RU2199270C2

RU2199270C2 - Method for predicting functional state of cerebral cortex motoneurons

Info

Publication number: RU2199270C2
Application number: RU2000108319/14A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Смирнова; В.П. Куликов; К.В. Смирнов
Original assignee: Алтайский государственный медицинский университет
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: medicine, neurology. SUBSTANCE: method deals with transcranial magnetic stimulation in projection of cerebral cortex motor area. One should register the induced motor response from short finger flexor's muscle. Irritability threshold of cerebral cortex motoneurons (ITMN) is studied. At ITMN values ranged 1.20-1.30 T one should diagnose the degree I of cerebral cortex irritability decrease, in case of 1.31-1.43 T - the degree II, at 1.44-1.68 T - the degree III and in case of 1.69 up to 2.0 T one should conclude on the degree IV. It is, also, possible to register induced motor response from great toe flexor's muscle. In this case, at ITMN values within 1.30- 1.47 T one should diagnose the degree I, at 1.48-1.59 T - the degree II, at 1.60-1.81 T - the degree III and in case of 1.82 up to 2.0 T - the degree IV of cerebral cortex irritability decrease is concluded on. The method enables to perform dynamic control for the results of therapy conducted. EFFECT: higher efficiency of diagnostics. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано с целью количественной оценки функционального состояния мотонейронов коры головного мозга, а именно их возбудимости при различных поражениях центральной нервной системы, в частности при ишемических поражениях в бассейнах переднемозговой и среднемозговой артерий. The invention relates to medicine, namely to neurology, and can be used to quantify the functional state of motor neurons of the cerebral cortex, namely their excitability in various lesions of the central nervous system, in particular with ischemic lesions in the basins of the cerebral and midbrain arteries.

Важнейшей интегративной характеристикой функционального состояния мотонейрона является его возбудимость. Объективная характеристика возбудимости мотонейронов коры головного мозга актуальна для нейрофизиологии, неврологии, нейрохирургии. Однако методов оценки возбудимости мотонейронов, удовлетворяющих требованиям указанных разделов медицины, в настоящее время не существует. The most important integrative characteristic of the functional state of a motor neuron is its excitability. An objective characteristic of the excitability of motor neurons in the cerebral cortex is relevant for neurophysiology, neurology, and neurosurgery. However, methods for assessing the excitability of motor neurons that satisfy the requirements of these sections of medicine do not currently exist.

Известен способ оценки возбудимости нейронов коры головного мозга в эксперименте у животных, в частности оценка возбудимости нейронов, основанный на регистрации вызванных ответов при помощи вживленных в кору головного мозга электродов в ответ на электрическую стимуляцию периферического нерва (Крыжановский Г.Н. Общая патофизиология нервной системы. М.: Медицина, 1997, c. 31-33). Недостатком этого способа диагностики является невозможность его применения у людей. A known method for assessing the excitability of neurons of the cerebral cortex in an experiment in animals, in particular, evaluating the excitability of neurons based on recording evoked responses using electrodes implanted in the cerebral cortex in response to electrical stimulation of the peripheral nerve (Kryzhanovsky G.N. General pathophysiology of the nervous system. M .: Medicine, 1997, p. 31-33). The disadvantage of this diagnostic method is the impossibility of its use in humans.

Наиболее близким по достигаемому результату (прототипом) является способ оценки функционального состояния мотонейронов спинного мозга, осуществляемый путем регистрации F-волны и Н-рефлекса при электрической стимуляции периферических нервов, при котором регистрация Н-рефлекса в ответ на стимуляцию в дистальной точке свидетельствует о повышении возбудимости сегментарных мотонейронов, а отсутствие F-волны при удовлетворительных характеристиках М-ответа свидетельствует о снижении антидромной возбудимости сегментарных мотонейронов. Однако этот способ не приемлем для оценки возбудимости мотонейронов коры головного мозга (Бадалян Л.О., Скворцов И.А. Клиническая электронейромиография. М.: Медицина, 1986, c. 56-69). The closest to the achieved result (prototype) is a method for assessing the functional state of spinal cord motor neurons, carried out by recording the F-wave and the H-reflex during electrical stimulation of peripheral nerves, in which the registration of the H-reflex in response to stimulation at the distal point indicates an increase in excitability segmental motoneurons, and the absence of the F-wave with satisfactory characteristics of the M-response indicates a decrease in the antidromic excitability of segmental motor neurons. However, this method is not acceptable for assessing the excitability of motor neurons in the cerebral cortex (Badalyan L.O., Skvortsov I.A. Clinical electroneuromyography. M: Medicine, 1986, p. 56-69).

С целью количественной оценки функционального состояния мотонейронов коры головного мозга исследуют порог их возбудимости при проведении транскраниальной магнитной стимуляции. In order to quantify the functional state of cerebral cortical motor neurons, the threshold of their excitability is examined during transcranial magnetic stimulation.

Результатом изобретения является установление нарушения возбудимости мотонейронов коры головного мозга при различных заболеваниях центральной нервной системы, возможности установления динамического контроля за результатами лечения и прогноза заболевания. The result of the invention is the establishment of violations of the excitability of motor neurons of the cerebral cortex in various diseases of the central nervous system, the possibility of establishing dynamic control over the results of treatment and prognosis of the disease.

Положительный результат изобретения достигается тем, что с целью количественной оценки возбудимости мотонейронов коры головного мозга при помощи транскраниальной магнитной стимуляции проводится оценка порога возбудимости мотонейронов коры головного мозга, измеряемого в теслах (Т). A positive result of the invention is achieved in that in order to quantify the excitability of cerebral cortical motoneurons using transcranial magnetic stimulation, an assessment of the excitability threshold of cerebral cortex is measured in tesla (T).

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Магнитную стимуляцию осуществляют при помощи магнитного стимулятора типа MAGSTIM 200 фирмы Magstim (Англия), который представляет собой прибор, стимулирующий нервную ткань в комплексе с электромиографом типа "SAPPHIRE 2M" фирмы Medelec (Англия), либо другими аналогичными приборами. Для этого синхронизируют электромиограф и магнитный стимулятор таким образом, чтобы импульс от магнитного стимулятора был совмещен во времени с началом развертки электромиографа. Для магнитного поля используемой нами магнитной катушки 90 мм имели место следующие характеристики: максимальная выходная мощность на поверхности катушки максимально 2,0 Т; импульсные характеристики: время нарастания 100 мкс, длительность - 1 мс. Во время исследования больной должен находиться в спокойном бодрствующем состоянии в положении сидя. Магнитную стимуляцию осуществляют транскраниально непосредственно в проекции моторной зоны коры головного мозга по линии, соединяющей слуховые проходы, и одновременно регистрируют вызванный моторный ответ. Магнитный стимул возбуждает непосредственно мотонейроны коры головного мозга. Для регистрации вызванного моторного ответа используются стандартные чашечковые электроды площадью 1,0 см². Фиксацию электродов производят лейкопластырем после обезжиривания кожи 70% спиртом. Для улучшения контакта с кожей и уменьшения сопротивления чашечку электрода заполняют специальной электропроводной пастой. Активный электрод располагают в области двигательной точки мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) и мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis), референтный электрод помещают возможно дистальнее на сухожилии вышеуказанных мышц, симметрично с двух сторон. Уровень мощности выходного сигнала визуализируется на дисплее магнитного стимулятора в процентах (%) от максимально возможной. После включения прибора в сеть дисплей показывает 30% от выходной мощности, что составляет 0,6 Т. Регулятор магнитного стимулятора используется для изменения выходной мощности, до получения ответа. Исследование начинают при минимальной интенсивности поля, постепенно увеличивая ее до появления вызванного моторного ответа. Полученный результат оценивали в теслах и принимали за порог возбудимости мотонейронов (ПВМН) коры головного мозга. У неврологически здоровых детей ПВМН коры головного мозга составил 0,92±0,02 Т (n= 25) при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) и 1,10±0,03 Т (n=25) при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis). У неврологически здоровых взрослых ПВМН коры головного мозга составил 1,06±0,04 Т (n=25) при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) и 1,20±0,03 Т (n=25) при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis).Magnetic stimulation is carried out using a magnetic stimulator type MAGSTIM 200 from Magstim (England), which is a device that stimulates neural tissue in combination with an electromyograph such as "SAPPHIRE 2M" from Medelec (England), or other similar devices. For this, the electromyograph and the magnetic stimulator are synchronized so that the impulse from the magnetic stimulator is aligned in time with the start of the sweep of the electromyograph. For the magnetic field of the 90 mm magnetic coil used by us, the following characteristics took place: maximum output power on the surface of the coil of a maximum of 2.0 T; impulse characteristics: rise time 100 μs, duration - 1 ms. During the study, the patient should be in a calm awake state in a sitting position. Magnetic stimulation is carried out transcranially directly in the projection of the motor zone of the cerebral cortex along the line connecting the auditory canals, and at the same time, the evoked motor response is recorded. A magnetic stimulus directly excites motor neurons of the cerebral cortex. To record an evoked motor response, standard cup electrodes with an area of 1.0 cm ^{2 are used} . The electrodes are fixed with adhesive tape after degreasing the skin with 70% alcohol. To improve contact with the skin and reduce resistance, the electrode cup is filled with a special conductive paste. The active electrode is located in the area of the motor point of the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis) and the muscles of the short flexor of the big toe (m. Flexor hallucis brevis), the reference electrode is placed as distally as possible on the tendon of the above muscles, symmetrically on both sides. The power level of the output signal is visualized on the display of the magnetic stimulator in percent (%) of the maximum possible. After connecting the device to the network, the display shows 30% of the output power, which is 0.6 T. The magnetic stimulator regulator is used to change the output power until a response is received. The study begins with a minimum field intensity, gradually increasing it until the appearance of an evoked motor response. The result was evaluated in Tesla and was taken as the threshold of excitability of motor neurons (PVMN) of the cerebral cortex. In neurologically healthy children, the PVMN of the cerebral cortex was 0.92 ± 0.02 T (n = 25) when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis) and 1.10 ± 0.03 T (n = 25) when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m. flexor hallucis brevis). In neurologically healthy adults, PWM of the cerebral cortex was 1.06 ± 0.04 T (n = 25) when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis) and 1.20 ± 0.03 T (n = 25) when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m. flexor hallucis brevis).

Для установления диагностической эффективности предложенного способа иследовали ПВМН коры головного мозга у пациентов с ишемическим поражением головного мозга различной степени. Всего обследовано 75 пациентов. Из них с бессимптомным нарушением мозгового кровообращения (I степень) было 14 пациентов; с преходящими нарушениями мозгового кровообращения (II степень) - 18 пациентов; с хронической сосудистой недостаточностью (III степень) - 33 пациента; с последствиями инсульта (IV степень) - 10 пациентов. Средние значения ПВМН коры головного мозга у здоровых и больных представлены в таблице. To establish the diagnostic effectiveness of the proposed method, PWM of the cerebral cortex was studied in patients with ischemic brain damage of various degrees. A total of 75 patients were examined. Of these, with asymptomatic cerebrovascular accident (grade I), there were 14 patients; with transient disorders of cerebral circulation (II degree) - 18 patients; with chronic vascular insufficiency (III degree) - 33 patients; with the consequences of a stroke (IV degree) - 10 patients. The average values of PVMN of the cerebral cortex in healthy and sick are presented in the table.

Из приведенных в таблице результатов видно, что у больных с различными степенями нарушения мозгового кровообращения регистрировалось существенное увеличение ПВМН по сравнению со здоровыми (р<0,005), так же достоверно отличались показатели ПВМН между группами больных с различными степенями нарушения мозгового кровообращения (р<0,05). Исходя из полученных результатов при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) при значениях ПВМН от 1,20 до 1,30 Т диагностируют I степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,31 до 1,43 Т диагностируют II степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,44 до 1,68 Т диагностируют III степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,69 до 2,0 Т диагностируют IV степень снижения возбудимости моторной коры. Исходя из полученных результатов при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis) при значениях ПВМН от 1,30 до 1,47 Т диагностируют I степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,48 до 1,59 Т диагностируют II степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,60 до 1,81 Т диагностируют III степень снижения возбудимости моторной коры; при значениях ПВМН от 1,82 до 2,0 Т диагностируют IV степень снижения возбудимости моторной коры. From the results given in the table, it can be seen that in patients with various degrees of cerebrovascular accident, a significant increase in PVMN was recorded compared with healthy ones (p <0.005), and the parameters of PVMN were significantly different between groups of patients with different degrees of cerebrovascular accident (p <0, 05). Based on the results obtained, upon registration of an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis), with IAM values from 1.20 to 1.30 T, I degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed; with PWMI values from 1.31 to 1.43 T, a II degree of decrease in the excitability of the motor cortex is diagnosed; at values of PWMN from 1.44 to 1.68 T, the III degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed; with PWMI values from 1.69 to 2.0 T, the IV degree of decrease in the excitability of the motor cortex is diagnosed. Based on the results obtained, upon registration of an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m. Flexor hallucis brevis), with the values of PWMI from 1.30 to 1.47 T, I degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed; with PWMI values from 1.48 to 1.59 T, a II degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed; at values of PWMN from 1.60 to 1.81 T, III degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed; at values of PWMN from 1.82 to 2.0 T, the IV degree of decrease in excitability of the motor cortex is diagnosed.

Клинический пример. Clinical example.

Больная Ч. 39 лет. История болезни N 247238. Направлена с диагнозом: хроническая цереброваскулярная недостаточность на фоне патологической извитости внутренних сонных артерий. В клинике преобладали чувствительные и двигательные нарушения со стороны верхних конечностей. Patient Ch. 39 years old. The medical history N 247238. Directed with a diagnosis of chronic cerebrovascular insufficiency against the background of pathological tortuosity of the internal carotid arteries. The clinic was dominated by sensory and motor disorders from the upper extremities.

Проводили транскраниальную магнитную стимуляцию по заявленной методике. Получено увеличение ПВМН коры головного мозга до 1,60 Т при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) и до 1,75 Т при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis). В этом случае диагностируется снижение возбудимости мотонейронов коры головного мозга III степени. Spent transcranial magnetic stimulation according to the claimed method. An increase in PVMN of the cerebral cortex was obtained to 1.60 T when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis) and to 1.75 T when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m flexor hallucis brevis). In this case, a decrease in the excitability of motor neurons of the cerebral cortex of the third degree is diagnosed.

Заявляемым способом можно оценить функциональное состояние мотонейронов коры головного мозга при различной патологии и оценить не только степень снижения возбудимости мотонейронов, но и увеличение возбудимости коры головного мозга. The claimed method can evaluate the functional state of motor neurons in the cerebral cortex for various pathologies and evaluate not only the degree of decrease in the excitability of motor neurons, but also an increase in the excitability of the cerebral cortex.

Клинический пример. Clinical example.

Больной Б. 14 лет. История болезни N 37136. Направлен с диагнозом: детский церебральный паралич, гиперкинетическая форма. В клинике преобладали гиперкинезы и двигательные нарушения со стороны верхних и нижних конечностей. Patient B. is 14 years old. The medical history N 37136. Directed with a diagnosis of cerebral palsy, hyperkinetic form. The clinic was dominated by hyperkinesis and motor disorders from the upper and lower extremities.

Проводили транскраниальную магнитную стимуляцию по заявленной методике. Получено снижение ПВМН коры головного мозга до 0,70 Т при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя мизинца кисти (m. flexor digiti minimi brevis) и до 0,86 Т при регистрации вызванного моторного ответа с мышцы короткого сгибателя большого пальца стопы (m. flexor hallucis brevis). В этом случае диагностируется увеличение возбудимости мотонейронов коры головного мозга. Spent transcranial magnetic stimulation according to the claimed method. Received a decrease in PVMN of the cerebral cortex to 0.70 T when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. Flexor digiti minimi brevis) and to 0.86 T when registering an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m flexor hallucis brevis). In this case, an increase in the excitability of motor neurons in the cerebral cortex is diagnosed.

Заявляемым способом впервые возможно оценить возбудимость мотонейронов коры головного мозга, что обеспечивает установление степени поражения моторной зоны коры головного мозга и позволяет подобрать дифференцированное лечение для больных с различными поражениями центральной нервной системы. The inventive method for the first time it is possible to assess the excitability of motor neurons in the cerebral cortex, which ensures the degree of damage to the motor zone of the cerebral cortex and allows you to choose a differentiated treatment for patients with various lesions of the central nervous system.

Способ позволяет оценить функциональное состояние мотонейронов коры головного мозга, степень их поражения, осуществить контроль за эффективностью проводимого лечения, составить объективное представление о прогнозе заболевания. The method allows to evaluate the functional state of motor neurons of the cerebral cortex, the degree of their damage, to monitor the effectiveness of the treatment, to make an objective idea of the prognosis of the disease.

Заявляемый способ может быть использован в неврологических стационарах, отделениях реабилитации и долечивания, специализированных отделениях (например, нейрофизиологические лаборатории, нейрососудистые центры) для исследования больных с патологией центральной нервной системы. The inventive method can be used in neurological hospitals, rehabilitation and aftercare departments, specialized departments (for example, neurophysiological laboratories, neurovascular centers) for the study of patients with pathology of the central nervous system.

Способ прост в применении и обеспечивает экономию времени нейрофизиологического исследования. The method is easy to use and saves time neurophysiological studies.

Claims

1. A method for diagnosing the functional state of cerebral cortex motor neurons, characterized in that the excitability threshold of the cerebral cortex is examined during magnetic stimulation transcranially directly in the projection of the motor zone of the cerebral cortex and upon registration of an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the little finger of the hand (m. flexor digiti minimi brevis) with PWMI values from 1.20 to 1.30 T diagnose the I degree of decrease in excitability of the motor cortex, with PWM values from 1.31 to 1.43 T diagnose II degree underreporting motor cortex excitability, PVMN at values from 1.44 to 1.68 T III diagnose the degree of reduction of the motor cortex excitability, PVMN at values from 1.69 to 2.0 T IV diagnose the degree of reduction of the motor cortex excitability.

2. A method for diagnosing the functional state of cerebral cortex motor neurons, characterized in that the threshold of excitability of the cerebral cortex is examined during magnetic stimulation transcranially directly in the projection of the motor zone of the cerebral cortex and upon recording an evoked motor response from the muscle of the short flexor of the big toe (m flexor hallucis brevis) with PWMI values from 1.30 to 1.47 T diagnose the I degree of decrease in excitability of the motor cortex, with PWMI values from 1.48 to 1.59 T diagnose II degree the stump of reducing the excitability of the motor cortex, with PWMI values from 1.60 to 1.81 T, the III degree of decrease in the excitability of the motor cortex is diagnosed, with the PWM values from 1.82 to 2.0 T, the IV degree of decrease in the excitability of the motor cortex is diagnosed.