Концептуальные основы неинвазивной нейромодуляции

D. Reynolds (1969) первым описал глубокую анальгезию во время электрической стимуляции центрального вещества, окружающего водопровод мозга. Изначально развитие данного направления связано с именами отечественных ученых. В США данной проблемой начали заниматься только с начала 70-х годов прошлого века. 

В настоящее время термин «нейромодуляция» активно используется в научных кругах для обозначения хронической электростимуляции глубинных структур мозга в технологии имплантации электродов при лечении гиперкинезов и невропатической боли. Активную роль в продвижении брендов и технологий играют фирмы-производители устройств (электродов, стимуляторов и т. д.).

Созданное в 90-х годах прошлого века в США International Neuromodulation Society (INS) трактует «нейромодуляцию» как терапевтическую активацию в центральной, периферической и автономной нервной системе электрическими факторами с помощью различных устройств (в том числе вживленных электродов) либо фармакологически.

В настоящее время нейромодуляция — это направление функциональной нейрохирургии, спектр применения которой ограничен. Пожизненное вживление электродов с целью купирования стойких болевых синдромов и гиперкинезов (нейромодуляция) имеет свои недостатки и в ряде случаев неэффективно.

Таким образом, «нейромодуляция» является, скорее, торговым брендом и не отражает механизмы реализации клинического эффекта (в данном случае это запредельное торможение афферентных путей болевой чувствительности мозга).

Modulus — мера, образец (изменение активности функциональной системы с помощью электромагнитного физического фактора). Выявленное впервые явление миграции ноциогенной зоны в сенсорно-алгической системе организма человека при развитии болевых синдромов с последующей сенситизацией делает не совсем целесообразной пожизненную имплантацию электродов и электродных устройств для купирования болевых синдромов.

Сам термин «нейромодуляция» имеет более широкое значение, в частности как метод заместительной терапии «патологии регуляции». Проблеме воздействия электрическими и электромагнитными импульсами различной частоты на человеческий мозг издавна уделяется особое внимание в связи с частотно-зависимым характером передачи информации в биологических системах.

Модуляция (лат. modulatio — ритмичность, размеренность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения), т. е. процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную частоту.

Исследования последних лет в США, также связанных с производством высокоэффективных устройств (инженирингом), определило смену тренда, развитие нового направления — noninvasive brain stimulation (NIBS), которое существенно расширяет спектр применения аппаратной стимуляции. В ряде случаев стимуляция с помощью электромагнитных физических факторов приводит к обратному эффекту — супрессии нейрофизиологических параметров.

В связи с этим правильнее использовать термин «неинвазивная нейромодуляция». В настоящее время насчитывается около 100 различных неинвазивных методик электромагнитной модуляции, не говоря уже о параметрах стимуляции. Наиболее распространенными являются технологии неинвазивной нейромодуляции (noninvasive brain stimulation).

Мезодиэнцефальная модуляция или транскраниальная электростимуляция (ТЭС, МДМ)

Транскраниальная электростимуляция (ТЭС-терапия) — транскраниальный метод терапевтического воздействия на головной мозг при помощи импульсных токов. Слабые токи подаются через закрепленные на голове пациента электроды. Электрические токи оказывают воздействие на защитные функции головного мозга, меняют биоэлектрическую активность в ГМ.

ТЭС-терапия разрабатывалась на основах и принципах доказательной медицины, благодаря чему является одним из немногих физиотерапевтических методов, признаваемых в медицинских кругах. Механизм терапевтического эффекта транскраниальной электростимуляции заключается в воздействии на механизмы выработки эндорфинов в головном мозге.

Во время процедуры происходит стимуляция чувствительных и противоболевых структур головного мозга посредством проникновения тока через костные и мягкие ткани головы. Влияние тока способствует активизации выработки эндорфинов, их концентрация повышается в крови, цереброспинальной жидкости и в головном мозге.

Гормон эндорфин участвует в нормализации различных нарушений в организме человека, не оказывая влияния на процессы, протекающие нормально. За счет активной выработки эндорфина происходят обезболивающий эффект процедуры, так как его воздействие снимает болевой синдром значительно активнее, чем морфин; антидепрессивный эффект; антистрессорный эффект; нормализация сна; улучшение настроения и повышение работоспособности пациента.

ТЭС-терапия способствует ускорению процессов заживления различных тканей организма (кожные покровы, слизистые оболочки), регенерации периферических нервов, регенерации клеток паренхимы печени. Оказывает стимулирующее воздействие на иммунитет. Благоприятствует замедлению роста доброкачественных и злокачественных новообразований.

ТЭС-терапия также благотворно влияет на нормализацию физиологического статуса организма. Эффект от проведения процедуры длится до нескольких дней, и постепенно происходит тренировка защитной системы организма. ТЭС-терапия способствует «обучению» организма к активной выработке эндорфина естественным путем. Данный физиотерапевтический метод не вызывает привыкания.

Возможно сочетание транскраниальной электростимуляции с другими методами лечения (другая физиотерапия, медикаментозное лечение, мануальная терапия, бальнеологическое лечение), кроме рефлексотерапии и употребления морфиноподобных анальгетиков. Систематическое использование ТЭС-терапии позволяет частично или полностью отказаться от употребления фармацевтических препаратов (гормональных препаратов, антидепрессантов, иммуномодуляторов, анальгетиков).

Исследования показали высокую эффективность применения транскраниальной электростимуляции в лечении неврологических заболеваний — уменьшение или полное исчезновение симптомов происходило в 80−90% случаев.

Транскраниальная стимуляция постоянным током (transcranial direct current stimulation — tDCS), или транскраниальная микрополяризация (ТКМП)

Это метод лечения, суть которого заключается в воздействии на отдельные структуры мозга очень слабым постоянным электрическим током. Применяется в основном в педиатрии.

Показаниями к применению ТКМП являются:

• ДЦП (спастическая, мозжечковая, гиперкинетическая, смешанная форма любой степени тяжести) и другие виды органических поражений центральной нервной системы;
• задержка нервно-психического развития ребенка;
• синдром дефицита внимания и гиперактивности, а также другие невротические, неврозоподобные (в том числе тики), психосоматические и психо эмоциональные расстройства;
• нарушения речи у детей; агрессивность, энурез, энкопрез психогенной природы, страхи, депрессивные расстройства;
• нейроинфекции и их последствия;
• эпилепсия;
• черепно-мозговые травмы, острые нарушения мозгового кровообращения и другие виды мозговых катастроф, а также последствия их (нарушения речи, головокружения, парезы, вегетативный статус и так далее);
• сенсоневральная тугоухость; патология органа зрения (косоглазие, амблиопия, нистагм);
• астенический синдром;
• головные боли напряжения.

Иногда этот метод лечения применяют с целью профилактики развития возрастных изменений головного мозга. У детей, отстающих от сверстников в психическом или речевом развитии, страдающих синдромом дефицита внимания и гиперактивности, курс процедур транскраниальной микрополяризации приводит к улучшению психоэмоционального состояния и сна, уменьшению импульсивности, обостряет память и внимание, повышает усидчивость и обучаемость, способствует развитию речи и двигательных функций.

У лиц с очаговой патологией головного мозга после проведения курса лечения методом ТКМП определяется значительное уменьшение очага поражения и более быстрое восстановление нарушенных функций.

Транскраниальная магнитостимуляция (ТМС), или ритмическая транскраниальная электростимуляция (рТМС)

Транскраниальная магнитная стимуляция мозга является безопасным терапевтическим и диагностическим методом воздействия на нервные клетки. Процедура неинвазивна и безболезненна, применима при широком спектре неврологических, психиатрических и офтальмологических заболеваний как во взрослой, так и в педиатрической практике: от лечения фармакоустойчивой депрессии до болезни Паркинсона и ДЦП.

Воздействие электромагнитным полем, главным образом, магнитной составляющей низкой частоты

Магнитотерапия — метод физиотерапии, применяемый в рамках консервативного лечения различных болезней и в период реабилитации после хирургических вмешательств на опорно-двигательном аппарате.

Механизм действия основан на оздоравливающем эффекте магнитного поля, которое способствует улучшению кровоснабжения спинного и головного мозга, насыщения кислородом сердца. Это приводит к увеличению уровня сахара крови, стабилизации артериального давления, нормализации функции внутренних органов.

Для лечебных целей используют переменное или постоянное магнитное поле низкой и высокой частоты. Согласно мнению врачей, большим лечебным эффектом обладает переменное поле. Как правило, используют переменные магнитные поля низкой частоты. Магнитное поле провоцирует в тканях образование вихревого электрического тока, интенсивность которого зависит от величины индукции магнитного поля и электропроводности биоматериалов.

Наилучшим проводником электричества является спинномозговая жидкость и сыворотка крови, потому эти структуры наиболее восприимчивы к воздействию магнитом. Магнитотерапия влияет на организм человека неравномерно. В первую очередь реагируют нервные клетки, затем внутренние железы и органы восприятия. Далее воздействие оказывается на сердце, сосуды, мышцы и органы пищеварения. Последними по восприимчивости являются легкие и скелет.

Воздействие электромагнитным полем высокой частоты (КВЧ-терапия)

КВЧ (крайне высокочастотная) терапия — применение волн миллиметрового диапазона с лечебной целью. Миллиметровые волны — электромагнитные колебания с частотой 30−300 ГГц.

Это относительно новый и перспективный метод физиотерапии. В природе такие волны излучаются солнцем, но не доходят до земли, поглощаясь в атмосфере. КВЧ-излучение обладает небольшой проникающей способностью в биологические ткани (так как имеют способность поглощаться молекулами воды) и действует в поверхностных слоях кожи.

Это излучение создает электромагнитное поле, характеризующееся пространственной неоднородностью. Миллиметровые волны осуществляют информационное воздействие на организм за счет внутренних энергетических источников, самостоятельно они не оказывают ни теплового, ни ионизирующего воздействия. Излучатель собирает миллиметровые волны в параллельные пучки, и действие на организм имеет локальный характер.

В основе лечебного действия КВЧ-излучения лежит перестройка конформации структурных элементов кожи и раздражение рецепторов нервных проводников, расположенных в коже. В результате срабатывают кожновисцеральные рефлексы. При воздействии данного излучения на область локальной болезненности или биологически активные точки рефлекторно изменяется функционирование эндокринной, иммунной и вегетативной нервной систем, повышается неспецифическая резистентность организма к факторам окружающей среды.

Стимулирует работу нервной системы. Оказывает модулирующее действие на функционирование иммунной системы. Улучшает трофику тканей. Стимулирует процессы репарации и регенерации.

Фармакологическая нейромодуляция (пептиды, нейромодуляторы)

Фармацевтическая нейромодуляция как метод заместительной терапии «патологии регуляции», стимуляция антисистем широко используется в психиатрии и урологии. При стимуляции антисистем в ликворе обнаруживаются вещества, характерные для активации самой антисистемы. Использование продуктов активации антисистем является перспективным в разработке специфической патогенетической терапии неврологических синдромов. Наиболее адекватным раздражителем для активации антисистем является электрический ток.

Нейромодуляторная концепция определила третий (наряду со стимуляцией/активацией и подавлением/супрессией) основополагающий модуляторный подход к терапии заболеваний и травм нервной системы и продолжает динамически развиваться наряду с появлением новых технологических решений.

В настоящее время разработана концепция неинвазивной нейромодуляции, которая базируется на основе длительного изучения различных методик нейростимуляции (рис.).

В основе концепции лежат нейрофизиологические процессы активации и торможения в центральной и периферической нервной системе, а также возможность их регуляции с помощью различных составляющих электромагнитного физического фактора.

Терапевтическими основами неинвазивной нейромодуляции в лечении травматической болезни мозга, хронической ишемии мозга, болевых синдромов являются:

• оптимизация церебральной нейродинамики за счет ликвидации генераторов патологически усиленного возбуждения по Г. Н. Крыжановскому (2005);
• стимуляция тормозных механизмов с выработкой соответствующих нейромедиаторов;
• оптимизация регуляторной функции вегетативной нервной системы (вегетативных ганглиях, ядрах гипоталамуса, лимбико-ретикулярном комплексе) на различных уровнях (центральном, периферическом);
• оптимизация церебральной и системной гемодинамики (снятие сосудистого спазма, улучшение венозного оттока, снижение внутричерепного давления, стимуляция ауторегуляторных механизмов) в зависимости от функционального состояния;
• ликвородинамические эффекты, изменение проницаемости ГЭБ;
• стимуляция антисистем (антиноцицептивной, антиневротической и др.);
• ослабление афферентного потока от ноцицепторов;
• симпатолитический и ваготонический эффекты;
• оптимизация психофизиологического статуса;
• стимуляция репаративных, регенераторных, компенсаторно-адаптационных, иммунных механизмов саногенеза за счет выработки продуктов стимуляции антисистем (серотонин, энкефалины, эндорфины);
• модуляция физиологической нейропластичности;
• психологический «плацебо» — эффект от проводимой процедуры.

В рамках концепции разработаны: способ краниоспинальной электромагнитотерапии (патент № 2264234 от 21.05.2005); способ лечения сосудистых головных болей (патент № 2233677 от 10.08.2004); способ лечения неврозов (патент № 2300397 от 27.07.2005); способ лечения острых посттравматических цефалгий (патент № 2317805 от 15.12.2005).

Концепция обобщает применение неинвазивных методик электромагнитной стимуляции в неврологии. Эффективность неинвазивной нейромодуляции обусловлена центральными, периферическими и комбинированными эффектами транскраниальной электростимуляции, микрополяризации, сегментарно-ганглионарной магнитотерпии, связана с нейромодуляцией ауторегуляторных систем, сегментарных
и надсегментарных вегетативных центров; подавлением генераторов патологически усиленного возбуждения (нейропатологических систем), активацией антисистем (противоболевой и антиневротической), оптимизацией церебральной нейро- и гемодинамики, уменьшением субъективной симптоматики и выраженности психовегетативных проявлений у больных с хронической цереброваскулярной недостаточностью, травматической болезнью мозга и болевыми синдромами.

Важной составляющей концепции является изучение модуляции нейропластичности. Нейропластичность представляет собой совокупность различных процессов ремоделирования синаптических связей, направленных на оптимизацию функционирования нейрональных сетей (спрутинг), и заключается в различных изменениях структурнофункциональной и метаболической организации нервной системы, обеспечивающих продолжение эффекта, а также модуляцию эффекта при повторных воздействиях.

Недостаточная эффективность существующих терапевтических подходов обуславливает поиск новых немедикаментозных способов модуляции нейропластичности. Реализуется концепция с помощью программ ЭВМ управления выходными параметрами электростимулятора транскраниального и аппаратов для низкочастотной электро-магнитотерапии (свидетельства о регистрации программ ЭВМ № 2005611926, 2003611167), а также новым классом ПК-совместимых устройств: электростимулятором транскраниальным (варианты), устройством для крепления электродов (патент РФ № 2297253 от 26.09.2003), устройством для реализации краниоспинальной электромагнитотерапии (патент РФ № 2264234 от 17.06.2004).

Нейромодуляторная концепция определила третий (наряду со стимуляцией/активацией и подавлением/супрессией) основополагающий модуляторный подход к терапии заболеваний и травм нервной системы и продолжает динамически развиваться наряду с появлением новых технологических решений. Появление передовых технологий, в частности, с использованием искусственного интеллекта (нейросетей), позволит решать многие научные проблемы.