Современные проблемы науки и образования. геномед - анализы и цены Тандемная масс спектрометрия анализ где сделать
В течение многих лет скрининг в основном выполняли тестами , специфичными для каждого отдельного заболевания. Например, скрининг ФКУ был основан на микробиологической или химической оценке повышения фенилаланина.
Эта ситуация полностью изменилась за последнее десятилетие с появлением технологии тандемной масс-спектрометрии (ТМС). Анализ тандемной масс-спектрометрией (ТМС) может не только точно и быстро выявить повышенный фенилаланин в пятне крови у новорожденного с меньшим числом ложноположительных ответов по сравнению со старыми методами, но также одновременно позволяет обнаружить несколько десятков других биохимических нарушений.
Некоторые из них уже скринировали индивидуальными тестами . Например, многие государства использовали специфические тесты для выявления повышения метионина, чтобы обнаруживать Тандемный масс-спектрометрия (ТМС) оказалась также надежным методом не-онатального скрининга некоторых заболеваний, соответствующих критериям скрининга, но не имевших ранее надежного теста.
Например, недостаточность MCAD - заболевание окисления жирных кислот, обычно бессимптомное, но обнаруживаемое клинически, когда у пациента повышается катаболизм. Обнаружение недостаточности MCAD при рождении может оказаться жизненно важным, поскольку больные дети имеют очень высокий риск жизнеугрожающей гипогликемии в раннем детстве при катаболических состояниях, вызванных интер-куррентными заболеваниями, например вирусной инфекцией.
Почти четверть детей с недиагностированной недостаточностью MCAD умирают при первом же эпизоде . При правильном лечении метаболическое расстройство может быть купировано. При недостаточности MCAD первичная цель скрининга - предупреждение родителей и врачей о риске метаболической декомпенсации, так как дети между приступами практически здоровы и не нуждаются в ежедневном лечении, кроме исключения длительного голодания.
Тем не менее использование тандемной масс-спектрометрии (ТМС) для неонатального скрининга остается под вопросом. Помимо обеспечения быстрого тестирования многих нарушений, неонатальный скрининг при которых уже делается или может быть оправдан, тандемная масс-спектрометрия (ТМС) также выявляет новорожденных с врожденными ошибками метаболизма типа метилмалоновой ацидемии, обычно не входящих в программы скрининга из-за их редкости и трудности обеспечения окончательной терапией, предохраняющей от прогрессирующего неврологического ухудшения.
Заболевания, выявляемые при тандемной масс-спектрометрии
I. Аминоацидемии
:
- ФКУ
- Болезнь мочи с запахом кленового сиропа
- Гомоцистинурия
- Цитруллинемия
- Аргининоянтарная ацидурия
- Тирозинемия I типа
II. Органические ацидемии
:
- Пропионовая ацидемия
- Метилмалоновая ацидемия
- Изовалериановая ацидемия
- Изолированная 3-метил-кротонил-глицинемия
- Глутаровая ацидемия (тип I)
- Недостаточность митохондриальной ацетоацетил-коА-тиолазы
- Гидроксиметилглутаровая ацидемия
- Недостаточность множества коА-карбоксилаз
III. Нарушения окисления жирных кислот
:
- Недостаточность SCAD
- Недостаточность гидрокси-SCAD
- Недостаточность MCAD
- Недостаточность VLCAD
- Недостаточность LCAD и недостаточность трифункционального белка
- Глутаровая ацидемия II типа
- Недостаточность карнитин-пальмитоилтрансферазы II
Тандемная масс-спектрометрия (ТМС) также может идентифицировать аномальные метаболиты с неопределенным значением для здоровья. Например, недостаточность SCAD - другое заболевание окисления жирных кислот, чаще всего бессимптомное, хотя некоторые пациенты могут иметь трудности, связанные с эпизодической гипогликемией. Таким образом, прогностическая ценность положительного результата анализа тандемной масс-спектрометрии (ТМС) для симптоматической SCAD, вероятно, будет очень низкой.
Перевешивает ли преимущество обнаружения недостаточности SCAD отрицательное влияние теста, вызывающее неоправданное беспокойство родителей, для большинства новорожденных с положительным результатом теста, так никогда и не проявивших клинических симптомов? Таким образом, не каждое заболевание, обнаруживаемое методом тандемной масс-спектрометрии (ТМС), соответствует критериям для неонатального скрининга.
Именно поэтому некоторые эксперты в системе здравоохранения доказывают, что родителям и врачам нужно сообщать только об отклонениях в метаболитах с доказанной клинической пользой. Другие отстаивают использование всей информации, предоставляемой тандемной масс-спектрометрией (ТМС), и предлагают сообщать родителям и врачам обо всех аномальных метаболитах, независимо от того, насколько хорошо заболевание соответствует стандартным критериям неонатального скрининга. В дальнейшем можно тщательно наблюдать за пациентами с аномалиями неизвестного значения. По всем этим причинам использование тандемной масс-спектрометрии (ТМС) для скрининга новорожденных и остается предметом дискуссии.
Для популяционного скрининга в дородовом периоде обычно используют два теста: хромосомный анализ у женщин старшего возраста и АФП сыворотки крови матери или тройной тест на ДНТ и хромосомные анеуплоидии.
Если беременность подвергается риску из-за ин-вазивной процедуры пренатальной диагностики хромосомной анеуплоидии вследствие возраста матери, также следует предложить дополнительное обследование, например определение уровня АФП в амниотической жидкости, полногеномную сравнительную гибридизацию для поиска опасных субмикроскопических делеций, скрининг мутаций муковисцидоза и других частых заболеваний.
4, 11 ФГБУ «Медико-генетический научный центр» РАМН
2 ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский университет Минздрава России”
3 ГБУЗ "Краевая клиническая больница № 1 им. профессора С.В.Очаповского" департамента здравоохранения Краснодарского края
4 ФГБУ “Медико-генетический научный центр”
С целью обоснования внедрения массового обследования новорождённых на наследственные болезни обмена (НБО) методом тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) проведено ретроспективное исследование архивных образцов крови детей (n=86), умерших на первом году жизни. Изменения профилей аминокислот и ацилкарнитинов выявлены в 4 случаях (4,7 %). В одном из них обнаружено специфичное для болезни запаха мочи кленового сиропа многократное повышение концентрации лейцина, изолейцина и валина. Клиническая картина и обнаружение мутации в первом экзоне гена BCKDHB (с.98delG) в гетерозиготном состоянии косвенно подтвердили диагноз лейциноза. В остальных трех случаях выявленные изменения профиля аминокислот и ацилкарнитинов не носят такого же специфического характера. В этих случаях необходимы были бы повторные исследования крови методом МС/МС, дополнительные клинические и биохимические исследования. В результате проведенного исследования подтверждена необходимость внедрения метода МС/МС в программы неонатального скрининга на НБО для их своевременной диагностики и лечения.
ретроспективная диагностика
тандемная масс-спектрометрия
наследственные болезни обмена
1. Краснопольская К. Д. Наследственные болезни обмена веществ. Справочное пособие для врачей. - М.: РОО «Центр социальной адаптации и реабилитации детей «Фохат», 2005. - 364 с.
2. Михайлова С. В., Захарова Е. Ю., Петрухин А. С. Нейрометаболические заболевания у детей и подростков. Диагностика и подходы к лечению. - М.: «Литерра», 2011. - 352 с.
3. Chace H. D. Rapid diagnosis of MCAD deficiency quantitative analysis of octanoylcarnitine and other acylcarnitines in newborn blood spots by tandem mass spectrometry / Chace H. D., Hillman S. L., Van Hove J. L. et al. // Clinical Chemistry. - 1997. - V. 43. - № 11. - Р. 2106-2113.
4. Nyhan L. W., Barshop B. A., Ozand P. T. Atlas of metabolic diseases. - Second edition. - London: Hodder Arnold, 2005. - 788 p.
5. Rashed M. S. Clinical application of tandem mass spectrometry: ten years of diagnosis and screening for inherited metabolic diseases // J. of Chrom. B. - 2001. - V. 758. - № 27-48.
6. Sweetman L. Naming and counting disorders (counditions) included in newborn screening panels / Sweetman L., Millington D. S., Therrell B. L. et al. // Pediatrics. - 2006. - V. 117. - P. 308-314.
7. Van Hove J. L. Medium-chain acl-CoA dehydrogenase deficiency: diagnosis by acylcarnititne analysis in blood/Van Hove J. L., Zhang W., Kahler S. G. et al. // Am. J. Hum. Genet. - 1993. - V. 52. - P. 958-966.
Введение
На сегодняшний день известно более 500 нозологических формнаследственных болезней обмена (НБО). Основная часть НБО встречается крайне редко, но их суммарная частота в популяции составляет 1:1000-1:5000 . Как правило, НБО манифестируютна первом году жизни неспецифическими симптомами, клинически маскирующими их под другую, ненаследственную соматическую патологию. Вместе с тем, своевременная диагностика метаболических наследственных заболеваний важна, так как для многих из них разработаны и продолжают разрабатываться эффективные методы патогенетического лечения, без которого исход заболеваний зачастую остается фатальным. Общепризнано, что одним из наиболее оправданных и эффективных подходов к раннему выявлению наследственной патологии является неонатальный генетический скрининг. Развитие метода тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) с электроспрейной ионизацией сделало крупномасштабный масс-спектрометрический скрининг применимым в практике массового обследования на НБО к концу 90-х годов ХХ века. Этот высокочувствительный микрометод позволяет одновременно определять в нескольких микролитрах крови концентрации десятков аминокислот и ацилкарнитинов, имеющих значение для диагностики НБО. Эффективность лабораторного теста МС/МС позволила включить его в государственные программы неонатального скрининга новорожденных детей на аминоацидопатии, органические ацидурии и дефекты митохондриального β-окисления жирных кислот в ряде стран . Тем не менее, в Российской Федерации метод МС/МС не внедрен в систему массового обследования новорожденных детей и доступен для селективного скрининга на НБО только в единичных федеральных медицинских центрах.
Целью данного исследования явилось научное обоснование необходимости включения в региональные программы массового обследования новорожденных детей исследований методом МС/МС для диагностики аминоацидопатий, органических ацидурий и дефектов митохондриального β-окисления жирных кислот на основе проведения ретроспективного масс-спектрометрического анализа образцов крови больных детей, заболевания которых закончились летальным исходом на первом году жизни.
Пациенты и методы исследования
В настоящее ретроспективное исследование включены дети (n=86, соотношение мальчики:девочки 48/38), умершие на первом году жизни (в возрасте от 5 суток до 11 месяцев жизни) в течение одного календарного года (2010 год) на административной территории Краснодарского края. В исследование включены дети с врожденными пороками развития (n=29), инфекционными заболеваниями - пневмония, сепсис, бактериальный менингоэнцефалит (n=37), перинатальным поражением ЦНС (n=11), синдромом внезапной смерти (n=6) и иными заболеваниями (n=3). Контрольную группу составили 438 клинически здоровых новорожденных детей (227 девочек, 211 мальчиков) в возрасте 3-8 дней. В данной группе были определены референсные значения концентраций аминокислот и ацилкарнитинов в капиллярной крови у здоровых детей периода новорожденности.
Материалом для исследования послужили архивные образцы периферической крови на стандартных бумажных тест-бланках, полученные на 3-8 день жизни, для проведения стандартного неонатального скрининга. Концентрацию аминокислот и ацилкарнитинов (табл. 1) в крови определяли методом тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) с помощью квадрупольного тандемного масс-спектрометра Agilent 6410 (AgilentTechnologies, США) по сертифицированной методике компании CHROMSYSTEM № V1 07 05 57136 001. Исследование было выполнено в лаборатории медицинской генетики ГБОУ ВПО «Ростовский государственный медицинский институт Минздрава России».
Таблица 1
Метаболиты, определяемые методом МС/МС
|
Метаболит |
Условное обозначение |
Метаболит |
Услов-ное обозна-чение |
||
|
А м и н о к и с л о т ы |
|||||
|
3-метилкротонилкарнтин |
|||||
|
Аспарагиноваякислота |
3-гидроксиизовалерилкарнитин |
||||
|
Глутаминоваякислота |
Гексаноилкарнитин |
||||
|
Лейцин+изолейцин |
Октаноилкарнитин |
||||
|
Метионин |
Октеноилкарнитин |
||||
|
Фенилаланин |
Деканоилкарнитин |
||||
|
Деценоилкарнитин |
|||||
|
Додеканоилкарнитин |
|||||
|
Миристилкарнитин |
|||||
|
Цитруллин |
Тетрадеценоилкарнитин |
||||
|
Тетрадециноилкарнитин |
|||||
|
Гидроксимиристилкарнтин |
|||||
|
А ц и л к а р н и т и н ы |
Пальмитоилкарнитин |
||||
|
Свободныйкарнитин |
Гексадеценоилкарнитин |
||||
|
Ацетилкарнитин |
Гидроксигексадеценоилкарнитин |
||||
|
Пропионилкарнитин |
Гидроксипальмитоилкарнитин |
||||
|
Малонилкарнитин |
Стеароилкарнитин |
||||
|
Бутирилкарнтин |
Олеоилкарнитин |
||||
|
Метилмалонилкарнитин |
Гидроксистеароилкарнитин |
||||
|
Изовалерилкарнтин |
Гидроксиолеоилкарнитин |
||||
|
Глутарилкарнитин |
Гидроксилиноилкарнитин |
||||
Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета прикладных программ Statistica 6,0 и электронных таблиц Excel 2007. Для определения описательных числовых характеристик переменных применялись стандартные методики статистического анализа: расчет медианы, 0,5 и 99,5 перцентилей.
Для подтверждающей молекулярно-генетической диагностики лейциноза проводили выделение ДНК из сухих пятен крови, используя набор реактивов DiatomDNAPrep (ООО «Биоком», Россия). Подбор праймеровдля ПЦР амплификации осуществляли для 10 экзонов генов BCKDHA и BCKDHB. Секвенирование ПЦР-фрагментов с целью выявления редких мутаций проводилось согласно протоколу фирмы-производителя на генетическом анализаторе ABIPrism 3500 (AppliedBiosystem, США).
Результаты исследования и их обсуждение
В результате исследования концентраций аминокислот и ацилкарнитинов в периферической крови 438 клинически здоровых новорожденных детей были определены 0,5 и 99,5 перцентиликонцентраций исследованных метаболитов, которые использовались нами в дальнейшем как референсные значения (табл. 2). Сопоставление концентраций аминокислот и ацилкарнитинов, определенных в образцах крови 86 умерших на первом году жизни детей, с референсными значениями концентраций, показало, что у 82 пациентов (95,3 %) ни один из исследуемых показателей не выходил за пределы 0,5 и 99,5 перцентилей контрольной группы, что позволило отказаться от рабочей версии о наличии у них нарушений обмена аминокислот и карнитинов, не верифицированных прижизненно. Однако у 4 детей (4,7 %) концентрации некоторых аминокислот и ацилкарнитиновв несколько раз превышали верхние границы референсного интервала контрольной группы (табл. 2).
Таблица 2
Результаты ретроспективной оценки концентраций аминокислот и ацилкарнитинов у новорожденных (n=4) с уровнем отдельных метаболитов вне диапазона 0,5-99,5 перцентилей
|
Метаболиты |
Концентрации отдельных метаболитов (мкмоль/л) |
|||||
|
Референсные значения контрольной группы (n= 438) в диапазоне 0,5-99,5 перцентилей |
Индивидуальные значения пациентов (n=4) * |
|||||
|
Пациент 1 |
Пациент 2 |
Пациент 3 |
Пациент 4 |
|||
|
А м и н о к и с л о т ы |
||||||
|
2503,868 |
||||||
|
1457,474 |
||||||
|
А ц и л к а р н и т и н ы |
||||||
* Примечание:
Пациент 1 - мальчик КМ (диагноз: обструктивный бронхиолит), умер в возрасте 11 месяцев;
Пациент 2 - мальчик КФ (диагноз: пневмония), умер в возрасте 1 месяца;
Пациент 3 - девочка ЛВ (диагноз: сепсис), умер в возрасте 12 суток.
Пациент 4 - девочка ПА (диагноз: пневмония), умерла в возрасте 6 суток.
В первом случае у пациента КМ, умершего в возрасте 11 месяцев, с диагнозом обструктивный бронхиолит, тандемная масс-спектрометрия аминокислот и ацилкарнитинов в архивных образцах крови выявила изменения содержания лейцина, изолейцина и валина, которые носят достаточно специфический характер, чтобы говорить о высокой вероятности врожденного метаболического дефекта в пути катаболизма лейцина и изолейцина. В исследованных архивных образцах крови обнаружено увеличение концентрации лейцина и изолейцина более чем в 9 раз и валина - более чем в 3 раза по сравнению с референсными значениями, что позволяет предположить диагноз «болезни с запахом мочи кленового сиропа» .
Из имеющихся клинических данных в пользу лейциноза у ребенка КМ свидетельствовали следующие клинические проявления: ранний отказ от естественного вскармливания, симптомы неонатальной энцефалопатии, нарастание неврологической симптоматики - изменения мышечного тонуса, судороги, эпилепсия, задержка психомоторного развития. У ребенка часто наблюдались инфекционные заболевания дыхательных путей с тяжелым течением, которые стали причиной облитерирующего бронхиолита, явившегося причиной летального исхода в возрасте 11 месяцев. Мы не обладаем информацией о том, был ли у ребенка специфический запах мочи, но увеличение концентрации типичных для лейциноза метаболитов и характерная клиническая симптоматика подтверждают наше предположение. Кроме того, в пользу диагноза болезни запаха мочи кленового сиропа свидетельствуют результаты проведенной ДНК диагностики лейциноза с использованием архивных образцов крови. Молекулярно-генетический анализ позволил выявить у ребенка делецию с.98delG в первом экзоне гена BCKDHB в гетерозиготном состоянии. Эта же мутация обнаружена в крови матери. Ввиду ограниченного количества архивных образцов крови ребенка и недоступности биологического материала его отца вторую мутацию обнаружить не удалось. Тем не менее, совокупность клинических, биохимических и молекулярно-генетических данных подтверждают диагноз лейциноза (или болезни с запахом мочи кленового сиропа, MIM ID 248600) в изученном случае.
В остальных трех случаях выявленные изменения профиля аминокислот и ацилкарнитинов не носят такого же специфического характера, как в предыдущем случае. Предполагать определенные НБО, основываясь на данных МС/МС,тем более - утверждать с достоверностью, в этих случаях невозможно. Для дифференциальной диагностики аминоацидопатий и органических ацидурий необходимы были бы повторные исследования крови методом МС/МС, дополнительные клинические и биохимические исследования.
Степень повышения специфичных для заболеваний метаболитов вариабельна и зависит от многих факторов. Характер питания ребенка, прием некоторых лекарственных препаратов должны учитываться при интерпретации результатов. Так, прием препаратов, содержащих вальпроевую кислоту или среднецепочечные триглицериды, приводит к повышению С6, С8 и С10, что затрудняет диагностику недостаточности среднецепочечной ацил-КоАдегидрогеназы. Прием карнитинсодержащих лекарственных препаратов также может приводить к повышению концентраций коротко- и среднецепочечных ацилкарнитинов. Содержание длинноцепочечных ацилкарнитинов в плазме и цельной крови различно, поскольку они ассоциированы с мембранами эритроцитов, следовательно, показатель гематокрита имеет определенное значение. За некоторым исключением, полутора - двукратное увеличение концентрации требует повторного анализа крови. Так, патогномоничные для пропионовой и изовалериановой ацидурии уровни метаболитов обычно повышаются более чем в 5 раз, а даже незначительное изменение концентрации глутарилкарнитина требует не только повторного анализа крови, но и дополнительного исследования органических кислот мочи, характерных для глутаровой ацидурии I типа .
Заключение
Проведенное методом МС/МС ретроспективное исследование образцов крови детей раннего возраста, умерших от различных причин, позволило предположить в ряде случаев наследственную патологию обмена веществ. В одном из них подтвержден диагноз болезни запах мочи кленового сиропа (лейциноз). Своевременные диагностические мероприятия в подобных случаях являются важной составляющей в дифференциальной диагностике врожденных ошибок метаболизма. Исследование концентраций аминокислот и ацилкарнитинов в образцах биологических жидкостей может иметь диагностическую ценность в анализе случаев младенческой смертности. Посмертно установленный диагноз наследственного заболевания обмена веществ у умершего ребенка является показанием для медико-генетического консультирования семьи. Необходимо широкое внедрение метода МС/МС в неонатальный скрининг как основного инструмента для выявления аминоацидопатий, органических ацидемий и дефектов β-митохондриального окисления жирных кислот у новорожденных для своевременной диагностики и лечения НБО.
Рецензенты :
Полевиченко Елена Владимировна, д-р мед. наук, профессор, главный научный сотрудник отдела реабилитации и медико-социальной помощи ФГБУ «ФНКЦ детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева» Минздрава России, г. Москва.
Михайлова Светлана Витальевна, д-р мед. наук, заведующая отделением медицинской генетики ФГБУ «Российская детская клиническая больница Минздрава России», г. Москва.
Библиографическая ссылка
Байдакова Г.В., Антонец А.В., Голихина Т.А., Матулевич С.А., Амелина С.С., Куцев С.И., Куцев С.И. РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ОБМЕНА МЕТОДОМ ТАНДЕМНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 2.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8953 (дата обращения: 12.12.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
Что такое Тандемная Масс-спектрометрия
Тандемная масс-спектрометрия (ТМС) - один из современных методов анализа соединений, который широко используется для различных как научных, так и практических целей. Этот метод позволяет проводить анализ нескольких сотен соединений в микроколичествах биологического материала.
Где применяется этот метод?
В мировой практике здравоохранения этот метод применяют для проведения массового скрининга новорожденных на наследственные болезни обмена веществ (НБО). В пятне высушенной крови возможно определение аминокислот (в том числе и фенилаланина) и ацилкарнитинов. Количественное определение этих веществ позволяет исключать несколько десятков наследственных заболеваний, относящихся к различным классам НБО (нарушения метаболизма аминокислот, органических кислот и дефектов митохондриального β-окисления жирных кислот). По зарубежным литературным данным их суммарная частота составляет 1:2000 живых новорожденных. Ранее для диагностики этих нарушений требовалось большое количество биологического материала, проведение нескольких исследований (аминокислотный анализ, хроматомасс-спектрометрия, определение спектра ацилкарнитинов), что требовало значительного времени и материальных затрат. ТМС позволяет количественно определить все эти соединения в течение одного анализа!
Какие заболевания можно выявить с помощью этого метода?
К сожалению одного универсального высокочувствительного и специфичного теста для диагностики всех известных НБО пока не существует, но технологии, направленные на выявление несколько десятков и даже сотен болезней в одном анализе уже становятся реальностью. К таким методам относится и ТМС. Этот метод позволяет с высокой достоверностью выявлять около 40 наследственных нарушений метаболизма аминокислот, органических кислот и дефектов митохондриального бета-окисления жирных кислот. Большинство из этих заболеваний проявляются в период новорожденности. Перечень заболеваний, которые можно диагностировать с применением этой технологии приведен в разделе анализы
Почему необходимо как можно раньше диагностировать болезни обмена веществ?
Многие врачи ошибочно считают, что НБО встречаются так редко, что исключать их нужно только в последнюю очередь, и очень часто правильный диагноз устанавливается уже на поздних сроках или заболевание вообще не диагностируется.
Однако, уже известно более 150 форм НБО для которых разработаны методы эффективной терапии и от того как быстро и правильно поставлен диагноз во многом зависит жизнь и здоровье пациента. Для 20 заболеваний, которые можно диагностировать с применением ТМС, разработано специальное лечение. Поставленный вовремя диагноз- спасенная жизнь и здоровье пациента!
Правила сбора образцов крови
Кровь собирается на стандартную карточку-фильтр (№903), который применяют для скрининга новорожденных на ФКУ. Кровь может быть как капиллярная (из пальца, пятки), так и венозная. Необходимо хорошо пропитать выделенную область на фильтре! На карточке-фильтре обязательно должно быть четко указаны ФИО, кем и откуда направлен пациент, дата рождения и телефон лечащего врача. Образец высушивается 2-3 часа на воздухе. Желательно приложить выписку из истории болезни.
В эпоху Нового времени с расцветом естественно-научной мысли особое внимание стало уделяться «животному электричеству». Пытливые умы были взбудоражены опытами Луиджи Гальвани, который заставил сокращаться лапку лягушки. Позже, с появлением «вольтова столба», всякий, считающий себя современным человеком и естествоиспытателем, проводил подобные эксперименты. Физические свойства мышечной ткани исследовались с помощью тока, и апофеозом «подобия Творцу» считался опыт, при котором импульс постоянного тока заставлял сокращаться мышцы трупа.
С развитием электротехники и появлением опытов Фарадея появилось новое оборудование, которое позволяло получать магнитные поля с помощью тока, и наоборот. Так, постепенно родилась идея использования не непосредственно электрического тока, а магнитного поля для воздействия на участки коры головного мозга. Ведь магнитное поле рождает электрический ток, а уже он вызывает различные процессы в организме. Именно с этой идеи родился метод, получивший название транскраниальная магнитотерапия. Что это такое, и как определяет его наука?
Определение
ТКМС, или транскраниальная магнитная стимуляция – это способ, применяющийся в научной и клинической практике, который позволяет без боли и наведения электрического тока на расстоянии стимулировать кору головного мозга магнитным полем, получая различные ответы на воздействие коротких импульсов магнитного поля. Этот метод применяется как для диагностики, так и для лечения некоторых видов заболеваний.
Суть методики и механизм действия
Прибор для электромагнитной стимуляции мозга основан на принципе возбуждения электромагнитной индукции. Известно свойство тока, проходя через катушку индуктивности, рождать магнитное поле. Если подобрать характеристики тока и катушки так, чтобы магнитное поле было сильным, а вихревые токи минимальными, то перед нами и будет аппарат ТКМС. Основная последовательность событий может быть такой:
Блок прибора генерирует импульсы высокоамплитудных токов, разряжая конденсатор, когда происходит замыкание высоковольтного сигнала. Конденсатор отличает большая сила тока и высокое напряжение – эти технические характеристики очень важны для получения сильных полей.
Эти токи направляются в ручной зонд, на котором расположен генератор магнитного поля – индуктор.
Зонд перемещается очень близко от кожи головы, поэтому порождаемое магнитное поле мощностью до 4 Тесла передается на кору головного мозга.
Современные индукторы имеют принудительное охлаждение, поскольку они все равно сильно нагреваются вследствие вихревых токов. Касаться тела пациента ими нельзя – можно получить ожог.
Четыре тесла – это очень внушительная величина. Достаточно сказать, что это превышает мощность высокопольного МРТ-томографа, которые дают по 3 Тл на большом кольце электромагнитов. Эта величина сравнима с данными больших дипольных магнитов Большого адронного коллайдера.
Стимуляция может проводиться в разных режимах – однофазном, двухфазном и так далее. Можно выбрать тип катушки индуктора, которые позволяют дать различно сфокусированное магнитное поле на различную глубину мозга.
В коре порождаются вторичные процессы – деполяризация мембран нейронов и генерация электрического импульса. Метод ТМС позволяет, перемещая индуктор, добиться стимуляции различных участков коры и получить разный ответ.
Транскраниальная магнитная стимуляция требует расшифровки результатов. Пациенту направляются серии различных импульсов, а результатом является выявление минимального порога моторного ответа, его амплитуда, время задержки (латентность) и прочие физиологические показатели.
Если врач воздействует на кору, то в результате могут сокращаться мышцы туловища согласно «двигательному гомункулусу», то есть в соответствии с корковым представительством мышц моторной зоны. Это и есть МВП, или моторные вызванные потенциалы.
Если при этом на нужную мышцу наложить датчики и провести электронейромиографию, то можно «прозвонить» нервную ткань с учетом характеристики наведенного импульса.
Показания к процедуре
Кроме функции исследования, «искусственный» импульс, созданный нейронами, может оказывать лечебное действие при мышечных заболеваниях. У детей с ДЦП процедура ТКМС стимулирует развитие мышц, оказывает положительный эффект при спастичности. Транскраниальная магнитная стимуляция применяется для диагностики и лечения следующих заболеваний:
- рассеянного склероза и других демиелинизирующих заболеваний;
- церебрального атеросклероза, диффузных сосудистых поражений головного мозга;
- последствий ранений и травм головного и спинного мозга;
- радикулопатий, миелопатий, поражения черепно-мозговых нервов (паралич Белла);
- болезни Паркинсона и вторичного паркинсонизма;
- различных деменций (Альцгеймера).
Кроме этого, метод транскраниальной магнитной стимуляции может помочь при диагностике речевых нарушений, при проблемах, связанных с нейрогенным мочевым пузырем, при ангиоцефалгиях (мигрени) и при эпилепсии.
Накоплен солидный опыт (в основном зарубежный), когда эта методика применяется при депрессии, аффективных состояниях и неврозах. Помогает ТКМС и при обсессивно-компульсивных состояниях (навязчивом неврозе). Ее курсовое применение способствует ликвидации психотической симптоматики при обострениях шизофрении, а также при различных галлюцинациях.
Но такой метод, который использует сильные магнитные поля, не может не иметь противопоказаний.
Противопоказания
Несмотря на то, что ТКМС – неинвазивная методика, ее эффектором являются сильные магнитные поля. Нужно помнить, что, в отличие от МРТ, где человеческое тело целиком подвергается воздействию мощного магнитного поля, транскраниальная магнитотерапия генерирует его на расстоянии в несколько сантиметров. Есть ряд серьезных и даже абсолютных противопоказаний к ее проведению, например, ферромагнитные материалы внутри черепа (имплантаты), или слуховые аппараты. Кардиостимулятор также является противопоказанием, но теоретическим, поскольку лишь случайно может оказаться в зоне действия магнитного поля.
В настоящее время появились приборы для глубокой стимуляции мозга, например, при болезни Паркинсона. В данном случае проведение процедуры также противопоказано.
К клиническим противопоказаниям относятся:
- очаговые образования центральной нервной системы, которые могут вызвать эпиприпадок;
- назначение средств, которые могут повысить возбудимость коры головного мозга (и получить синхронный разряд);
- черепно-мозговая травма с длительной потерей сознания;
- анамнестически – припадок или эпилепсия, эпиактивность на энцефалограмме;
- повышенное внутричерепное давление.
Как видно из вышеизложенного, основная опасность – получить синхронный полушарный или тотальный очаг возбуждения нейронов коры, или эпилептический припадок.
О побочных эффектах
Наивно было бы думать, что такое серьезное воздействие, как вторичная индукция нейронного потенциала действия сильным магнитным полем, может протекать без всяких побочных эффектов. К числу наболее часто возникающих состояний относят:
- дискомфорт в желудке и тошнота;
- страх при неожиданных сокращениях мышц;
- покраснение кожных покровов;
- временная потеря речи (при стимуляции зоны Брока), часто сопровождается насильственным смехом;
- боли в мышцах головы и лица;
- головокружение и усталость;
- временная потеря слуха.
Также аппарат применяют крайне осторожно при работе с детьми. Стимулируя моторные акты ребенка, трудно ожидать от него полного контроля и расслабления. Есть опасность, что при случайном проведении зонда с катушкой около сердца аппарат может вызвать нарушение ритма сердца. Обычно магнитное поле вызывает экстрасистолию, и помощи не требуется. Но у пациентов с мерцательной аритмией, при тиреотоксикозе это может привести к ухудшению состояния.