Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе - Александр Иванович Волошин

Среди российских учёных пионером был А. Н. Бакулев – основатель института нейрохирургии, носящего его имя. В 1923 году он опубликовал статью о диагностике опухолей головного мозга с помощью вентрикулографии. Воздух (кислород, закись азота) вводился через просверленные заранее отверстия в боковые желудочки мозга. Перемещение газа осуществлялось изменением положения головы больного.

Помимо газового контрастирования были предложены методики с использованием высокоатомных соединений, масляных или водорастворимых йодсодержащих контрастных веществ (йодолипол, майодил).

Несмотря на некоторый прогресс в диагностике, методики контрастирования ликворных путей таили в себе определённые опасности. Их воздействие на чрезвычайно чувствительные ткани центральной нервной системы вызывали серьёзные осложнения, такие как головная боль, рвота, потеря сознания. Случались и более тяжёлые осложнения вплоть до летального исхода.

Следующим шагом в исследованиях головного мозга с использованием контрастных веществ стала ангиография – внутривенное введение контрастного вещества на основе йода. Впервые ангиографию сосудов головного мозга произвёл Эгаш в 1927 году, он использовал для этого 25% раствор йодистого натрия. В нашей стране первую ангиографию мозга выполнили Б. Г. Егоров и М. Б. Копылов в 1930 году

Совершенствование ангиографии шло по нескольким направлениям: поиску и применению малотоксичных контрастных веществ, способов их введения, а также методов анализа результатов для целей диагностики.

Сегодня благодаря внедрению неионных контрастных веществ, обладающих минимальными побочными эффектами, ангиография стала вполне безопасным методом исследования.

В настоящее время применение ангиографии сокращается, уступая более современным методам компьютерной и магнитно-резонансной диагностики.

Третий этап истории нейрорентгенологии начался в 1972 году, когда Годфри Хаунсфилд и Аллан Кормак предложили компьютерную томографию. За эту разработку оба были удостоены Нобелевской премии. Метод основан на измерении и последующем компьютерном анализе разности затухания рентгеновского излучения в различных по плотности тканях. Сегодня компьютерная томография стало основным методом исследования внутренних органов человека с применением рентгеновского излучения.

Эта технология даёт возможность получения изображений тонкого слоя исследуемой области, позволяя увидеть детали в пределах 1—2 мм. С помощью реконструкции изображение может быть представлено в 2 плоскостях. Можно воссоздать и объёмное изображение. Нередко изображение при компьютерной томографии называется виртуальным, поскольку создаётся не прямым взаимодействием рентгеновского луча с фотоплёнкой, а генерируется компьютером. Стало удобно хранить и передавать изображения на любые расстояния для их обработки и более тонкого анализа.

Эхоэнцефалоскопия и нейросонография

Эхоэнцефалоскопия – это ультразвуковой метод диагностики головного мозга, позволяющий оценить наличие патологии в нём. Открытие обычно связывают с именем шведского нейрохирурга Ларса Лекселла (1907—1986), который ввёл этот метод в клиническую практику в 1956 году.

По сути это УЗИ головного мозга. Метод основан на том же принципе, что и эхолокатор или современный парктроник автомобиля. Есть генератор и приёмник ультразвука. Ультразвук распространяется в теле человека, но встречая неоднородности тканей отражается в обратном направлении. На основании отражённых сигналов, с использованием компьютерных технологий строится изображение на экране монитора.

У метода есть одно серьёзное ограничение – ультразвук не может эффективно проникать сквозь костную ткань, в том числе кости черепа. Но он может использоваться для исследований головного мозга у младенцев через роднички (нейросонография) и швы черепа.

Магнитно-резонансная томография МРТ

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – метод визуализации внутренних органов человека, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Ткани человеческого тела содержат большое количество протонов – ядер атомов водорода: в составе воды, в каждой молекуле органического вещества – белках, жирах, углеводах, других молекулах… Протон же – это элементарная частица, обладающая собственным магнитным моментом в заданном однородном магнитном поле. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы случайным образом.

Если же поместить атомы водорода в сильное постоянное магнитное поле, магнитные моменты протонов ориентируется либо по направлению магнитного поля, либо в противоположном направлении.

Теперь воздействуя на эти протоны электромагнитным излучением резонансной частоты (к счастью, эта частота радиоволн, абсолютно безопасная для человека), мы заставляем часть протонов поменять свой магнитный момент на противоположный. А после снятия внешнего магнитного поля они возвращаются в исходное состояние, выделяя при этом квант энергии в виде электромагнитного излучения, которое и регистрируется томографом.

Эффект ЯМР можно получить не только на протонах, но и на любых изотопах, имеющих ненулевой спин (то есть вращающихся в определённом направлении), достаточно распространённых в природе. К таким изотопам можно отнести 2Н, 31Р, 23Na, 14N, 13C, 19F и некоторые другие.

История МРТ

В 1937 году Исидор Айзек Раби, профессор Колумбийского университета обнаружил явление поглощения электромагнитной энергии, ядрами атомов, помещённых в сильное магнитное поле. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году.

Чуть позже две группы физиков первая под руководством Феликса Блоха, вторая – Эдварда М. Парселла, зарегистрировали обратный эффект – излучение электромагнитной энергии после отключения сильного магнитного поля. За это оба в 1952 глду также удостоились Нобелевской премии по физике.

В 1949 году Норман Фостер Рамзей (Norman Foster Ramsey, 1915– 2011) сформулировал теорию химического сдвига, суть которой в том, что ядро любого атома может быть опознано по изменению резонансной частоты, а любую молекулярную систему может описать её спектр поглощения. Эта теория стала основой магнитно-резонансной спектроскопии. С 1950 по 1970 годы ЯМР использовался именно для молекулярного анализа в спектроскопии. Спустя сорок лет, в 1989 году Рамзей получил за свою теорию Нобелевскую премию по химии.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян открыл возможность применения ЯМР для обнаружения опухолей. В опытах над животными он показал, что сигнал магнитного резонанса протонов водорода в злокачественных тканях сильнее, чем от здоровых. Семь лет ушло у команды Дамадьяна ушло на разработку и создание первого магнитно-резонансного сканера для медицинских целей. В 1972 году химик Пол Кристиан Лотербур сформулировал принципы отображения ЯМР, предложив использовать переменные градиенты магнитного поля для получения двумерных изображений.

В 1975 году Ричард Эрнст (Ernst Richard, 1933) предложил использовать в МРТ фазовое и частотное кодирование и Фурье-преобразования. Методы, используемые в МРТ и в настоящее время. В 1991 году Ричард Эрнст удостоился Нобелевской премии по химии за вклад в развитие методологии спектроскопии ЯМР высокого разрешения.

В 1976 году Питер Мэнсфилд (Великобритания) предложил эхо-планарное отображение (EPI) – методику, основанную на сверхбыстром переключении градиентов магнитного поля. Благодаря которой время получения изображения сократилось с нескольких часов до нескольких десятков минут.

В 2003 году Питер Мэнсфилд и Поло Лотенбур разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за изобретение метода магнитно-резонансной томографии.

Типы МРТ

Трактография или диффузионно-тензорная МРТ – метод позволяет определять направление и тензор (силу диффузии) молекул воды в тканях: клетках, сосудах, нервных волокнах. Результатом сканирования является карта диффузии. Этот метод популярен в исследованиях ЦНС, он позволяет хорошо визуализовать нейронные связи между различными отделами головного мозга и оценить целостность проводящих путей мозга.

МР-ангиография. Метод визуализации кровеносных сосудов, базируется на отличии сигналов протонов в движущейся крови от сигналов протонов в неподвижных тканях.

Функциональная МРТ. Метод основан на регистрации кровообращения активно работающих участков мозга.

МР-спектроскопия. Метод позволяет проводить молекулярный анализ с целью выявления определённых метаболитов (лактата, креатинина, N-ацетиласпартата и многих других) в тканях, на основании чего делаются выводы о наличии заболеваний и их динамике.

Высокая разрешающая способность, безвредность и безопасность делают МРТ самым популярным и перспективным методом исследования в клинической практике, несмотря на относительную дороговизну.

Применение МРТ, а особенно функциональной МРТ (фМРТ) имеет огромные перспективы в нейронауках. С помощью фМРТ можно исследовать зависимость активности участков мозга от уровня насыщения его тканей кислородом. Снова можно строить карту мозга.

Последние три метода исследования головного и спинного мозга – рентген, компьютерная томография и МРТ дают колоссальные возможности в диагностике патологий и исследовании активности мозга, но ни на шаг не приближают нас к пониманию принципов возникновения, передачи