Применение транскраниальной магнитной стимуляции для оценки состояния моторной системы у больных
со стволовыми и парастволовыми
опухолями головного мозга

Гимранов Р.Ф., Курдюкова Е.Н.

Научно-исследовательский институт нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко, РАМН

Введение

С появлением неинвазивной и безболезненной методики транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) [5] стало возможным более полное исследование структурно-функциональной организации моторной системы (моторной коры и пирамидных путей) [6, 8, 9]. У больных с опухолями головного мозга имеются органические и функциональные нарушения со стороны различных функциональных систем, в том числе и моторной [1, 4]. Определение моторных порогов (МП) и регистрация вызванных моторных потенциалов (ВМП) при ТМС позволяет оценивать состояние корковых двигательных нейронов и пирамидных путей [2, 10, 12].

Основной задачей нашей работы было исследование возможности применение ТМС в условиях органических и функциональных нарушений в моторной системе у больных со стволовыми и парастволовыми опухолями до и после операции. А так же сравнение полученных данных с результатами исследований у здоровых испытуемых.

Материалы и методы

В работе использовали результаты исследований проведенных у 170 больных и 27 здоровых испытуемых. Распределялись больные по следующим нозологическим формам: с объемными процессами в области ствола мозга - 104 пациента, с опухолями мосто-мозжечкового угла - 66 пациентов. Здоровые испытуемые были в возрасте от 18 до 37 лет, средний возраст 27.5±8.3. Все испытуемые были ознакомлены с ходом исследований и дали письменное согласие на участие. У них определяли МП и регистрировали ВМП при ТМС.

Больные с объемными процессами в области ствола мозга были в возрасте от 4 до 57 лет, средний возраст 23.3±12.7. У 37 больных объемные процессы были выше моста, у 38 на уровне моста и у 29 ниже уровня моста. У 41 пациента преобладала симптоматика справа, а у 35 - слева. На МРТ и КТ изображениях у этих больных чаще всего так же отмечалось асимметричное расположение опухоли. Больные с опухолями мосто-мозжечкового угла были в возрасте от 19 до 61 лет, средний возраст 35.3±16.3. У 37 пациентов по данным МРТ и КТ опухоль локализовалась справа, а у 29 - слева. Всем больным была проведена операция по удалению опухоли.

До и после проведения операции (через 2-4 недели) у всех больных определяли МП и проводили регистрацию ВМП с мышц правой и левой кисти при ТМС правого и левого полушария. Для этого использовали магнитный стимулятор Cadwell "MES-10" (США), позволяющие индуцировать импульсное магнитное поле до 2 Тл (рис.1). Длительность импульсов при ТМС была 0.1 мс. ВМП с кистей рук регистрировали с m.abductor pollicis brevis. При стимуляции подбирали такое положение катушки магнитного стимулятора, при котором ВМП имели максимальную амплитуду, минимальную латентность и постоянную форму и конфигурацию.

Для определения МП при ТМС в начале выявляли оптимальную позицию и угол расположения катушки ("hot point") в расслабленном состоянии мышц, при котором полученные ВМП с противоположной от ТМС стороны обладали максимальными амплитудами и минимальными латентными периодами. Затем определяли значения моторных порогов при ТМС с помощью повышения или понижения индукции магнитного поля интенсивности с приростом или убыванием на 5%. МП был определен как минимальная интенсивность ТМС, при которой возникают отчетливые ответы, отделяющиеся от фоновой мышечной активности (с амплитудой не менее 0.5 мВ и не более 1 мВ) в 3-5 последовательных предъявления. Значения моторных порогов определенных у больных различных групп и здоровых испытуемых в данной работе выражались в процентах от максимальной индукции магнитного поля стимулятора.

После установления МП индукцию магнитного поля в стимуляторе увеличивали на 10-15%, чтобы возбудить максимальное количество нервных элементов с целью получения наиболее высоких по амплитуде ответов. Определение амплитуды и латентности ВМП, регистрируемых при магнитной стимуляции коры и спинномозговых корешков, проводилось аналогично методу стимуляционной миографии (латентность - время от подачи импульса до появлении ответа, амплитуда - величина ответа от пика до пика ВМП).

Центральное время моторного проведения (ЦВМП) представляет собой суммарное время, которое складывается из времени распространения импульса по кортикоспинальным моторным волокнам (пирамидному тракту) и времени проведения по проксимальной части двигательных спинномозговых корешков до места их выхода в области межпозвоночных отверстий на шейном или поясничном уровне. Для определения ЦВМП проводили вначале проводили ТМС коры, а затем магнитную стимуляцию спинномозговых корешков на уровне сегмента С57 спинного мозга, иннервирующего мышцы кисти. Определяли ЦВМП как разность латентностей времени общего проведения и времени периферического проведения (рис.2).

Регистрацию и анализ ВМП при магнитной стимуляции производили на 8-канальном нейроусреднителе фирмы Nicolet "Viking-IVP" (рис.3). При регистрации ВМП частотная полоса усилителя была 30-3000 Гц, выполняли 4 серии усреднений, анализировали эпоху 150 мс. Импеданс электродов был менее 5 кОм.

Непараметрический и параметрический статистический анализ проводили с использованием программы Statistica (t-критерий Стьюдента и F-критерий Фишера). Если значение р было меньше, чем 0.05, то это считалось значимым показателем.

Результаты

Для определения изменений в моторной системе у больных с опухолями головного мозга проводили сравнения значений МП и амплитудно-временных значений ВМП при ТМС с аналогичными показателями, полученными при ТМС у здоровых испытуемых. При определении МП у здоровых испытуемых отмечалась асимметрия их значений. Среднестатистические значения моторных порогов при ТМС левого полушария были ниже, чем при стимуляции правого полушария. Все здоровые испытуемые были праворукими и поэтому данная закономерность лишь отражала функциональную асимметрию головного мозга человека.

У всех здоровых испытуемых при ТМС правого и левого полушария были получены ВМП соответственно с мышц левой и правой кисти. Амплитудно-временные характеристики у различных испытуемых друг от друга существенно не отличались. Средние значения амплитуды ВМП при ТМС левого и правого полушарий статистически достоверно не отличались. Средние значения латентности ВМП и ЦВМП при ТМС левого и правого полушарий так же статистически достоверно не отличались (таблица 1).

Таблица 1

Среднестатистические значения моторных порогов, амплитуды, латентности и центрального времени проведения ВМП при ТМС у здоровых испытуемых (M±m)

Показатели

Стимуляция справа

Стимуляция слева

   Моторный порог

62.4±3.9 % (от 2 Тл)

59.8±4.4 % (от 2 Тл)

   ВМП амплитуда

2.7±1.3 мВ

2.8±1.3 мВ

   ВМП латентность

21.2±1.5 мс

21.2±1.4 мс

   ЦВМП

7.7±0.4 мс

7.6±0.4 мс

У всех больных с опухолями головного мозга удалось определить МП. У этих больных МП были статистически достоверно увеличены с обеих сторон, по сравнению этих значений с показателями у здоровых испытуемых. При ТМС левого полушария эти показатели были ниже, чем при ТМС правого полушария. Эти различия так же носили статистически достоверные характер (таблица 2).

Таблица 2

Среднестатистические значения моторных порогов (% от 2 Тл) при ТМС у больных с опухолями
головного мозга (M±m)

Больные с опухолями

Стимуляция справа

Стимуляция слева

   Ствола мозга

80.5±8.1 %

75.0±7.4 %

   Мосто-мозжечкового угла

77.8±7.3 %

71.3±6.6 %

При обследовании больных с опухолями ствола мозга до проведения операции ВМП с мышц левой и правой кисти при ТМС правого и левого полушария получили у всех. При сравнении средних значений амплитуды ВМП у этих больных отмечалось снижение ее по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых, но различия были статистически недостоверными. Средние значения латентности ВМП и ЦВМП были увеличены по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых, и эти различия были статистически достоверны.

При сравнении средних значений амплитуды ВМП у больных с опухолями ствола мозга до и после проведения операции статистически достоверных различий выявлено не было, хотя отмечалась тенденция к некоторому ее увеличению. После проведенной операции отмечалось статистически достоверное снижение латентности ВМП. Так же отмечалось достоверное уменьшение средних значений ЦВМП по пирамидному тракту у больных после проведения операции (таблица 3).

Таблица 3

Среднестатистические амплитудно-временные значения ВМП у больных с опухолями ствола мозга
до и после операции (M±m)

Показатели

Стимуляция справа

Стимуляция слева

   ВМП амплитуда до операции

1.4±0.8 мВ

1.3±0.8 мВ

   ВМП латентность до операции

26.5±4.7 мс

27.1±5.1 мс

   ЦВМП до операции

9.8±2.1 мс

9.9±1.9 мс

   ВМП амплитуда после операции

1.5±0.8 мВ

1.6±0.9 мВ

   ВМП латентность после операции

22.8±2.5 мс

21.9±2.9 мс

   ЦВМП после операции

8.6±1.8 мс

8.4±2.2 мс

У 76 из 104 больных с опухолями ствола мозга отмечалось преобладание симптоматики справа (41) или слева (35). На МРТ и КТ изображениях у этих больных чаще всего отмечалось так же асимметричное расположение опухоли. При анализе амплитудно-временных характеристик ВМП при ТМС отдельно у больных с опухолями ствола мозга с преобладанием правосторонней и левосторонней симптоматики отмечалась асимметрия ответов. При сравнении средних значений амплитуды ВМП у больных до операции и здоровых испытуемых отмечалось достоверное снижение ее на стороне локализации опухоли, в то время как на противоположной стороне различий выявлено не было. Средние значения латентности ВМП у больных с опухолями ствола мозга с правосторонней и левосторонней локализацией до операции на стороне поражения были достоверно увеличены по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых. После операции отмечалось снижение значений латентности ВМП на стороне поражения. Так же отмечалось достоверное увеличение средних значений ЦВМП у больных на стороне локализации опухоли по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых. После операции отмечалось статистически достоверное снижение их средних значений. На здоровой стороне существенных различий значений ЦВМП до и после операции выявлено не было (таблица 4).

Таблица 4

Среднестатистические амплитудно-временные значения ВМП у больных с правосторонней и левосторонней локализацией опухолей ствола мозга до и после операции (M±m)

Показатели

Опухоли ствола мозга справа

Опухоли ствола мозга слева

¯

Ст.справа

Ст. слева

Ст.справа

Ст. слева

   ВМП амплитуда до операции

1.7±0.7 мВ

2.1±1.3 мВ

2.2±1.1 мВ

1.8±0.6 мВ

   ВМП латентность до операции

27.6±3.8 мс

25.4±2.9 мс

25.7±2.7 мс

28.1±3.9 мс

   ЦВМП до операции

10.3±2.2 мс

8.9±1.3 мс

9.1±2.1 мс

10.1±2.1 мс

   ВМП амплитуда после операции

1.9±1.0 мВ

2.2±1.1 мВ

2.3±1.2 мВ

2.0±0.9 мВ

   ВМП латентность после операции

23.1±3.2 мс

22.3±2.9 мс

22.1±2.7 мс

22.9±3.1 мс

   ЦВМП после операции

8.9±1.4 мс

7.9±0.9 мс

7.8±1.2 мс

8.7±1.3 мс

У всех больных с опухолями мосто-мозжечкового угла удалось получить ВМП. При сравнении средних значений амплитуды ВМП у этих больных и здоровых испытуемых значимых различий выявлено не было, хотя и отмечалась тенденция к ее снижению.

Средние значения латентности ВМП у больных были увеличены по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых, но различия были не достоверны. Однако отмечалось достоверное увеличение среднестатистических значений ЦВМП у больных при ТМС как правого, так и левого полушария, по сравнению со здоровыми испытуемыми. При сравнении средних значений амплитуды ВМП у больных с опухолями мосто-мозжечкового угла до и после проведения операции значимых различий выявлено не было. У этих больных отмечалось достоверное снижение средних значений латентности ВМП. Так же отмечалось достоверное снижение ЦВМП после операции (таблица 5).

Таблица 5

Среднестатистические амплитудно-временные значения ВМП у больных с опухолями
мосто-мозжечкового угла до и после операции (M±m)

Параметры

Стимуляция справа

Стимуляция слева

   ВМП амплитуда до операции

2.2±1.1 мВ

2.1±1.1 мВ

   ВМП латентность до операции

23.2±3,3 мс

23.4±3.2 мс

   ЦВМП до операции

8.0±1.2 мс

7.9±1.2 мс

   ВМП амплитуда после операции

2.1±0.9 мВ

2.1±1.1 мВ

   ВМП латентность после операции

22.6±3.4 мс

22.3±2.9 мс

   ЦВМП после операции

7.5±1.2 мс

7.4±1.1 мс

Опухоли мосто-мозжечкового угла имеют отчетливо выраженное смещение и сдавление ствола в задней черепной ямке либо S-образное его искривление и перекручивание; резко атрофируется и истончается варолиев мост и продолговатый мозг, особенно на стороне опухоли (рис.4). Нередко изменения в полушариях головного мозга бывают также асимметричными, больше выраженными на стороне опухоли.

При анализе амплитудно-временных характеристик ВМП отдельно у больных с опухолями мосто-мозжечкового угла с расположением справа и слева отмечалось влияние локализации опухоли на эти показатели. При сравнении средних значений амплитуды ВМП у этих больных до операции и здоровых испытуемых отмечалось достоверное снижение ее на стороне локализации опухоли, в то время как на противоположной стороне различий выявлено не было. Средние значения латентности ВМП у больных до операции на стороне поражения были достоверно увеличены по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых. После операции отмечалось увеличение амплитуды и снижение латентности ВМП на стороне поражения (рис.5). Так же отмечалось достоверное увеличение средних значений ЦВМП у больных на стороне поражения по сравнению с аналогичными значениями у здоровых испытуемых, после операции отмечалось их снижение. На здоровой стороне существенных различий значений центрального времени проведения до и после операции выявлено не было (таблица 6).

Таблица 6

Среднестатистические амплитудно-временные значения ВМП у больных с опухолями правого и левого
мосто-мозжечкового угла до и после операции (M±m)

Показатели

Невринома правого VIII нерва

Невринома левого VIII нерва

¯

Ст.справа

Ст. слева

Ст.справа

Ст. слева

   ВМП амплитуда до операции

1.5±0.5 мВ

2.3±1.1 мВ

2.4±1.2 мВ

1.5±0.7 мВ

   ВМП латентность до операции

23.6±3.4 мс

22.2±2.2 мс

22.7±2.8 мс

24.1±3.7 мс

   ЦВМП до операции

8.3±0.9 мс

7.8±1.3 мс

7.9±1.2 мс

8.1±1.3 мс

   ВМП амплитуда после операции

2.2±1.1 мВ

2.2±1.0 мВ

2.3±1.1 мВ

2.2±0.9 мВ

   ВМП латентность после операции

22.6±2.6 мс

22.2±2.6 мс

22.0±2.5 мс

22.8±3.3 мс

   ЦВМП после операции

7.9±1.2 мс

7.6±0.9 мс

7.6±1.2 мс

7.7±0.9 мс

Обсуждение

В ранее проведенных исследованиях у 30 правшей и 30 левшей в возрасте от 21 до 57 лет было показано, что моторный порог при ТМС для двуглавой мышцы и сгибателя большого пальца кисти был ниже при стимуляции доминирующего полушария [16]. Полученные в нашей работе данные, свидетельствующие о более низком МП вызывающем ВМП при ТМС доминантного полушария у здоровых испытуемых, согласуются с этими и другими литературными данными [11]. Вероятнее всего эти различия носят функциональный характер, на что указывает стирание этой асимметрии при уменьшении функциональной нагрузки на доминирующую руку с возрастом [10]. Увеличение значений МП у больных с опухолями ствола мозга может быть в результате как первичной дисфункции кортикоспинальных путей, так и вторичной дисфункции моторной коры.

Показано, что у больных в результате различных патологических процессов затрагивающие моторную систему происходят изменения МП и ВМП при ТМС [3, 12, 13, 14, 17]. Использование ТМС в диагностических целях у больных с опухолями головного мозга требует соблюдения особых мер безопасности (постепенное увеличение индукции моторного поля и более длинные перерывы между стимуляциями) и с учетом "шкалы безопасности" [3].

При регистрации ВМП во время проведения ТМС у больных с опухолями мосто-мозжечкового угла и ствола мозга было отмечено, что на временные и амплитудные характеристики ответов влияла локализация опухоли, ее размеры и, соответственно, степень ее давления на эфферентные проводящие пути ствола мозга. Более выраженные изменения амплитудно-временных характеристик ВМП при ТМС отмечались у больных с опухолями ствола мозга, что вероятно связано с тем, что при парастволовых опухолях имелось больше времени для активации компенсаторных процессов. У этих двух групп больных отмечалось достоверное увеличение среднестатистических значений центрального времени проведения и снижение амплитуды ВМП при ТМС по сравнению с аналогичными данными, полученными у здоровых испытуемых. Изменение амплитудно-временных характеристик ВМП при различных заболеваниях ЦНС - наиболее часто встречающийся электрофизиологический феномен [15, 18], и полученные нами данные подтверждают это.

После проведения оперативного вмешательства и удаления опухоли у этих больных отмечалось уменьшение степени компрессии на ствол мозга, которая функционально проявлялась изменением амплитудно-временных характеристик ВМП (амплитуда увеличивалась, латентное время уменьшалось). Уменьшение латентного времени и ЦВМП после операции свидетельствует именно об улучшении проведения по пирамидному тракту.

Если изменения временных характеристик ВМП при ТМС можно трактовать как первичные, то изменения МП и амплитуды ВМП у больных со стволовыми и парастволовыми опухолями вероятнее всего носят вторичный характер. Ранее в литературе показана высокая степень пластичности моторной коры при различных вариантах нарушения проведения нервных импульсов [3, 7, 8]. Таким образом, после операции проведение нервных импульсов (афферентных и эфферентных) по проводящим путям в стволе мозга улучшилось, и амплитуда ВМП при ТМС увеличилась, вероятнее всего именно за счет пластических перестроек происходящих в моторной системе.

Дальнейшие исследования, направленные на изучение организации моторной системы с использованием ТМС, позволят уточнить механизмы ведущие к дисфункции в ней, а так же механизмы, которые способны приводить к функциональному восстановлению этих структур после удаления у больных опухолей головного мозга различной локализации.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Гимранов Р.Ф. Магнитная стимуляция в диагностике поражений нервной системы // Нейрофизиологические исследования в клинике - Москва: Антидор, 2001 - С.163 -179.
  2. Гимранов Р.Ф. Исследование порогов вызванных моторных ответов при транскраниальной магнитной стимуляции у здоровых испытуемых и больных с опухолями головного мозга. // Ж. Физиология человека. - 2002.- Т.28, №4 - С. 38-41.
  3. Гимранов Р.Ф. Транскраниальная магнитная стимуляция. - Москва: Аллана, 2002. - 164 с.
  4. Самойлов В.И. Диагностика опухолей головного мозга. М.: Медицина, 1985. - 304 с.
  5. Barker A.T., Jalinous R. And Freeston I.L. Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. // Lancet. - 1985.- V.1. - P.1106-1107.
  6. Di Lazzaro V., Oliviero A., Berardelli A., Mazzone P., Insola A., Pilato F. Direct demonstration of the effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on the excitability of the human motor cortex // Exp.Brain Res.- 2002. - V.144. - P. 549-553.
  7. Fraser C., Power M., Hamdy S., Rothwell J., Hobday D., Hollander I., Tyrell P., Hobson A., Williams S., Thompson D. Driving plasticity in human adult motor cortex is associated with improved motor function after brain injury // Neuron. - 2002. - V. 34 - P. 831-840.
  8. Hess C.W., Mills K.R., Murray N.M.F. Measurement of central motor conduction in multiple sclerosis by magnetic brain stimulation // Lancet. - 1986. - V.2 - P. 335-358.
  9. Ingram D.A., Swash M. Central motor conduction is abnormal in motor neuron disease // J.Neurol.Psychiatr. - 1987. - V. 50 - P.159-166.
  10. Matsunga K., Uozumi T., Tsuji S., Murai Y. Age-dependent changes in physiological threshold asymmetries for the motor evoked potential and silent period following transcranial magnetic stimulation // EEG and clinical Neurophysiology. -1998. - V.109 .- P. 502-507.
  11. Macdonell R.A.L., Shapiro B.E., Chiappa K.N., Helmers S.L., Cros D., Day B.J., Shahani B.t. Hemispheric threshold differences for motor evoked potentials produced by magnetic coil stimulation. // Neurology. - 1991. - V. 41. - P. 1441-1444.
  12. Roricht S., Meyer B.U. Residual function in motor cortex contralateral to amputated hand // Neurology. - 2000. - V. 54. - P. 984-987.
  13. Reutens D.C., Berkovic S.F. Increased cortical excitability in generalized epilepsy demonstrated with transcranial magnetic stimulation // Lancet. - 1992. - V. 339. - P. 362-363.
  14. Reutens D.C., Puce A., Berkovic S.F. Cortical hyperexcitability in progressive myoclonus epilepsy: a study with transcranial magnetic stimulation // Neurology. - 1993. - V. 43. - P. 186-192.
  15. T2 Tang S.F., Ren Z.Y. Magnetic transcranial motor and somatosensory evoced potentials in cervical spondilitic myelopathy // Clin.Med .J. - 1991. - V. 104. - P. 409-415.
  16. Triggs W.J., Calvamo R., Macdonell R.A.L., Cros D., Chiapa K.H. Physiological motor asymmetry in human handedness evidence from transcranial magnetic stimulation // Brain Res. - 1994. - V. 636. - P. 270-276.
  17. Vitek J.L. Pathophysiology of dystonia: a neuronal model // Mov. Disord. - 2002 .- V. 3. - P. 49-62.
  18. Ying Z., Schmid U.D., Schmid J., Hess C.W. Motor and somatosensory evoked potentials in coma: Analysis and relation in clinical status and outcome // J.Neurol., Neurosurg. and Psychiat. - 1992. - V.55. - P. 470-474.