Физиологические основы постоянных потенциалов

Электрофизиологическая диагностика неврологичесской патологии у детей.

 

Курсовая работа

 

 

Выполнила:

студентка II курса

отд. логопедии

Проверил:

к.б.н. Подоплекин А.Н.

 

Архангельск

2010

Содержание:

Ведение________________________________________________________3

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОЗОР

1.1. Физиологические основы постоянных потенциалов _______________5

1.2. Метод регистрации УПП головного мозга_______________________11

ГЛАВА 2. Практическая часть

2.1.Методика регистрации УПП головного мозга с помощью аппаратно - программного комплекса «Нейроэнергометр - 03» ___________________16

2.2. Интерпретация данных УПП головного мозга у детей 9-10 лет с СДВГ_________________________________________________________18

Заключение____________________________________________________22

Список литературы______________________________________________24

Приложения___________________________________________________27

Введение

 

В последние годы появилась возможность исследовать не только информационные, но и энергетические процессы в головном мозге здоровых и больных людей в различных функциональных состояниях. Изучение деятельности мозга путем исследования его электрической активности является давно признанным направлением в нейрофизиологии человека. Современные технологии позволили создать методы компьютерной визуализации биохимических процессов. Наиболее распространенными из них являются позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОЭКТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), анализ уровня постоянных потенциалов (УПП) головного мозга. Рассмотрим подробнее метод анализа УПП [21].

УПП головного мозга - это медленно меняющийся, устойчивый потенциал милливольтного диапазона, являющийся одним из видов сверхмедленных физиологических процессов (СМФП) головного мозга [10].

Диагностическое значение анализа УПП мозга очень велико. При заболеваниях, связанных с развитием функционального напряжения, наблюдается нарастание УПП. Повышение УПП выявлено при невротических расстройствах, сопровождающихся тревогой и фобиями, при тревожных депрессиях, в состоянии стресса. Увеличение УПП коррелирует с уровнем гормона стресса кортизола. Напротив, в случаях истощения энергетических ресурсов - у больных с апатической депрессией,- отмечается снижение УПП. Более значительное повышение УПП, как правило, наблюдается в правом полушарии, что указывает на ведущую роль его в генезе тревожных расстройств [11].

Метод анализа УПП является аналогом дорогостоящих диагностических методик изучения энергозатрат головного мозга. Он, являясь абсолютно безвредным, может использоваться для диагностики патологий у детей [24].

Таким образом, анализ УПП дает возможность выявлять изменения энергозатрат мозга при различных нервных и психических заболеваниях, учитывать динамику энергообеспечения мозга при медикаментозных и психотерапевтических воздействиях.

      Целью настоящей работы являлось изучение способов электрофизиологической диагностики нервно - психической патологии с помощью регистрации УПП головного мозга.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Изучить теоретические основы УПП головного мозга.

2. Охарактеризовать особенности УПП при неврологических отклонениях.

Объектом исследования является электрическая активность головного мозга детей.

Предметом исследования выступают особенности УПП головного мозга у детей с неврологической патологией.

Гипотеза: предполагается, что электрофизиологические методы позволяют проводить экспресс оценку функциональным состояниям мозга в целом и его отдельных структурных элементов при различных неврологических расстройствах, что значительно улучшает качество диагностики неврологических расстройств у детей.

ГЛАВА 1. Литературный обзор

Физиологические основы постоянных потенциалов

 

Оценка функционального состояния коры большого мозга человека является трудной и до настоящего времени нерешенной задачей. Одним из признаков, косвенно свидетельствующем о функциональном состоянии структур головного мозга, является регистрация в них колебаний электрических потенциалов [21].

УПП - один из наиболее старых электрофизиологических показателей. Еще в 1827 г. Л. Нобиле описал так называемый «лягушачий ток», который распространялся от конечностей к голове. У человека направление подобных токов носило противоположный характер [7].

По мнению одних исследователей, генерация сверхмедленных изменений потенциала имеет нейрональное происхождение, возникает благодаря различаю в степени поляризации апикальных дентритов и тел нейронов. По природе своей изменения постоянного потенциала (ПП) сходны с дендритными потенциалами, причем сдвиги ПП обусловлены суммацией эффектов последействия, остающегося в коре от каждого из колебаний, возникающих на раздражение [5].

ПП рассматривается как биоэлектрический феномен, отражающий суммарный уровень поляризации всего органа. Полагают, что медленные сдвиги ПП, являются отражением процесса возбуждения, выступающего в виде медленного стационарного процесса [18].

Накоплено достаточно большое количество данных об участии нейроглии в генерации длительных электрических процессов и показано, что сами клетки нейроглии способны генерировать очень медленную электрическую активность. ПП головного мозга рассматриваются как результат нейронно - глиального взаимодействия [17].

При исследовании возможных механизмов взаимодействия нейронов и нейроглии при генерации СМФП уделяют значительное внимание соотношению и взаимообусловленности процессов метаболизма на границах раздела нервных и глиальных элементов в различных условиях. Особое значение придается распределению АТФ- азы на граничащих поверхностях нейрон - глия, так как с ее активностью связывают способность нейроглии регулировать экстраклеточную концентрацию К+ и создавать активный транспорт ионов. Это указывает на вовлечение в сверхмедленный цикл звеньев энергетического метаболизма (в частности фосфатного обмена) и соответственно регуляторных механизмов, обеспечивающих энергетику [1].

 Таким образом, несинаптическая передача через глию, ее влияние на пороги синапсов и метаболическое взаимодействие глии и нейронов являются теми звеньями, через которые осуществляется слабое взаимодействие, мерой которого и являются СМФП головного мозга [1].

Существенным фактором представляется отчетливая связь генеза сверхмедленных колебаний потенциала с процессами метаболизма в головном мозге. Выделяют два класса регистрируемых в головном мозге явлений - биоэлектрические, как результат организованного электрического поля (при этом мозг рассматривается как объемный проводник), и биоэлектрохимические, как результат локальных изменений электродного потенциала, определяемые в основном окислительно - восстановительными процессами и химическим составом окружающей среды [23]. Некоторые исследователи полагают, что ПП не имеет отношения к активности нервных элементов, а обусловлен различиями ионного состава по одну и другую сторону гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) [4].

Исследования последних лет показывают, что УПП мозга возникает в результате суммации мембранных потенциалов нервных и глиальных клеток, а также разности потенциалов на мембранах ГЭБ [11], хотя их вклад в генез УПП в конкретных ситуациях может быть различным. Считается, что генерация мембранных потенциалов требует энергозатрат, идущих на совершение работы против электрохимического градиента потенциалобразующих ионов, поэтому параметры УПП связанны с церебральными энергозатратами, позволяя оценивать их интенсивность [21].

Источником УПП, при отведении от поверхности головы, являются сосудистые потенциалы, главным образом, потенциалы ГЭБ. Эти потенциалы можно зарегистрировать от поверхности головы благодаря связи венозных систем мозга и наружных покровов головы (прил. 1) [13].

Величина сосудистых потенциалов зависит от концентрации водородных ионов внутри сосудов. Поскольку кислоты являются конечным продуктом энергетического обмена то в норме по концентрации [H+] в оттекающей от мозга крови, следовательно, по величине УПП, можно судить об интенсивности церебрального энергетического обмена (прил. 2). Попадая из мозга в кровь, ионы водорода создают разность потенциалов на мембране ГЭБ, которая может быть зарегистрирована и от кожи головы [21].

Выдвинуто предположение, что УПП отражает деятельность нейрофизиологических механизмов стационарного назначения, которые поддерживают церебральный гомеостаз в норме и, в частности, регулируют функциональную межполушарную ассиметрию в отличие от электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов, отражающих преимущественно процессы восприятия и переработки информации [3].

ПП различаются в зависимости от того, зарегистрированы они поляризуемыми или неполяризуемыми электродами. В первом случае фиксируется истинная разность электрических потенциалов между какими-либо областями, а во втором на эту разность накладываются потенциалы самих электродов, величина которых зависит от химических процессов, происходящих на металлических кончиках электродов [23].

ПП, отводимые поляризуемыми электродами, подробно исследуются Т.Б. Швец, В.А. Илюхиной, Д.К. Камбаровой и др. В настоящей работе  рассматриваются ПП, зарегистрированные исключительно неполяризуемыми электродами.

В некоторых случаях представляют интерес постоянные составляющие вызванных потенциалов, которые имеют относительно небольшую амплитуду (сотни микровольт) и длительность до секунд. Природа таких сдвигов, по-видимому, связана с мембранными потенциалами нервного и глиального происхождения. УПП имеет большую величину (порядка нескольких милливольт), и его сдвиги возникают, как правило, при более существенных изменениях функционального состояния организма, связанного со стрессом, гипервентиляцией или применением фармакологических препаратов, а не при слабой сенсорной стимуляции. Амплитуда таких сдвигов может превышать несколько милливольт, а длительность несколько минут. Эти сдвиги УПП имеют преимущественно метаболическое происхождение и связаны с изменением рH на границе ГЭБ [15].

УПП регистрируются монополярным и биполярным методами. При биполярной регистрации активный и референтный электроды располагаются на голове над областями генерации УПП. При монополярной регистрации один из электродов находится на голове, а другой - в электрически индифферентной области.

Существенным является вопрос о соответствии топографического распределения УПП на коже головы и поверхности мозга. В настоящее время существуют представления о том, что вены на поверхности полушарий и диплоические вены имеют сходную топографию. Из-за наличия ограниченного числа вен-выпусников (эмиссариев), а также многочисленных связей сосудов между собой можно предполагать, что распределение УПП на коже головы, на черепе, твердой мозговой оболочке и поверхности мозга будет иметь мало сходства. Однако существует невысокая, но достоверная корреляция между УПП, зарегистрированных на коже головы, черепе и твердой мозговой оболочке. С другой стороны, маловероятно, что контакт с мозгом осуществляется по межклеточной жидкости, минуя сосудистую систему. На это указывают два обстоятельства: во-первых, такая электрическая цепь имела бы примерно на порядок более высокое сопротивление, особенно на участках перехода от кожи к черепу и далее через кости черепа, твердую мозговую оболочку и т.д. и, во-вторых, как было показано, топография вен-выпускников влияет на распределение ПП на коже головы [18].

Распределение УПП по поверхности головы в норме у здоровых взрослых людей, правшей имеет куполообразную форму. Максимальные значения УПП регистрируются в области вертекса. Значения УПП в левой височной области выше, чем в правой (прил. 3).

Используя представления о генезе УПП, можно попытаться объяснить форму распределения постоянных потенциалов по поверхности головы. Существуют два ее определяющих фактора: функциональный и анатомический. Наиболее просто интерпретировать с позиций функционального подхода более высокие значения УПП над левым полушарием по сравнению с правым. В левом, доминантном у правшей, полушарии интенсивность энергетического обмена в норме выше, чем в правом, что приводит к большей концентрации водородных ионов и более высоким значениям УПП [20].

Анатомический фактор значительным образом влияет на распределение УПП в норме. Для понимания этого придется привлечь некоторые анатомические сведения о венозном кровообращении и, прежде всего о венозных синусах - своеобразных сосудах, образованных листками твердой мозговой оболочки. Наиболее крупным является верхний сагиттальный синус, который проходит по верхнему краю серповидного отростка твердой мозговой оболочки от петушиного гребня лобной кости до затылочного выступа. Прямой синус располагается вдоль места соединения серпа большого мозга с наметом мозжечка; он впадает в поперечный синус, который залегает вдоль заднего намета мозжечка. Синусовый сток, соединяющий верхний сагиттальный, прямой и поперечный синусы, находится в области внутреннего затылочного выступа (прил. 4) [16].

Отводящие электроды находятся вблизи крупных диплоических вен и венозных эмиссариев. Лобное отведение расположено вблизи лобной диплоической вены, центральное отведение - вблизи теменного отверстия, через которое проходит теменная эмиссарная вена, соединяющая верхний сагиттальный синус с поверхностной височной веной, затылочное отведение - вблизи затылочной диплоической вены, которая через затылочный эмиссарий переходит в затылочную вену (затылочная диплоическая вена соединена также с поперечным синусом); височное отведение располагается в бассейне передней и задней височных диплоических вен, которые через соответствующие эмиссарии соединяются с задней аурикулярной веной. При расположении референтного электрода на мочке уха, а активных электродов в височных областях УПП часто близок к нулю, поскольку разность потенциалов зависит от одних и тех же сосудистых источников [16].

Влияние сагиттального синуса на распределение УПП наибольшее по сравнению с мозговыми венами, расположенными парасагиттально. При регистрации УПП электродами, расположенными над сагиттальной линией, электрическая цепь проходит через сагиттальный синус. В силу большого объема кислой венозной крови в этом синусе, значение УПП в сагиттальных отведениях в норме выше, чем в парасагиттальных [21].

Природа УПП необычна для классической электрофизиологии: с одной стороны, это явно электрофизиологический феномен, с другой - его генез при регистрации от кожи головы связан преимущественно с потенциалами ГЭБ и сосудов, а не с мембранными потенциалами нейронов и глии. На величину УПП большое влияние оказывает состояние кислотно-щелочного равновесия по обе стороны от базальной мембраны  ГЭБ. Поскольку динамика рН на границе ГЭБ зависит от интенсивности энергетических процессов в мозге, то УПП представляет собой электрофизиологический показатель, который при корректной регистрации отражает соотношение между кислотностями крови мозговых и периферических капилляров, что позволяет в норме интерпретировать этот показатель как характеристику церебрального энергетического метаболизма. При патологии изменения кислотно-щелочного равновесия мозга зависят от характера патологического процесса [24].