СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ МЕТАБОЛИЗМА ГОЛОВНОГО МОЗГА
METHOD FOR EVALUATION OF BRAIN METABOLISM LEVEL

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в невропатологии для оценки уровня метаболизма головного мозга.
В настоящее время одной из главных проблем здравоохранения является цереброваскулярная патология - вторая по частоте причина смертности и одна из основных причин инвалидизации населения во многих странах мира. Как отмечают эксперты ВОЗ, в будущем количество цереброваскулярных заболеваний будет возрастать, что связано с постарением населения планеты и увеличением распространенности в популяции таких факторов риска, как артериальная гипертензия, сахарный диабет, гиперхолестеринемия, курение, ожирение, гиподинамия и др. Львиная доля (96%) в структуре цереброваскулярных заболеваний принадлежит хроническим нарушениям мозгового кровообращения (дисциркуляторные энцефалопатии - ДЭ), причем почти половина всех случаев сосудистой и метаболической ДЭ регистрируется у людей трудоспособного возраста.
Известен метод определения содержания различных метаболитов в ткани головного мозга с помощью ядерной магнитно-резонансной (ЯМР) спектроскопии (Дж. Эмсли, Дж.Финей, С.Л.Сатклиф. Спектроскопия ЯМР высокого разрешения. - М.: МИР, Т.1, 2, 1969; П.М.Бородин. Ядерный магнитный резонанс. - Ленинград: Издание Ленинградского университета, Учебное пособие, 1982.). Этот метод позволяет регистрировать сигналы от молекулярных соединений: N-ацетиласпартата, креатина/фосфорокреатина (содержится в нервной ткани не только в свободном виде, но и в виде богатого энергией нестойкого соединения - креатинфосфата), холина, миоинозитола, таурина, глютамата (возбуждающий нейромедиатор), лактата (является конечным продуктом анаэробного гликолиза), глюкозы (источник энергии) и от липидных соединений. Интенсивность обновления богатых энергией фосфорных соединений в головном мозге очень велика, т.к. головной мозг имеет самый высокий уровень метаболизма. На обмене макроэргов сильно сказываются возбуждение и наркоз. В состоянии наркоза наблюдается угнетение дыхания, содержание аденозинтрифосфата (АТФ) и креатинфосфата повышено, а уровень неорганического фосфата снижен. Следовательно, сокращается потребление мозгом соединений, богатых энергией. При раздражении интенсивность дыхания усиливается в 2-4 раза, уровень АТФ и креатинфосфата снижается, а количество неорганического фосфата увеличивается. Распад аденозинтрифосфата (АТФ) с образованием аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата - это основной источник энергии. Трансфорилирование АДФ с креатинфосфатом обеспечивает постоянный ресинтез АТФ. В этом и заключается функция креатинфосфата. При высоких полях (9 Тл и выше) на спектрах удается отличить креатин от креатинфосфата.
Однако метод ЯМР спектроскопии требует очень сложной и дорогой аппаратуры и сложного программного обеспечения, а также высококвалифицированного персонала. Процедура обследования дорогостоящая и длительная. Это обследование осуществляется только в небольшом количестве специализированных клиник и недоступно для подавляющего большинства пациентов, нуждающихся в превентивном определении уровня метаболизма головного мозга.
Кроме этого лишь некоторые из наиболее стабильных во времени метаболитов мозга способны проявляться в протонных ЯМР спектрах. Это обусловлено типичными временными интервалами импульсных последовательностей, характерных для современных томографов. Истинное биохимическое значение этих молекул еще не до конца изучено, следовательно, не совсем ясна диагностическая ценность их исследования.
Также известны косвенные методы оценки уровня метаболизма головного мозга, связанные с регистрацией его температуры. Работы А.И.Арутюнова и Н.В.Семенова (А.И.Арутюнов, Н.В.Семенов. О температуре мозга и ликвора его полостей в клинике и эксперименте. - Киев: Труды Киевского НИИ психоневрологии, Т.12, 1949, с.150-157) определили подход к температуре мозга как к интегральному отражению энергетических процессов. Исследования церебральной температуры в слуховом проходе или с помощью имплантированного в ходе операции термодатчика, а также температуры ликвора выявили повышение температуры при ушибах мозга, особенно базальной локализации и внутричерепных гематомах. Параллельно отмечены признаки нарушения окислительного метаболизма с интенсификацией гликолиза (А.Е. Дунаевский. Температурные реакции при расстройстве витальных функций в остром послеоперационном периоде у больных с опухолями больших полушарий головного мозга. - Киев: Здоровье, сб., Нейрохирургия: Респ.межвед. Вып.5, 1972, с.87-91.; А.Е.Дунаевский, Г.М Яхненко, С.Г.Дунаевская. Комплексное изучение температурных и гемодинамических показателей при острой черепно-мозговой травме. - Киев: Здоровья, сб., Нейрохирургия, Респ.межвед. Вып.15, 1982, с.94-97, 64). Нарушения температуры мозга возникают и при опухолях головного мозга. Это подтвердили исследования с применением высокочувствительной контактной термометрии в ходе операций при новообразованиях головного мозга супратенториальной локализации (И.М.Иргер, М.А.Ронкин, С.Ф.Федеряев. Метод высокочувствительной электротермометрии в интраоперационной диагностике супратенториальных опухолей головного мозга, Вопросы нейрохирургии, N 5, 1981, с.3-7). Эти исследователи доказали, что температура опухолевой ткани повышена, особенно при недоброкачественном темпе роста, что объясняется особенностями ее метаболизма, сопровождающегося повышенной теплопродукцией. Понятно, что контактная термометрия головного мозга возможна только во время проведения оперативных вмешательств.
Ряд авторов подходят к температуре мозга как отражению интенсивности общего или местного мозгового кровотока (М.Е.Маршак. Термоэлектрические методы исследования регионарного кровообращения в острых и хронических опытах. Современные методы исследования функций сердечно-сосудистой системы, М., 1962, с.179-188; В.Б.Гречин. Применение терморезисторов в стереотаксической нейрохирургии, Вопросы нейрохирургии, N 1, 1972, с.57-60; P.O.Mayers, M.I.Sadowski, A.H.Barrett. Microwave thremography. Principles, methods and clinical applications, J. of Microwave Power, 1979, V.14, N2, p.105-115). Имеются публикации о возникновении изменений температуры мозга при сосудистых заболеваниях (В.А. Березовский. Измерение температуры различных участков коры больших полушарий головного мозга собаки как показатель функционального состояния нервной ткани, Автореф. дис.к.м.н, Киев, 1962, с.22; Е.Ф.Лунец, И.П.Антонов, А.Н.Харламова. Термодинамическая характеристика острой тотальной ишемии головного мозга различной продолжительности. Актуальные вопросы невропатологии и нейрохирургии, Минск, Наука и техника, Вып.9, 1978, с.40-47; А.В Густов, В.С.Троицкий, В.П.Горбачев. Исследование кранио-церебральной температуры методом дециметровой радиотермометрии. Физиология человека, T.11, N.I, 1985, c.151-154). При этом исследователи использовали метод глубинной радиотермометрии, с помощью которого регистрируется тепловое излучение тканей с глубины 2-7 см в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне на длинах волн 32, 20, 12.2, 10 см.
Всеми исследователями отмечено, что радиотермометрию следует рассматривать как метод объективизации сосудисто-мозговой недостаточности, позволяющей диагностировать начальные доклинические формы сосудистого поражения мозга. В работах также показана принципиальная возможность коррекции нарушенных центральных метаболических процессов средствами лекарственной терапии. (А.В.Густов, Е.И.Гусев, Л.М.Нифонтова и др. Энцефалорадиотермометрия в диагностике ранних стадий сосудисто-мозговой недостаточности, Невропатология и психиатрия, Т.89, вып.9, 1989, с.27-3; А.В.Густов, В.Н.Цейтлина. Дециметровая радиотермометрия в дифференциальной диагностике опухолей и сосудистых заболеваний головного мозга, Тепловидение в медицине, Киев, 1984, с.19; В.С.Мякотных, А.Л.Власов. Сверхчастотная радиотермометрия в прогнозировании церебральных расстройств у пожилых больных, Актуальные проблемы геронтологии, М. 1999, с.108-112; А.Л.Власов. Динамическая сверхвысокочастотная радиотермография головного мозга в норме и при ишемических состояниях, Автореф. дис.к.м.н., Пермь, 2000 г.).
При сосудистой патологии (дисциркуляторные энцефалопатии) отмечено снижение температуры мозга по сравнению с нормой в среднем на 0,4°С. Таким образом, уровень кровоснабжения головного мозга напрямую влияет на уровень его метаболизма, что отражается в изменении температурных показателей.
Измерение в СВЧ диапазоне имеет то преимущество, что глубина проникновения излучения составляет несколько сантиметров, и можно измерить СВЧ излучение, исходящее от внутренних структур тела человека. Однако интенсивность теплового излучения тела человека в СВЧ диапазоне очень низка. Именно поэтому для регистрации тепловых сигналов в этом диапазоне требуется сложная и дорогая аппаратура с высокой чувствительностью. Кроме того, для проведения процедуры обследования требуется специальная экранированная камера. Для самых современных моделей радиотермометров, например РТМ-01-РЭС, экранирования не требуется, однако применены специальные схемы приема, усиления и обработки сигналов, сопряжение с компьютером и использование сложной компьютерной программы, что значительно усложняет и удорожает прибор.
Настоящее изобретение относится к способам исследования, включающим регистрацию инфракрасного излучения поверхности кожи головы. Максимум интенсивности теплового радиоизлучения тела человека при комнатной температуре лежит в инфракрасной (ИК) области спектра на длине волны около 10 мкм (Ю.Н.Богин, И.Д.Стулин. О применении термографии, эхоэнцефалографии, эхосфигмографии при обследовании больных с атеросклеротическими поражениями сонных артерий, Журн. невропатологии и психиатрии, №5, 1973, с.658-862).
В основе этого способа лежит взаимосвязь между патологическим сужением внутренней сонной артерии и появлением термоасимметрии в супраорбитальной области в виде "холодного пятна" на стороне стеноза или закупорки артерии (например, Е.Н. Wood. Thermography in the diagnosis of cerebrovascular disease, Radiology, V.85, N2, 1965, p.270-283.).
Характер термографической картины определяется анатомическими особенностями конечных ветвей внутренней сонной артерии (ВСА) и состоянием коллатерального кровообращения. При нарушениях кровообращения в бассейне ВСА выделяются зоны снижения ИК-излучения в медиальной части лба, орбитальной и височной областях. Доказано, что количественным критерием стеноза или тромбоза ВСА является термоасимметрия в 0,7°С и выше.
Для исследования температуры поверхности кожи головы разработан специальный прибор - медицинский тепловизор, регистрирующий температуру инфракрасного излучения с длиной волны 5-14 мкм.
Известный способ оценки уровня метаболизма головного мозга путем измерения температуры кожных покровов головы с использованием тепловизора включает получение распределения температуры в передней и боковой проекциях лица и оценку метаболизма по полученному распределению температуры (например, М.Ю.Сергеева. Тепловизионное исследование у больных церебральным атеросклерозом, Вiник морськоï медицини, №4(12), Жовтень-грудень, 2000 г.). Камеру тепловизора наводят на лицо и делают снимки в передней и боковых проекциях. Оценку уровня метаболизма головного мозга проводят по анализу зарегистрированного распределения температуры на обследуемых поверхностях головы.
Основной недостаток известного способа связан с тем, что из-за экранирующего эффекта волосяного покрова из общей картины распределения температуры исключается информация о температуре височной области, которая позволяет наиболее информативно судить о состоянии ветвей наружной сонной артерии, также участвующей в кровоснабжении головного мозга.
Кроме того, достаточно высока стоимость обследования, которая определяется стоимостью тепловизора и необходимостью привлечения специально обученного медицинского персонала.
Техническим результатом, получаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение оценки уровня метаболизма головного мозга путем схватывания большего количества зон, отражающих состояние мозгового кровотока и метаболизма, с использованием простых технических средств.
Для решения поставленной задачи в способе оценки уровня метаболизма головного мозга путем измерения температуры кожных покровов в лобных областях головы и использования полученных результатов измерений для оценки уровня метаболизма измерение температуры осуществляют инфракрасным термометром, при этом дополнительно измеряют температуру кожных покровов в височных областях головы и сравнивают полученные результаты измерений с эталонами нормы, предварительно полученными при исследованиях уровня метаболизма головного мозга в тех же точках.
Оценку уровня метаболизма целесообразно осуществить по среднему значению измеренных температур в лобной и височной областях, при этом метаболизм головного мозга следует оценивать как пониженный, если средняя температура меньше 33°С.
Целесообразно проводить измерения в центральной лобной точке, расположенной по средней линии лба на 4,5-5,5 см выше уровня внутреннего угла глаза; в надбровной точке, расположенной на 3-3,5 см выше внутреннего угла глаза; и в височной точке, расположенной на 5-6 см выше наружного слухового прохода.
На чертеже представлены положения этих точек на изображении макета головы.

Известные в настоящее время термометры, например термометр СЕМ-ThermoDiagnostics, имеют рабочий диапазон частот, совпадающий с рабочим диапазоном частот медицинских тепловизоров.
Вышеприведенные точки наибольшей информативности установлены экспериментально. Измерение температуры в выбранных точках обеспечивает исследование уровня кровотока в бассейне наружной и внутренней сонной артерии, которая кровоснабжает мозг.
Сравнение температуры в каждой из репрезентативных точек, полученных при обследовании конкретного пациента, с эталонами нормы, соответствующих температуре поверхностей головы в тех же точках у здорового человека, позволяет выявить изменения уровня метаболизма головного мозга.
Наиболее простым и точным приемом для оценки метаболизма головного мозга в соответствие с заявленным способом является использование измеренных температур для определения среднего значения, которое сравнивают со средней температурой эталона. Проведенные исследования показывают, что пониженному уровню метаболизма головного мозга соответствует средняя температура меньше 33°С.
Способ осуществляется следующим образом

Способ производится в специальном помещении с постоянной температурой от 19°С до 21°С, исключающем воздушные потоки. Термоадаптация обследуемого в этом помещении осуществляется в течение 5-20 минут в положении сидя или лежа на спине. Для измерения температуры используется серийно выпускаемые ИК-термометры CEM-ThermoDiagnostics.
Измерения температуры производят в каждой из репрезентативных точек. Для наглядности результаты измерений можно занести в таблицу (см. ниже). Измеренные данные используют для определения средней температуры. Полученное значение средней температуры сравнивают с диапазонами нормы, полученными при измерении температуры в тех же точках у здоровых людей.
Заключение о пониженном уровне метаболизма головного мозга делают в случае, при котором средняя температура меньше 33°С.
Заявляемым способом осуществлено обследование 60 практически здоровых людей и 120 пациентов с острыми и хроническими формами нарушений мозгового кровообращения. Состояние головного мозга было предварительно верифицировано традиционными методами, включающими:
- клинико-неврологическое обследование (с обязательным измерением артериального давления и аускультацией магистральных артерий головы и шеи);
- психодиагностическое исследование;
- компьютерная томография головного мозга;
- УЗДГ экстра- и интракраниальных сосудов головного мозга;
- офтальмоскопия;
- электрокардиография (ЭКГ);
- биохимическое исследование крови (гематокрит, липидный спектр и сахар крови, коагулограмма).
Результаты статистической обработки результатов измерений и представлены в таблице 1.
Таблица 1
Название точки
Здоровые, °С
Больные ДЭ, °С
Отличия от здоровых
Центральная лобная точка
32,6-35,2, медиана 33,6
31,0-34,6, медиана 33
р=0,005
Надбровная точка
32,0-35,0, медиана 33,6
30,2-34,4, медиана 33
р=0,001
Височная точка
27,4-35,6, медиана 33,6
26,0-35,6, медиана 31,6
р<0,001
Средняя температура по 5 точкам
30,8-34,7, медиана 33,6
29,8-34,6, медиана 32,5
р=0,001
У 75% здоровых людей средняя температура по 5 точкам больше или равна 33°С, а у 70% больных с хроническими нарушением мозгового кровообращения средняя температура по 5 точкам ниже 33°С.
Предлагаемый способ является высокоинформативным методом функциональной оценки уровня метаболизма головного мозга с возможностями, которые не обеспечивает ни один из существующих методов диагностики, а именно: безвредность для пациента, безопасность для персонала, бескровность, безболезненность, отсутствие противопоказаний к применению, простота и быстрота получения информации, возможность неограниченной повторяемости исследования в режиме реального времени, полная воспроизводимость результатов исследования, портативность аппаратуры, возможность и надежность применения в различных условиях, в том числе на дому, а также экономическая и техническая доступность. Предлагаемый способ может применяться в качестве скрининг-метода в доклинической или ранней диагностике хронических цереброваскулярных заболеваний, что обеспечит профилактическую направленность в ангионеврологии.
Доступность и простота реализации заявляемого способа позволяет использовать его для ранней диагностики и динамического наблюдения состояния пациента. Это связано с тем, что при любой патологии центральной нервной системы возникает универсальная реакция - устойчивые изменения температуры метаболического генеза, часто предшествующие клиническим проявлениям патологического процесса.