Лаборатория

Медицинской

Биофизики

Нейрофизиологические паттерны

превентивной медицины

• По данным ВОЗ стремительные темпы роста количества заболеваний ишемическим

инсультом в России и во всем мире позволяют говорить о пандемии инсульта.

• Цереброваскулярные заболевания являются многофакторным процессом, в его

формировании принимают участие физико-химические, молекулярные,

биохимические, иммунные, эндокринные, энергетические механизмы.

• Многоступенчатые механизмы гомеостаза обеспечивают сопряженность

кровоснабжения мозга с его энергетическим метаболизмом и функциональной

активностью.

• Донозологическая, доклиническая оценка энергетического метаболизма мозга

соответствует критерию превентивной медицины: определение первичных

патологических симптомов и своевременная персонифицированная их коррекция.

• Для этой цели необходима разработка биомаркеров донозологических

неврологических симптомов.

Уровень постоянного потенциала головного мозга является таким биомаркером.

Оценка энергетического метаболизма

мозга базируется на анализе

мозгового кровотока, проницаемости

гематоэнцефалического барьера, а

также метаболизма глюкозы и

кислорода.

Нейрофизиологическим показателем

церебрального энергетического

метаболизма является уровень

постоянного потенциала головного

мозга (УПП, мВ)

Физико-химические механизмы и концептуальные принципы неинвазивной

оценки церебрального энергообмена

В генерации этих потенциалов основную роль играет закисление экстраклеточного

матрикса, возникающее при накоплении лактата. Согласно схеме метаболической

кооперации между астроцитарной глией и нейронами, в глие происходит гликолиз,

сопровождающийся высвобождением в экстраклеточный матрикс лактата, который

используется нейронами для их энергетического обеспечения на основе

окислительного фосфорилирования

Magistretti P. J. Neuron–glia metabolic coupling and plasticity. Journal of Experimental Biology, 2006, 209, 2304-2311

Энергетический обмен является одним из ведущих факторов, определяющих деятельность головного

мозгаИзмерение УПП проводится с помощью

аппаратно-программного диагностического

комплекса «Нейроэнергокартограф» - НЭК - c

входным сопротивлением 1014 Ом, в котором

используются методы анализа и

топографического картирования УПП, что

позволяет производить оценку суммарных

энергозатрат головного мозга и его отдельных

областей. Метод позволяет осуществлять

нейровизуализацию биохимических процессов.

Для регистрации УПП используются неполяризуемые хлорсеребряные электроды с

сопротивлением 30 кОм. Регистрация УПП производится неинвазивно,

непосредственно от кожи головы в пяти точках: лобной (F), центральной (С),

затылочной (О), правой (Тd) и левой (Тs) височных.

Высокие значения УПП по сравнению с более низкими связаны с большим закислением

мозга в оттекающей от него крови. Ацидотический сдвиг рН является одним из важных

факторов усиления локального мозгового кровотока. Поэтому в норме рост УПП

сопровождается повышением локального мозгового кровотока и потребления глюкозы:

высокие значения УПП отражают усиление энергетического метаболизма, а низкие значения

УПП свидетельствуют о его снижении. Каждый электрод регистрирует потенциалы

сферического сегмента головы диаметром 5 см .

В.Фокин, Н.Пономарева Энергетическая физиология мозга. М. Антидор. 2003. 287 стр.

Регистрация доклинических изменений церебрального энергообмена

Применение этого метода в клинике позволяет проводить мониторинг состояния

больных с целью оптимизации лечебного воздействия

Кратковременное изменение церебрального энергообмена при функциональных пробах.

Задержка дыхания (модель кислородной

недостаточности)

Гипервентиляция (модель физического

стресса).

Эндогенные факторы ишемического

инсульта

• По данным ВОЗ стремительные темпы роста количества заболеваний

ишемическим инсультом в России и во всем мире позволяют говорить о

пандемии инсульта. Цереброваскулярные заболевания являются

многофакторным процессом, в формировании которого принимают участие

физико-химические, молекулярные, биохимические, иммунные, эндокринные,

энергетические механизмы. Особое значение приобретают вопросы,

связанные с многоступенчатыми механизмами гомеостаза, обеспечивающими

сопряженность кровоснабжения мозга с его энергетическим метаболизмом и

функциональной активностью.

• Концепция сопряженности лежит в основе анализа механизмов

формирования нарушения мозгового кровоснабжения, возникновения

факторов-предвестников риска, сигнализирующих об этапе предболезни с

нарастанием очага точечной патологии в ткани мозга, приводящей при

углублении процесса к ишемическому инсульту.

• От момента появления признаков нарушения мозгового кровообращения ипроцессов точечного накопления патологии до манифестации сосудистойкатастрофы и постановки диагноза «острый инсульт» проходит достаточноеколичество времени – от нескольких часов до нескольких лет. Предметомнашего исследования являются не только клинические случаи инфарктамозга, но, в первую очередь, самые ранние предвестники острого состояния:факторы-предвестники, формирующие предболезнь.

Ишемия головного мозга: зоны ишемии

Сохранность мозговой ткани при

ишемическом инсульте является

основным критерием успеха при

реабилитационных процедурах. В

то же время надежный

превентивный контроль

функционального состояния

мозга может оказаться

перспективным для оценки

нарастающей неоптимальности

ЦНС и обеспечит возможность

своевременного, задолго до

клинических проявлений,

устранения причин

развивающейся ишемии.

Весь биохимический комплекс изменений, происходящий в ишемизированной ткани мозга,

неизменно приводит к угнетению его энергетического метаболизма. Энергетический дефицит

является главенствующим механизмом гибели нейронов в области центрального инфаркта:

лактатацидоз и энергетический дефицит являются триггерами каскада патобиохимических реакций,

протекающих во всех основных клеточных пулах мозга и приводящих к формированию инфаркта

мозга по двум основным механизмам – некроза и апоптоза.

Этапы ишемического каскада

• Cнижение мозгового кровотока.

• Глутаматная эксайтотоксичность (возбуждающие медиаторы глутамат и аспартатобладают цитотоксическим действием).

• Внутриклеточное накопление кальция.

• Активация внутриклеточных ферментов.

• Повышение синтеза NO и развитие оксидантного стресса.

• Экспрессия генов раннего реагирования.

• Отдаленные последствия ишемии (реакция местного воспаления,микроваскулярные нарушения, повреждение гематоэнцефалического барьера).

• Апоптоз — генетически запрограммированная клеточная гибель.

В Европейской неврологической ассоциации World Stroke Organization при оказаниинейротерапевтических воздействий в качестве основной принята концепция «время –мозг». В связи с этой концепцией особенно актуальным является своевременное,экстренное выявление только лишь намечающейся неоптимальности в состояниимозговой ткани. Метод измерения УПП показывает степень повреждения нервнойткани уже на ранних стадиях ишемии и может служить маркером сохранности тканеймозга.

Уровень постоянного потенциала мозга на

последовательных этапах ишемического каскада

Ослабление проявлений гипометаболизма в правой

гемисфере.

Своевременное выявление начальных признаков расстройств церебральнойгемодинамики с последующим проведением нейропротекторной терапии на раннихстадиях ишемии, оценка церебрального энергетического метаболизма и сохранностимозговой ткани является основанием для успешности терапевтических процедур.

Нормальное

распределение УПП

Уровень постоянного потенциала мозга на

последовательных этапах ишемического каскада

Ишемия правой гемисферы,

реперфузия, лактоацидоз/апоптоз.

Нормальное

распределение УПП

Снижение церебрального энергообмена при остром

нарушении мозгового кровообращения в левой гемисфере

Правосторонний парез. Афазия.

Лактатацидоз в левой гемисфере.

Нормальное

распределение УПП

Острое нарушение мозгового

кровообращения в левой гемисфере

Контрлатеральный очаг Ипсилатеральный очаг

Зеркальный очаг свидетельствует о восстановлении мозговой

деятельности, являясь маркером компенсаторных процессов

Весь биохимический комплекс изменений, происходящий в

ишемизированной ткани мозга, неизменно приводит к угнетению

его энергетического метаболизма

• Метод регистрации уровня постоянного потенциала является методом

биохимической нейровизуализации и оценки церебрального энергетического

метаболизма.

• Метод является нейрофизиологическим аналогом ПЭТ: Уровень постоянного

потенциала, как и ПЭТ, показывает состояние метаболизма глюкозы мозгом, т.е.

состояние энергетической активности мозга.

Но если ПЭТ показывает состояние основного вида энергообмена – аэробного

катаболизма глюкозы, то уровень постоянного потенциала отражает состояние

его резервного звена – анаэробного гликолиза, катаболизма кетоновых тел,

аминокислот.

• Уровень постоянного потенциала является репрезентативным маркером

сохранности мозговой ткани.

БЛАГОДАРИМ

ЗА ВНИМАНИЕ