лобной коре левого полушарий. Наибольшее увеличение средней амплитуды всех ритмов наблюдалось в теменной коре правого полушария и составило 29,08±2,86% (р<0,001), при этом увеличение больше всего затрагивало альфа- и бета-диапазоны (соответственно 31,47±5,14% (р<0,002) и 36,13±9,3% (р<0,004) против 20,25±3,05% (р<0,01) для дельта – и 18,98±2,86% (р<0,01) для тета-ритмов).

Увеличение мощности ритмов в лобной коре левого полушария равнялось 16,59±2,89% (р<0,001) без явного преобладания в каком-то из диапазонов. В лобной коре правого полушария при этом наблюдалась лишь тенденция увеличения амплитуды в области тета-ритма. В теменной коре левого полушария на фоне увеличения активности в соответствующей области правого полушария не было найдено достоверных изменений ни по одной частоте.

Таким образом, по ЭЭГ данным реперфузионные изменения затрагивали преимущественно теменную кору правого полушария, в которой мощность всех ритмов увеличилась. В левом полушарии некоторое увеличение амплитуды ритмов наблюдалось в лобной коре. Сопоставление ЭЭГ, установившейся в течение 16 мин после реперфузии, с ЭЭГ, наблюдавшейся у этих животных до и во время “Ишемии 1”, показало, что правое полушарие по характеристике основных ритмов приблизилось к периоду “Ишемия I”, хотя амплитуда и была несколько ниже. В левом же полушарии в целом мощность ритмов, как и во время ишемии, осталась в среднем ниже даже в сравнении с дооперационным периодом на 18,89±2,63% (р<0,001).

Таким образом, извлечение окклюдера и реперфузия мозга по СМА в целом вызвало увеличение мощности ритмов ЭЭГ по всем отведениям. В лобной и теменной коре левого полушария и теменной коре правого полушария при этом наблюдалось позитивное отклонение УПП. В лобной коре правого полушария реперфузия СМА левого полушария привела к увеличению мощности ЭЭГ на фоне негативизации УПП. Иначе говоря, восстановление режима кровотока, соответствующего периоду “Ишемии-1” в левом полушарии по электрофизиологическим данным, отражало выход из парабиотического состояния, то есть улучшение метаболического и функционального состояния нервной ткани. Сходные процессы имели место и в теменной коре правого полушария в то время, как в лобной коре извлечение окклюдера, снизив коллатеральное кровоснабжение, по всей видимости, ухудшило его метаболическое состояние, что вновь его активировало (как при моделировании “Ишемии-1”).

Данные реперфузии указывают на то, что активация мозга, наблюдаемая по показателю ЭЭГ, возможна на фоне как негативного, так и позитивного отклонения УПП. Если в первом случае это свидетельствует об ухудшении функционального и метаболического состояния (также как и при “Ишемии-1”), то во втором случае – об его улучшении в связи с выходом из состояния катодической депрессии при усилении кровотока.

Анализ литературных данных и характера изменений комплекса биоэлектрических показателей (ЭЭГ и УПП), полученных в наших экспериментах с ишемией позволяет сделать заключение о функциональных и метаболических процессах в нервной ткани головного мозга, сопровождающих эти изменения:

– негативные сдвиги УПП и увеличение мощности ЭЭГ происходят при деполяризации мембраны нейронов, сопровождающейся повышением возбудимости и отражают развитие плохого метаболического и ФС нервной ткани;

– негативные сдвиги УПП и угнетение мощности ЭЭГ имеют место при еще большей деполяризации нейронов, развитии деполяризационного торможения (по парабиотическому или католическому типу) и отражают развитие еще более плохого метаболического и ФС нервной ткани;

– обратные изменения УПП и мощности ЭЭГ отражают улучшение функционального и метаболического состояния нервной ткани мозга.

Результаты представленных экспериментов продемонстрировали высокие диагностические возможности предлагаемого способа. Наш способ впервые позволил по данным биоэлектрической активности с качественной точки зрения дифференцировать изменение метаболического и ФС нервной ткани мозга при действии на мозг ЦПА, нембутала и ишемии разной тяжести. Данный способ может быть использован не только для выявления особенности действия лекарственных препаратов и разнообразных условий среды на клетки мозга, но и роли изменений метаболического и ФС нервных клеток в механизме различных психических феноменов, в частности, в мотивационно-эмоциональных реакциях. Предлагаемый способ позволяет регистрировать и дифференцировать переход одного функционального и метаболического состояния в другое, тем самым повышает точность диагностики патологических и нормальных состояний.

Таким образом, предложенный способ дает возможность на основе качественного анализа точно определить текущее функциональное и метаболическое состояние нервной ткани и адекватно дифференцировать физиологические и патологические явления в мозге, а также позволяет проводить разработку новых нейропротекторных препаратов и изучать механизмы патологических и физиологических состояний в эксперименте.

Формула изобретения

Способ определения функционального и метаболического состояния нервной ткани, включающий одновременную регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и уровня постоянного потенциала (УПП), сравнение их и по характеру изменения измеряемых параметров за один и тот же промежуток времени определение функционального и метаболического состояния нервной ткани, отличающийся тем, что при негативации УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих деполяризационную активацию нейронов определяют развитие плохого метаболического и функционального состояния (ФС) нервных клеток, при негативизации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ, сопровождающих деполяризационное торможение нейронов, определяют развитие еще более плохого метаболического и ФС, при позитивизации УПП и увеличении мощности ЭЭГ, сопровождающих реполяризационную активацию нейронов после деполяризационного торможения, либо гиперполяризационную активацию, определяют развитие хорошего метаболического и ФС нервной ткани, а при позитивизации УПП и уменьшении мощности ЭЭГ, сопровождающих либо реполяризационное торможение нейронов после деполяризационной активации, либо гиперполяризационное торможение,определяют развитие очень хорошего метаболического и ФС клеток нервной ткани.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 06.05.2008

Извещение опубликовано: 10.06.2010 БИ: 16/2010