На правах рукописи ШАПКИН Андрей Григорьевич ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ СПОНТАННОЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И

На правах рукописи
ШАПКИН Андрей Григорьевич
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ
СПОНТАННОЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И
МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ
СПИННОГО МОЗГА ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ
(экспериментально-клиническое исследование)
14.00.28 — нейрохирургия
14.00.16 — патологическая физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Новосибирск - 2005
Работа выполнена в Иркутском государственном медицинском университете
Научные руководители:
доктор медицинских наук Суфианова Галина Зиновьевна;
доктор медицинских наук Суфианов Альберт Акрамович
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук Ступак Вячеслав Владимирович;
доктор медицинских наук, профессор Антонов Александр Рудольфович
Ведущее учреждение:
Красноярская государственная медицинская академия
Защита диссертации состоится 27 мая 2005 года в Ю 0 0 часов на заседании
Диссертационного совета Д - 208.064.01 при ГУ Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию РФ по адресу: 630091, г. Новосибирск, ул. Фрунзе, 17.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке НИИТО
Автореферат разослан 26 апреля 2005 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук,
профессор
Шевченко Владимир Петрович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. По данным эпидемиологических исследований, распространенность спинальной травмы в РФ составляет около 5060 случаев на миллион. Эта патология встречается преимущественно у молодых людей трудоспособного возраста, 5-10% случаев повреждения спинного
мозга отмечают у детей. Исход в полный паралич при позвоночноспинномозговой травме составляет 65%, а летальность около 20% [Луцик А.А. и соавт., 1989; Фомичев Н.Г. и соавт., 1990; Акшулаков С.К., Керимбаев Т.Т., 2002; Гайдар Б.В. и соавт., 2002; Шлапак И.П и соавт., 2002;
Леонтьев М.А., 2003; Tator C.H., 2002]. Высокая социальная значимость и
развитие новых методов лечения спинальных повреждений определяют необходимость детального изучения механизмов изменения и разработки новых методов прямой нейрофизиологической диагностики функционального
состояния спинного мозга [Ступак В.В. и соавт., 1998; Шабалов В.А. и соавт.,
2004]. Оптимальным решением этого вопроса, согласно данным литературы,
является регистрация спонтанной электрической активности спинного мозга
в виде электроспинограммы (ЭСГ) и уровня постоянного потенциала (УПП)
[Оноприенко А.П., 1984, 1987]. Однако, регистрация ЭСГ у человека не нашла широкого клинического применения. Большинство работ, посвященных
изучению этой проблемы, выполнены на открытом спинном мозге или с использованием пункционной методики отведения биопотенциалов [Бассин
Ф.В. и соавт., 1951; Штарк М.Б., 1959; Pool J.L., 1946], что сопряжено с наличием определенных технических трудностей [Shimoji К. et al., 1972]. В доступной нам литературе мы встретили только единичные указания на возможность регистрации ЭСГ у человека с поверхности кожи [Оноприенко А.П.,
1984; Dzialek E., 1975]. Кроме того, мы не обнаружили ссылок на работы, посвященные изучению УПП спинного мозга человека. Немногочисленные подобные исследования были выполнены преимущественно на животных [Сорохтин Г.Н., Темпер Ю.Б., 1959; Czeh G., Somjen G.G., 1990; Murai H. et al.,
1991]. Необходимо отметить, что в настоящее время нет однозначных представлений об изменении спонтанной электрической активности спинного мозга при повреждении. Одни и те же по своей природе воздействия, по данным
разных авторов, могут вызывать различные ЭСГ и УПП-ответы. [Штарк М.Б.,
1959; Оноприенко А.П., 1984, 1987; Molt J.T. et al., 1978; Rossini P.M. et al.,
1980].
3
Кроме отсутствия единого мнения в понимании механизмов повреждения и восстановления спинного мозга, необходимо признать, что данная патология остается малоизученной и в плане терапевтического воздействия.
Перспективным направлением в терапии повреждений спинного мозга являются агонисты аденозиновых рецепторов [Суфианова Г.З., 2003; Von Lubitz
D., Jacobson K.A., 1994; Chen J-F. et al, 1999; Flicker J., 2000]. Непосредственные электрофизиологические механизмы действия природного аналога
аденозина — АТФ изучены еще недостаточно. Первичные эффекты этого
препарата могут быть связаны с активацией Р2Х и P2Y рецепторов, вторичные эффекты — с ферментативной деградацией до аденозина, действующего
через Р1 рецепторы [Illes P., Ribeiro J.A., 2004]. При этом может проявляться
двойственный эффект, что приводит к неоднозначным выводам о терапевтической эффективности АТФ при повреждении нервной ткани [Amadio S. et al.,
2002; Kharlamov A. et al., 2002; Ortinau S. et al., 2003; Luthardt J. et al., 2003;
Zhang J.M. et al., 2003]. Это определяет необходимость дополнительного детального изучения влияния этого препарата на функциональное состояние
нервной ткани с использованием новых методических подходов.
Цель работы. Целью настоящего исследования было изучение генеза
электрофизиологических и неврологических нарушений, а также диагностических возможностей регистрации ЭСГ и УПП при повреждении спинного
мозга в эксперименте и в клинической практике; исследование электрофизиологических механизмов миелопротекторной активности АТФ.
Задачи:
1. Разработать методику вживления электродов в эпидуральное пространство спинного мозга крыс и оценить диагностические возможности одновременной регистрация УПП и ЭСГ для оценки функционального состояния спинного мозга в эксперименте.
2. Изучить характер и возможные механизмы электрофизиологических
и неврологических изменений на моделях локального (перерезка и компрессионное повреждение спинного мозга) и распространенного (ишемия спинного
мозга и повышение внутричерепного давления) повреждений спинного мозга.
3. Разработать методику одновременной регистрации ЭСГ и УПП
спинного мозга с поверхности кожи у человека и оценить диагностические
возможности этого метода в клинике при повреждении спинного мозга.
4. Исследовать влияние интрацеребровентрикулярного введения АТФ
на функциональное состояние головного и спинного мозга.
4
5. Изучить электрофизиологические проявления миелопротекторной
активности АТФ с учетом механизма его действия при локальном компрессионном повреждении спинного мозга.
Научная новизна. Впервые в условиях эксперимента показана высокая
информативность одновременной регистрации УПП и ЭСГ для оценки функционального состояния спинного мозга при его повреждении и изучения новых нейропротекторных препаратов. Продемонстрирована эффективность
метода одновременной регистрации ЭСГ и УПП спинного мозга с поверхности кожи у человека для ранней неинвазивной диагностики тяжести и локализации повреждения нервной ткани. Выявлены электрофизиологические
механизмы неврологических нарушений при локальных и распространенных
спинальных повреждениях. Впервые изучено влияние интрацеребровентрикулярного введения АТФ на функциональное состояние нервной ткани головного и спинного мозга. На модели локального компрессионного повреждения спинного мозга выявлен миелопротекторный эффект АТФ и исследованы его возможные электрофизиологические механизмы. Разработаны новые модели повреждения спинного мозга (патенты № 2212058,2212059).
Научно-практическая значимость. Полученные в настоящей работе
данные свидетельствуют о том, что в патогенезе повреждения спинного мозга существенную роль играет ишемическая деполяризация нервной ткани.
Распространенность и выраженность деполяризационных процессов зависит
от интенсивности и длительности действия альтерирующего фактора. Установлено, что одновременная регистрация УПП и медленной электрической
активности спинного мозга позволяет более точно дифференцировать изменения функционального состояния нервной ткани. Выявлена взаимосвязь изменений функционального состояния спинного мозга и клинических проявлений в острый период повреждения. Представленная методика одновременной регистрации ЭСГ и УПП спинного мозга с поверхности кожи у человека
обладает существенной диагностической чувствительностью для ранней неинвазивной диагностики повреждения этого отдела нервной системы. С использованием электрофизиологической методики патогенетически обоснован
нейропротекторный эффект интрацеребровентрикулярного введения АТФ.
Предлагаемая комплексная методика функциональной оценки состояния
спинного мозга расширяет возможности направленного поиска и изучения
новых миелопротекторных препаратов.
5
Положения, выносимые на защиту.
1. Повреждение спинного мозга, независимо от первичных механизмов, сопровождается развитием деполяризационных изменений в нервной
ткани, распространенность которых связана с объемом и длительностью патогенного воздействия.
2. Одновременная регистрация УПП и ЭСГ является эффективным и
неинвазивным методом диагностики повреждения спинного мозга, позволяющим оценить изменение функциональной активности нейронов в очаге
повреждения и смежных областях.
3. АТФ обладает выраженным миелопротекторным эффектом на модели локального компрессионного повреждения спинного мозга, что обосновывает и определяет возможность целенаправленного применения АТФ и
других аналогов аденозина, уже использующихся в клинической практике,
по новому назначению — к а к миелопротекторов.
Внедрение в практику. Материалы диссертации используются при
чтении лекций по курсам-«фармакология», «нормальная физиология» и «патологическая физиология» для студентов Иркутского государственного медицинского университета, «физиологии и психофизиологии» для студентов
Иркутского государственного университета и внедрены в практическую работу Восточно-Сибирского научно-практического центра малоинвазивной
нейрохирургии ГУ НЦМЭ ВСНЦ СО РАМН.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись и обсуждались на VI Конгрессе Евроакадемии по Мультидисциплинарной Нейротравматологии (первая премия за лучшую научную работу в постерной сессии) (Москва, 2001), Всероссийской конференции «Пластичность и функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга» (Москва,
2003), 2-м Съезде Российского Научного Общества фармакологов «Фундаментальные проблемы фармакологии» (Москва, 2003), I Всероссийской Конференции по детской нейрохирургии (Москва, 2003), 7 конгрессе Европейской федерации неврологических обществ (Хельсинки, Финляндия, 2003),
конкурсе научных работ на соискание премии губернатора Иркутской области по науке и технике (Иркутск, 2003), Всероссийской конференции «Человек и здоровье» (Иркутск, 2004), XIX Конгрессе Европейского общества детских нейрохирургов (Рим, Италия, 2004), Всероссийской конференции «Ме-
6
ханизмы синаптической передачи» (Москва, 7-8 октября 2004), XI Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2004).
Личный вклад автора: сбор экспериментального материала — 100%,
сбор клинического материала — 80%, научный анализ и выводы — 100%.
Диссертация выполнена по плану научно-исследовательских работ Иркутского государственного медицинского университета (номер государственной регистрации 01.20.00304320).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в отечественных журналах и 3 международных публикации. Получено 2 патента на изобретения.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты экспериментальных и клинических исследований, обсуждение полученных результатов,
выводы и список литературы. Работа иллюстрирована 47 рисунками и 14
таблицами. Список литературы содержит 293 источника, из них 64 отечественных и 229 зарубежных.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Общая характеристика экспериментальных исследований
Экспериментальный раздел исследования выполнен на 73 здоровых
беспородных крысах-самцах, весом 180-220 гр. Опыты на животных осуществляли согласно «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 г.).
Все инвазивные процедуры у крыс проводились под адекватным обезболиванием этаминал-натрием (40 мг/кг интраперитонеально). Для решения поставленных задач были использованы разработанные нами минимально инвазивные модели повреждения спинного мозга, воспроизводящие патологию с
максимальной приближенностью к клинике.
Методы моделирования
экспериментальной патологии спинного мозга
1. Перерезка спинного мозга на уровне Thl 1-Тh2 (N=6). 2. Локальное
компрессионное повреждение спинного мозга на уровне Th10 (N=13).
3. Ишемическое повреждение поясничного утолщения спинного мозга
(N=10). 4. Моделирование внутричерепной гипертензии (N=8).
7
У всех животных проводилось исследование неврологического статуса
и функционального состояния спинного мозга в течение всего острого периода, а также на 3 сутки после моделирования повреждения.
Методика исследования функционального состояния нервной ткани
Для оценки функционального состояния нервной ткани проводили одновременную регистрацию медленной электрической активности (ЭЭГ или
ЭСГ), как показателя функциональной активности, и УПП, отражающего
уровень поляризации нервной ткани. С этой целью осуществляли вживление
хлорсеребряных неполяризующихся электродов в эпидуральное пространство головного и спинного мозга. Регистрация биоэлектрической активности
проводилась по униполярной методике с помощью 4-х канального усилителя
постоянного тока с входным сопротивлением 1 МОм. Полученные данные
оцифровывались с частотой 128 Гц и вводились в компьютер для дальнейшей
математической обработки. Обработка ЭЭГ и ЭСГ и построение амплитудного спектра осуществлялась с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье с использованием оригинальной прикладной программы.
Изучение влияния АТФ на функциональное состояние нервной ткани
Во всех экспериментах использовали фармакопейный 1% раствор натриевой соли аденозин-5-трифосфорной кислоты (АТФ) (ГП «Львовдиалек»,
Украина), рН раствора 7,0-7,3. Препарат вводился интрацеребровентрикулярно (ИЦВ) в объеме 0,05 мл. Для исследования электрофизиологических
механизмов действия АТФ были выполнены 2 серии экспериментов. В первой серии (N=18) мы изучали изменения медленной электрической активности и УПП коры головного мозга. Во второй серии (N=18) исследовалось
влияние этого препарата на ЭСГ и УПП спинного мозга. Часть экспериментальных животных из этой серии (N=6), в дальнейшем использовалась для
изучения миелопротекторной активности АТФ. Оценка миелопротекторного
эффекта АТФ проводилась на модели локального компрессионного повреждения спинного мозга. С этой целью, препарат вводился ИЦВ за 30 минут до
компрессии спинного мозга.
Общая характеристика клинических исследований
В настоящем исследовании проанализированы результаты обследования 32 пациентов, в возрасте до 18 лет, проходивших обследование и лечение
в Восточно-Сибирском центре малоинвазивной нейрохирургии ГУ НЦ МЭ
ВСНЦ СО РАМН (руководитель, д.м.н. Суфианов А.А.) в период с 2002 по
8
2005 г. В соответствии с целями исследования, все больные были разделены
на две клинические группы. Первую (контрольную) группу (n=20) составили
пациенты, без клинических и морфологических признаков повреждения
спинного мозга. Во вторую (основную) клиническую группу (n=12) были
включены пациенты с травматическим повреждением спинного мозга. В работе проведен анализ результатов динамического обследования пациентов
основной клинической группы в острый (до 3 мес.) и промежуточный (3-12
мес.) периоды позвоночно-спинномозговой травмы. Верификация уровня и
характера повреждения спинного мозга осуществлялась с использованием
неврологического, нейрорентгенологических методов (обзорная рентгенография позвоночника, миелография, компьютерная томография) и МРТ
спинного мозга. Классификация тяжести травмы спинного мозга в острый
период проводилась согласно шкале повреждения спинного мозга, разработанной американской ассоциацией спинальной травмы (ASIA) [Maynard F.M.
Jr. et al., 1997]. Регистрация УПП спинного мозга и ЭСГ осуществлялась с
поверхности кожи по униполярной методике с помощью б канального усилителя постоянного тока с входным сопротивлением 1012 Ом. Полученные данные оцифровывались с частотой 512 Гц. Индифферентный электрод располагался на правой лопатке. Активные электроды фиксировались в межостистых
промежутках на уровне С2-3, С7-Тhl, Th4-5, Th9-10, L1-L2, L4-5. Для регистрации биоэлектрической активности использовали педиатрические неполяризующиеся хлорсеребряные электроды «SCINTACT» F301.
Методы статистической обработки результатов
Для оценки статистической значимости полученных результатов использовались параметрический критерий t — Стьюдента и непараметрический критерий U — Уилкоксона-Манна-Уитни. Результаты представлены в
виде М ± m , где М — среднее арифметическое, a m — ошибка средней.
Связь между клиническими и электрофизиологическими изменениями оценивалась с использованием коэффициента корреляции Спирмена [Налимов
В.В.,1960; Закс Л., 1976]. Различия считали значимыми при Р<0,05.
9
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изменения спонтанной биоэлектрической активности спинного мозга в
норме и при повреждении в эксперименте
Как показали наши исследования, нормальная ЭСГ крысы была подобна и соответствовала основным характеристикам ЭЭГ, однако, в отличие от
последней, характеризовалась более низкой амплитудой колебаний. Суммарная амплитуда медленной электрической активности спинного мозга, в
зависимости от отведения, варьировала от 30 до 50 мкВ. Двигательная
активность сопровождалась усилением амплитуды ЭСГ.
Различные по своим первичным механизмам повреждающие воздействия приводят к формированию различных функциональных состояний спинного мозга.
Перерезка спинного мозга является предельно локальным, но достаточно грубым повреждением, что объясняет наблюдавшуюся в наших экспериментах максимальную негативизацию УПП и депрессию ритмов ЭСГ в
ближайшем к этой области краниальном отведении (рис. 1). Изменения биоэлектрической активности в этом сегменте, вероятно, были связаны с формированием состояния деполяризационного торможения. Перерезка спинного
мозга практически не изменяла функционального состояния отдаленных краниальных сегментов. И наоборот, максимальные функциональные сдвиги наблюдались в отдаленных каудальных отделах. В нижележащих отведениях
спинного мозга отмечалась позитивизация УПП и снижение амплитуды ЭСГ,
при этом степень электрофизиологических нарушений увеличивалась по мере
удаления от зоны повреждения. Позитивизация УПП и снижение амплитуды
ЭСГ каудальнее травмы связываются нами с формированием в них состояния
близкого к гиперполяризационному торможению, что, возможно, объясняет
развитие спинального шока в острый период и в последующие сутки после
повреждения. В вышележащих сегментах после перерезки отмечалась постепенная негативизация УПП и снижение суммарной амплитуды ЭСГ.
Величина электрофизиологических сдвигов уменьшалась по мере удаления от зоны травмы. Подобные электрофизиологические изменения сохранялись в течение следующих суток после повреждения спинного мозга (рис. 2).
Локальная компрессия спинного мозга является более распространенным
повреждением, чем перерезка. При этом в зоне травмы происходит последовательная смена функциональных состояний нервной ткани, отражающих
10
Рис. 1. Динамика УПП спинного мозга (а) и суммарной амплитуды ЭСГ(б)
при перерезке спинного мозга
Рис. 2. Топография УПП спинного мозга при перерезке спинного мозга,
(пунктир -уровень перерезки спинного мозга). * - Р<0,05, ** - Р<0,01
11
эволюцию механизмов повреждения, в результате которых развивается состояние деполяризационного торможения. При моделировании компрессионного повреждения регистрировалась выраженная негативизация УПП до
20-25 мВ, сопровождающаяся первоначальным увеличением и последующим
снижением амплитуды ЭСГ (рис. 3).
Рис. 3. Динамика УПП (мВ) спинного мозга (а) и суммарной амплитуды ЭСГ
(в%к исходному уровню) (б) при локальном компрессионном повреждении
спинного мозга
Выраженность электрофизиологических нарушений уменьшалась по
мере удаления от зоны травмы. Отмечалась тенденция к меньшим деполяризационным изменениям рострально, по сравнению с каудальным направлением. Учитывая более значительную распространенность повреждения по
12
сравнению с предыдущей экспериментальной группой, деполяризационные
изменения в той или иной мере охватывали всю регистрируемую область
спинного мозга. Декомпрессия вызывала развитие реполяризационных процессов с первоначальным повторным увеличением амплитуды ЭСГ, при
этом, учитывая длительность и характер травматического воздействия, полного восстановления УГШ не наблюдалось. Увеличение амплитуды ЭСГ,
возможно, объясняется уменьшением степени деполяризации и повторным
развитием экзальтационного состояния, что очень хорошо видно в отведениях, где отмечалось более полноценное восстановление постоянного потенциала. Электрофизиологические изменения в острый период повреждения в
определенной мере соответствовали клиническим проявлениям. В первые 5
минут у экспериментальных животных отмечалась тенденция к увеличению с
последующим постепенным снижением мышечного тонуса и реакции на болевое воздействие в хвосте и задних конечностях. Общий неврологический
балл к концу периода компрессии составлял 1,14±0,26. Наиболее тесная связь
степени неврологических нарушений наблюдалась по отношению к изменениям УПП в каудальных отведениях (r=0,78, Р<0,01).
Изменения УПП и ЭСГ в последующие сутки свидетельствуют о функциональном восстановлении морфологически неповрежденных сегментов
спинного мозга. В зоне компрессии регистрировались негативный уровень
потенциала и депрессия медленной электрической активности.
Каудальнее травмы наблюдалась позитивизация УПП на фоне снижения амплитуды ЭСГ (рис. 4). Сдвиги электрофизиологических параметров в
этот период были подобны изменениям в предыдущей экспериментальной
группе (при перерезке спинного мозга) и соответствовали развитию каудальнее травмы состояния гиперполяризационного торможения. У крыс этой
группы в последующие сутки отмечалось формирование вялого парапареза,
угнетение всех видов чувствительности. Средний неврологический балл составлял 1,9±0,3.
Ишемия является более диффузным повреждением спинного мозга, охватывающем значительный объем этого отдела нервной системы. Электрофизиологические сдвиги в течение умеренной ишемии спинного мозга (период введения окклюдеров) соответствовали развитию экзальтационного состояния нервной ткани, что выражалось в негативизации УГШ на 2-5 мВ и
увеличении амплитуды ЭСГ (рис. 5).
13
Рис. 4. Топография ЭСГ (%) и УПП (мВ) спинного мозга на 3 сутки после локального компрессионного повреждения спинного мозга (изменения относительно исходного уровня). Стрелкой указана зона повреждения. * -Р<0,05, **
- Р<0,01 {изменения УПП относительно исходного уровня), # -Р<0,01 {изменения ЭСГ относительно исходного уровня)
Дополнительное усиление ишемии путем внутриаортального введения
4 мл 1% феракрила вызывало резкое нарастание степени деполяризации до
15 мВ, что закономерно сопровождалось первоначальным снижением амплитуды медленной электрической активности к исходному уровню с повторным увеличением к концу периода ишемии. Степень электрофизиологических нарушений была большей в каудальных отведениях, что, возможно, связано с более выраженным нарушением кровотока в этих отделах спинного
мозга. После реперфузии наблюдалось частичное восстановление УПП к исходному уровню и увеличение амплитуды ЭСГ. В постишемический период
УПП оставался ниже исходного уровня на 1-3 мВ.
Неврологические изменения в острый период повреждения спинного
мозга преимущественно были связаны с изменением УПП спинного мозга. В
последующие сутки после ишемии отмечалось тотальное угнетение амплитуды ЭСГ на 18-26% и негативизация УПП спинного мозга до 13 мВ во всех
отведениях. Подобные изменения биоэлектрической активности спинного
мозга сопровождались формированием у экспериментальных животных вялого паралича. Степень неврологического дефицита у крыс этой группы была
14
значимо больше, чем у крыс с компрессией спинного мозга. Средний неврологический балл составлял 2,5±0,2 (Р<0,01). Изменения электрофизиологических показателей в последующие сутки после ишемии свидетельствуют о
распространенном
деполяризационном
угнетении
функциональной
ак-
тивности спинного мозга.
Рис. 5. Динамика УПП спинного мозга (а) и суммарной амплитуды ЭСГ(б) при
моделировании ишемии спинного мозга
Повышение внутричерепного давления при ИЦВ введении 0,05 мл 1%
раствора феракрила, согласно нашим данным, вызывало функциональное повреждение спинного мозга, что выражалось в негативизации УПП спинного
мозга до 4 мВ и соответствующей депрессии ЭСГ на 20-30% (рис. 6). Клинически у крыс этой группы в острый период отмечалось развитие генерализованных тонико-клонических судорог (от легких миоклонических подергива15
ний до опистотонуса), продолжительностью 30-60 минут. Степень неврологического дефицита при этом виде повреждения коррелировала с изменениями УПП (r=-0,59, Р<0,05) и ЭСГ (r=-0,61, Р<0,05). Уменьшение выраженности синдрома сопровождалось тенденцией к частичному восстановлению
электрофизиологических параметров.
В последующие сутки после гипертензионного повреждения у всех животных наблюдалось формирование спастического квадрипареза различной
степени выраженности, гиперрефлексии и гиперестезии. Подобные клинические проявления сопровождались формированием экзальтационного состояния нервной ткани спинного мозга, что отражалось в негативизации УПП
спинного мозга до 5,79±0,38 мВ (Р<0,001) и тенденции к увеличению суммарной амплитуды ЭСГ на 10,1%.
Рис. 6. Изменение суммарной амплитуды ЭСГ (%) и УПП (мВ) спинного мозга
при моделировании гипертензионно-гидроцефального синдрома. Стрелкой указан момент введения феракрила
Таким образом, независимо от механизмов травматического воздействия,
в области повреждения регистрируются негативные сдвиги УПП, сопровождающиеся увеличением или снижением амплитуды медленной электрической
активности спинного мозга, что отражает последовательные стадии деполяризации нервной ткани — первоначальное развитие экзальтационного состояния,
с последующим формированием состояния деполяризационного торможения.
Восстановительный период (при декомпрессии, реперфузии) характеризуется развитием реполяризационных процессов, что выражается в пози16
тивизации УПП и соответствующем увеличении или снижении амплитуды
ЭСГ. Как видно из результатов исследования, изменения медленной электрической активности спинного мозга менее специфичны и связаны с текущим
уровнем поляризации нервной ткани.
Функциональная оценка защитного действия АТФ при локальном
компрессионном повреждении спинного мозга
ИЦВ введение 0,05 мл 1% раствора АТФ вызывало позитивизацию
УПП спинного мозга на 3,37±0,39 мВ и соответствующее снижение амплитуды ЭСГ на 13,01±2,23%. Эти изменения значимо отличались от подобных в
коре головного мозга (рис. 7). Гиперполяризующее действие АТФ предполагает наличие у этого препарата нейропротекторной активности.
Рис. 7. Изменения УПП (мВ) (а) и амплитуды медленной электрической активности (% к исходному уровню) (б) головного и спинного мозга при ИЦВ
введении 0,05 мл 1% раствора АТФ. Обозначения: СМ - спинной мозг, ГМ головной-мозг, ЭГ - электрограмма (ЭСГ, ЭЭГ). Стрелкой указан момент
введения препарата
17
Миелопротекторный эффект АТФ на модели локального компрессионного повреждения спинного мозга проявлялся в уменьшении амплитуды и
скорости деполяризационных процессов, а также в увеличении функционального восстановления в посттравматический период, уменьшении степени негативизации УПП в зоне компрессии до 9,84±0,87 мВ (Р<0,01) в последующие
сутки после повреждения. Кроме того, наблюдалось статистически значимое
снижение выраженности неврологического дефицита в острый период и в последующие сутки после повреждения по сравнению с контрольной группой.
Средний неврологический балл к концу периода компрессии и на 3 сутки составлял соответственно 1,83±0,16 (Р<0,05) и 1,2±0,3 (Р<0,05).
Таким образом, совокупность полученных нейрофизиологических данных свидетельствует о повышении функциональных резервов нейронов, подвергшихся повреждению на фоне профилактического введения АТФ.
Диагностические возможности регистрации спонтанной
биоэлектрической активности спинного мозга
при позвоночно-спинномозговой травме
Согласно нашим данным, суммарная амплитуда медленной электрической активности спинного мозга, зарегистрированная с поверхности кожи у
пациентов контрольной группы, в зависимости от отведения составляла в
среднем 74,48±3,22 мкВ (рис. 8)..
Рис. 8. Топография суммарной амплитуды ЭСГ человека в норме
При оценке изменений УПП спинного мозга в норме (у пациентов контрольной группы) резких сдвигов уровня поляризации между отведениями не
наблюдалось. В некоторых случаях отмечалась умеренная негативизация
18
УПП в грудных отведениях, связанная, по видимому, с близким расположением сердца.
У всех пациентов основной клинической группы в острый период позвоночно-спинномозговой травмы в зоне повреждения, по сравнению с краниальными отведениями, регистрировались негативные сдвиги УПП до
18,73±2,47 мВ (Р<0,0001) (рис. 9). В нижерасположенных отделах, потенциал
наоборот, был более позитивным, в среднем на 4,26±0,53 мВ (Р<0,0001). В
промежуточный период, в ближайшем к области повреждения отведении
также регистрировались негативные сдвиги УПП до 12,89±2,97 (Р<0,05 в
сравнении с острым периодом). Уменьшение степени негативизации постоянного потенцила в зоне повреждении в этот период объективно подтверждает эффективность проведенных лечебных мероприятий. В нижележащих
отведениях, изменения потенциала характеризовались негативными сдвигами в среднем на 5,45±0,68 мВ (Р<0,0001 в сравнении с острым периодом)
(рис. 10).
Рис. 9. Пациент А., 14 лет. Острый период закрытой позвоночноспинномозговой травмы шейного отдела. Тяжелый ушиб спинного мозга, оскольчатый перелом С5 с компрессией спинного мозга. Спинальный шок, квадриплегия,
тазовые и трофические нарушения. Степень нарушения проводимости спинного
мозга по шкале ASIA - А. Регистрируется выраженная негативизация УПП (до 23
мВ) на уровне С7-Тh1, гиперполяризационные изменения дистальнее травмы, значительная депрессия амплитуды ЭСГ во всех отведениях
Изменения медленной электрической активности спинного мозга были
менее специфичны и отражали текущее функциональное состояние спинного
мозга. В острый период позвоночно-спинномозговой травмы у пациентов ос19
новной клинической группы в зоне повреждения регистрировалась выраженная депрессия амплитуды ЭСГ на 54,3±3,3% (Р<0,01, относительно среднего
контрольного уровня). В других отведениях амплитуда медленной электрической активности спинного мозга была снижена на 32-42% (Р<0,01, относительно среднего контрольного уровня). В промежуточный период в зоне повреждения и нижерасположенных отведениях наблюдалось статистически
значимое увеличение амплитуды ЭСГ на 13,6±9,5% и 12,6±6,2% соответственно (Р<0,05 в сравнении с контрольной группой, Р<0,001 в сравнении с
острым периодом). Амплитуда ЭСГ краниальнее травмы была значимо ниже, чем в контрольной клинической группе (Р<0,05), но не отличалась от
предыдущего периода повреждения спинного мозга.
И острый период • промежуточный период
Рис 10. Изменения УПП (мВ, относительно отведений, расположенных
выше области повреждения) в разные периоды позвоночно-спинномозговой
травмы у пациентов основной клинической группы. * - Р<0,05; ** - P<0,001 (в
сравнении с острым периодом); # - ?<0,05; ## - P<0,001 (относительно области повреждения)
Изменения биоэлектрической активности в острый период повреждения спинного мозга объясняются развитием состояний деполяризационного
торможения в зоне травмы и гиперполяризационного торможения в дистальных отведениях, что может определенным образом объяснять развитие клиники спинального шока у пациентов этой группы. В промежуточный период
травмы спинного мозга, изменения биоэлектрической активности были связаны с трансформацией деполяризационного торможения нервной ткани по20
врежденного отдела и гиперполяризационного торможения нижележащих
отделов в экзальтационное состояние.
Таким образом, полученные как в эксперименте, так и в клинике результаты показывают, что одновременная регистрация ЭСГ и УПП является
одним из эффективных инструментальных методов неинвазивной диагностики функционального состояния спинного мозга, позволяющим оценить тяжесть, динамику и прогноз повреждения нервной ткани, а также эффективность проводимых лечебных мероприятий.
21
выводы
1. Регистрация УПП и ЭСГ является эффективным инструментальным
методом диагностики функционального состояния спинного мозга в эксперименте и клинике. Изолированная оценка изменений ЭСГ либо УПП имеет
намного меньшее прогностическое и диагностическое значение, поэтому для
более точной оценки функционального состояния спинного мозга целесообразно проводить комплексную регистрацию этих параметров.
2. Независимо от механизма воздействия, повреждение спинного мозга
сопровождается негативизацией УПП на 4-25 мВ и увеличением или снижением амплитуды медленной электрической активности спинного мозга, что
отражает последовательные стадии деполяризации нервной ткани, распространенность функциональных сдвигов зависит от объема повреждения. Восстановительный период повреждения спинного мозга характеризуется частичными реполяризационными сдвигами, что отражается в позитивизации
УПП и увеличении или снижении амплитуды ЭСГ.
3. Регистрация спонтанной биоэлектрической активности спинного
мозга человека с поверхности кожи является перспективным и недорогим
методом, позволяющим проводить раннюю неинвазивную диагностику тяжести и локализации повреждения нервной ткани, что необходимо для проведения адекватной терапии этого состояния.
4. Миелопротекторное действие АТФ на модели локального компрессионного повреждения спинного мозга проявляется в уменьшении амплитуды и скорости деполяризационных процессов, а также в увеличении функционального восстановления в посттравматический период, уменьшении
краниально-каудального градиента электрофизиологических нарушений и
снижении неврологического дефицита.
5. Предлагаемая методика функциональной оценки состояния спинного мозга расширяет возможности направленного поиска и изучения новых
лекарственных препаратов для профилактики и лечения больных с ишемическими и травматическими поражениями спинного мозга.
Практические рекомендации
1. Регистрация биоэлектрической активности спинного мозга является
высокоинформативным методом ранней функциональной диагностики повреждения спинного мозга и может быть рекомендована для включения в
план обследования больных со спинальной патологией. С целью уточнения
22
прогноза, исхода заболеваний спинного мозга, а также оценки адекватности
проводимой терапии рекомендовано проводить данное электрофизиологическое исследование в динамике.
2. ЭСГ и УГШ, качественно и количественно верифицируя динамику
состояния нервной ткани, может использоваться в качестве объективного
маркера, позволяющего избежать развития повреждения спинного мозга во
время нейрохирургических операций.
3. Целесообразно включение препаратов аденозина, уже использующихся в клинической практике, целенаправленно в предоперационную подготовку у спинальных пациентов.
23
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Sufianova G.Z. Protective action of A-agonists on model of spinal trauma/ Sufianova G.Z., Usov L.A., Sufianov A.A., Perelomov Yu.P, Shapkin A.G. //
The 6-th EMN Congress- M., 2001. - P. 98.
2. Суфианов А.А. Нейрофизиологические и неврологические изменения при моделировании судорожного статуса / Суфианов А.А., Суфианова
Г.З., Шапкин А.Г., Чимытова Е.А. // Пластичность и функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга (материалы всероссийской
конференции).- М., 2 0 0 3 - С. 91
3. Суфианова Г.З. Защитное действие циклопентиладенозина при локальном компрессионном повреждении спинного мозга / Суфианова Г.З.,
Усов Л.А., Шапкин А.Г., Суфианов А.А., Клец О.П. // Сборник тезисов 2-го
Съезда Российского Научного Общества фармакологов «Фундаментальные
проблемы фармакологии».-М., 2003-Т. 2-С. 212.
4. Суфианов А.А. Некоторые аспекты гидроцефалии в эксперименте /
Суфианов А.А., Суфианова Г.З., Шапкин А.Г., Лелюх Т.Д., Чимытова Е.А.,
Дехтярь А.В. // Материалы I Всероссийской Конференции по детской нейрохирургии.- М, 2003.- С. 89.
5. Суфианов А.А. Диагностические возможности регистрации УПП
при повреждении нервной ткани / Суфианов А.А., Суфианова Г.З., Шапкин
А.Г., Чимытова Е.А. // Материалы I Всероссийской Конференции по детской
нейрохирургии-М.,2003-С. 231-232.
6. Суфианова Г.З. Возможности регистрации уровня постоянного потенциала для оценки действия нейротропных препаратов и эффективности
терапии повреждений мозга / Суфианова Г.З., Суфианов А.А., Усов Л.А.,
Шапкин А.Г., Шапкин Ю.Г., Таборов М.В., Клец О.П. // XI Российский национальный конгресс «Человек и лекарство»,- М., 2 0 0 4 - С. 839-840.
7. Суфианов А.А. Стационарные нейрофизиологические механизмы
повреждения спинного мозга (клинико-экспериментальное исследование) /
Суфианов А.А., Суфианова Г.З., Усов Л.А., Шапкин А.Г., Таборов М.В.,
Клец О.П. // Материалы Всероссийской конференции «Человек и здоровье».Иркутск, 2004.-С.281-283.
8. Sufianov А.А. Dinamic of the DC potential shifts at local compression
injury of a spinal cord / Sufianov A.A., Sufianova G.Z., Usov L.A., Shapkin A.G.,
Shapkin Yu.G. // Child's nervous system (Abstracts of the XIX Biennial Congress
24
of the European Society for Pediatric Neurosurgery in conjunction with the Japanese Society for Pediatric Neurosurgery and the Korean Society for Pediatric Neurosurgery).- 2004 - V. 20 - P. 292.
9. Sufianov A.A. New experimental model of intracranial hypertension /
Sufianov A.A., Shapkin A.G., Sufianova G.Z., Chimytova E.A. // European
Journal of Neurology (Abstracts of the 7* EFNS Congress).- 2003. - V. 10.- P.
184.
10. Суфианова Г.З. Новая малоинвазивная модель ишемии спинного
мозга у крыс / Суфианова Г.З., Усов Л.А., Суфианов А.А., Шапкин А.Г., Раевская Л.Ю. // Бюлл. Эксп. Биол. и Мед.- 2002 - № 1.- С. 116-120.
11. Суфианова Г.З. Защитное действие агонистов аденозиновых рецепторов на модели травматического повреждения спинного мозга у крыс /
Суфианова Г.З., Усов Л.А., Суфианов А.А., Переломов Ю.П., Раевская Л.Ю.,
Шапкин А.Г. // Экспериментальная и клиническая фармакология.- 2002№ 5 . - С. 58-61.
12. Мурик С.Э. Экспериментальные данные об электрофизиологических коррелятах ишемии мозга разной тяжести / Мурик С.Э., Суфианов А.А.,
Суфианова Г.З., Шапкин А.Г. // Бюлл. ВСНЦ СО РАМН.- 2003.- № 1.- С.
148-154.
13. Суфианов А.А. Функциональное повреждение спинного мозга при
моделировании гипертензионно-гидроцефального синдрома / Суфианов А.А.,
Суфианова Г.З., Усов Л.А., Шапкин А.Г., Шапкин Ю.Г., Чимытова Е.А. //
Материалы всероссийской конференции «Механизмы синаптической передачи».-М., 2004.-С. 91.
Патенты
1. Суфианова Г.З. Способ моделирования ишемии спинного мозга /
Суфианова Г.З., Усов Л.А., Суфианов А.А., Шапкин А.Г., Смекалина О.Н. //
патент №2212058.
2. Суфианова Г.З. Способ моделирования внутричерепной гипертензии / Суфианова Г.З., Усов Л.А., Суфианов А.А., Шапкин А.Г. / патент №
2212059.
Шапкин А.Г.
Соискатель
25
Подписано в печать 22.04.2005. Формат 60x84 1/16.
Тираж 100 экз. Заказ 9.
Отпечатано на RISO в ОКИС ЦНИТ ИГУ
664000, г. Иркутск, б. Гагарина, 20