СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ НЕРВНОЙ ТКАНИ Российский патент 1998 года по МПК A61B5/05 

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано при определении тяжести и протяженности структурных изменений в спинном мозге при позвоночно-спинальной травме.

Известен способ определения некроза тканей скелетных мышц (а.c. N 1113088, кл. 5 A 61 B 5/00), согласно которому для определения границ жизнеспособности тканей электроды вводят в ткани, окружающие поврежденную часть. Стимулирующие электроимпульсы подают с интервалом не менее 1 с, затем регистрируют межэлектродное электрическое сопротивление (импеданса) на частоте 150-500 кГц и при отсутствии его изменения устанавливают границы некроза. Таким образом, для оценки эффекта электростимуляции используется биполярный (мостовой способ) регистрации, который реализуется применением мостовых схем измерения тканевого импеданса.

Мостовой метод измерения имеет общий для всех конструктивных решений недостаток - поляризацию электродов и тканевой жидкости. Образующийся при этом двойной слой заряженных ионов на поверхности металлического электрода обладает высоким активным сопротивлением и значительной емкостью. Поэтому в результате измерения по мостовому методу получаются суммарные значения тканевого сопротивления (истинного тканевого импеданса) и сопротивления электродов (поляризационного сопротивления электродов). Наиболее сильно возрастает электронная емкость на низких частотах и становится менее значимой на частотах 150 кГц и выше (Березовская Г.Е., Корытный Е.С. Роль приэлектродных поляризационных процессов при измерении электропроводности биологических объектов.- Биофизика, т.13,1968).

Поэтому с определенными допущениями можно считать, что при измерениях межэлектродного электрического сопротивления (импеданса) на частотах 150-500 кГц поляризационное сопротивление электродов незначительно по величине и поэтому точность измерения истинного импеданса тканей повышается. Однако при частоте измерительного тока свыше 5 кГц становится значимой проводимость мембран клеток, а на частоте 150-500 кГц емкость клеточных элементов минимальна и величина электрического сопротивления (импеданса) в основном определяется водно-электролитным балансом вне и внутриклеточного содержимого, вследствие чего слабо отражаются свойства (целостность) мембранных клеток. Поэтому информативность данных импедансометрии в целях идентификации различных по своему морфофункциональному строению тканей снижается (Егоров Ю.В. , Кузнецова Г.Д. Мозг как объемный проводник.- М., 1976).

В то же время последнее требование является опережающим при использовании импедансометрии для повышения точности диагностики жизнеспособности (морфофункциональных изменений) нервной ткани, что согласуется с данными Гречина В.В. с соавт. Медленные неэлектрические процессы в оценке функционального состояния мозга человека.- Л., 1982, показавшими, что при электростимуляции нервной ткани происходит изменение ее биофизических характеристик и химического состава. При этом после однократной электростимуляции импеданс ткани снижался в среднем на 50% и более за счет активной компоненты на низких частотах измерительного тока.

Исходя из этого чувствительность импедансометрии на эффект электростимуляции становится выше при измерениях импеданса тканей на низких частотах (до 5 кГц), что возможно только при тетраполярном способе измерения (Егоров Ю.В., Кузнецова Г.Д. Мозг как объемный проводник. - М., 1976).

Известно применение импедансометрических методов в практической нейрохирургии для оценки внеклеточной гидратации головного мозга (Зенченко А.Г. Импедансометрические критерии оценки внеклеточной гидратации головного мозга. Прокопьевск, 1987, автореф. дис. канд. мед. наук. "Динамика гидратации коры и белого вещества головного мозга в остром периоде черепно-мозговой травмы" М., 1987; а.c. N 11358926, кл. 5 A 61 B 5/00, 1987).

Измерение импеданса проводят на низких частотах переменного тока (4 кГц) тетраполярным и биполярным методами, и по результатам величин электрического сопротивления исследуемого участка мозговой ткани судят о степени внеклеточной гидратации в виде нарушения гидратации коры и белого вещества головного мозга. В то же время в практической нейрохирургии возникает необходимость определения зависимости величины импеданса мозговой ткани от частоты измерительного тока, так что анализ частотной зависимости позволяет до некоторой степени производить оценку сопротивления нейронов, глиальных клеток, внеклеточного пространства, степени сохранности клеточных мембран, что и представляет интерес для оценки жизнеспособности нервной ткани.

Наиболее близким является известный способ определения регенеративной способности животных тканей (а.c. N 59666, кл. 5 F 61 B 5/05, 1939), согласно которому жизнеспособность ткани определяется величиной условного коэффициента К, который получается при делении электрического сопротивления ткани, измеренного биполярным методом на низкой частоте (10000 пер/с) на сопротивление той же ткани, при том же положении электродов, измеренное при помощи токов высокой частоты (1000000 пер/с), т.е.

где пер/с = 1 Гц.

По исследованиям автора, K варьирует у различных тканей от 9 до 2, причем величина этого коэффициента является характерной для данного вида ткани. При нарушении жизнеспособности ткани величина K постепенно падает и приближается к единице. Для одновременного измерения электросопротивления животных тканей на двух вышеуказанных частотах служит обычно применяемый в подобных случаях равноплечий мост Уитсона, построенный на безреактивных сопротивлениях, и, таким образом, измерения импеданса осуществлялось по биполярному (мостовому) методу.

В результате измерения по мостовому методу получаются суммарные значения тканевого сопротивления и сопротивления электродов (поляризационный импеданс электродов).

Согласно данным (Жуков Ю.Н., Тарусов В.Н. К вопросу о механизме проявления максимумов на кривой частотной зависимости тангенса угла биологических объектов, т. 16, 1971), поляризационный импеданс при моно- и биполярном способах измерений остается еще достаточно высоким до частот 100 кГц и вносит существенный вклад в измеряемый тканевой импеданс. Поэтому при измерении импеданса биполярным методом на частоте переменного тока 10 кГц и 1 МГц имеет место полная частотная зависимость как для тканевого сопротивления, так и сопротивления электродов, а величина определяемого условного коэффициента К преимущественно отражает закономерное изменение преимущественно поляризационного сопротивления электродов от частоты переменного тока и не может служить достоверным критерием жизнеспособности ткани (Березовская Г.Е., Корытный В. С. Роль приэлектродных поляризационных процессов при измерении электропроводности биологических объектов, Биофизика, т. 13, Б.3, 1968, с. 524-529; Зенченко А. Г. с соавт. Некоторые методические аспекты импедансометрии.- 1986 г. Рукопись депонирована во ВНИИМИ МЗ СССР 13.06.86).

Изобретение решает задачу расширения арсенала способов для исследования жизнеспособности нервной ткани.

Технический результат, достигаемый с помощью предлагаемого способа, заключается в следующем: повышается точность интраоперационной диагностики; оптимизация операционного вмешательства путем более точного определения границ и протяженности пораженного участка, что позволяет более радикально и щадяще иссекать пораженный участок; дает возможность диагностировать во время операции морфофункциональное состояние исследуемых участков спинного мозга; позволяет оценить границы и тяжесть структурных измерений пораженного участка мозга.

Способ осуществляется следующим образом. Производят измерение истинного импеданса исследуемой ткани по тетраполярному методу сначала при низкой частоте электрического тока (1-5 кГц), а затем при высокой частоте электрического тока (100 кГц). После этого рассчитывают условный коэффициент, который равен: К₁ = Z₁н/Z₂в, где Z₁н - истинный тканевой импеданс при низкой частоте тока 1-5 кГц; Z₂в - истинный тканевой импеданс при высокой частоте тока - 100 кГц.

По величине условного коэффициента K₁ судят о степени жизнеспособности исследуемой ткани спинного мозга. При нормальной жизнеспособности мозговой ткани спинного мозга К₁ = 1,5-1,7, при частичном поражении 1,2-1,4, при грубом необратимом поражении 1,0-1,18.

После измерения истинного импеданса ткани и расчета условного коэффициента K₁ проводят электростимуляцию исследуемых участков спинного мозга, повторно измеряют истинный импеданс и рассчитывают условный коэффициент K₂. Затем сравнивают значения полученных коэффициентов и по величине их изменения судят о границах изменения тканей. Электростимуляцию осуществляли на аппаратах УЭИ-1 или нейроимпульс. Длительность импульсов 1 мс, амплитуда 20 мА, частота 5 Гц, 10-15 импульсов.

Измерения проводят в пораженных и интактных участках мозга путем погружения коаксиального микроэлектрода, несущего контактные поверхности токового и измерительного электрода (электрода-источника - рабочего) в исследуемые участки спинного мозга. При этом два других электрода большей площади (токовый и измерительный - индифферентные) устанавливаются на кожных покровах. В зоне измерения оказывается участок ткани спинного мозга, равный 5 радиусам площади контактной поверхности электрода-источника. Понятие истинного тканевого импеданса исходит из критики недостатков мостовых схем измерения импеданса при моно- и биполярных схемах измерения (см. приведенную ранее критику аналога). При тетраполярном методе (разделении токовых и измерительных электродов) поляризационное сопротивление электродов сведено к минимуму, и, таким образом, влияние сопротивления электродов и его переходного слоя приэлектродной емкости исключено, а оно на порядок выше, чем сопротивление исследуемых участков ткани. Поэтому только при тетраполярном методе измерения регистрируется падение напряжения при пропускании тока в самой ткани, зависящее от ее биофизической сущности. Это и есть истинный тканевой импеданс. Условный коэффициент K₁ является интегральной величиной, характеризующей структурные изменения в зоне измерения исследуемых участков ткани.

Проведенные клинико-экспериментальные исследования показали, что при нормальной жизнеспособности мозговой ткани спинного мозга K₁ = 1,5-1,7, при частичном поражении 1,2-1,4, при грубом необратимом поражении 1,0-1,18.

Сущность способа основана на закономерном изменении величины импеданса ткани в зависимости от частоты измерительного тока. При этом на частотах 1-5 кГц емкостная составляющая тканевого импеданса высока (емкость мембран клеточных элементов) и величина импеданса (Z₁н) отражает в основном омическую составляющую импеданса, которое выше, чем (Z₂в) измеренное на частоте измерительного тока 100 кГц, так как на частоте 5 кГц и выше емкостное сопротивление клеточных мембран уменьшается и становится значимой проводимость как клеточного, так и внутриклеточного содержимого.

При гибели или определенной степени повреждения тканей (нарушении и изменении свойств клеточных мембран) емкостная составляющая импеданса в значительной степени меняется (уменьшается) и поэтому разница в величине импеданса на частоте 1 кГц (Z₁н) и 100 кГц (Z₂в), структурный коэффициент K будет уменьшаться, и в зависимости от степени данного уменьшения представляется возможность судить о жизнеспособности мозговой ткани.

При этом дополнительное проведение электростимуляции и оценка изменений условного структурного коэффициента в ответ на ее воздействие служит дополнительным интегральным показателем границ и протяженности состояния жизнеспособности исследуемых участков спинного мозга. При грубых необратимых изменениях ткани спинного мозга колебания величины условного коэффициента после проведения электростимуляции не превышает 2-5%; при частичном поражении отмечается снижение условного коэффициента на 10-25%; а в интактных участках на 30% и ниже. Согласно данным Гречина В.Б. с соавт. (Медленные неэлектрические процессы в оценке функционального состояния мозга человека.- Л. , 1982), при электростимуляции нервной ткани происходит сдвиг ионного состава как при непосредственном действии тока, так и опосредованно через изменения проницаемости мембран ткани. Перераспределение ионов на поверхности мембран, изменение поляризованности и лабильности мукосахаридов и глюкопротеидов, снижение порога возбудимости постсинаптических мембран представляет собой факторы, реализующие действие импульсов тока на ткань ЦНС.

Пример 1. Больной Ш. Диагноз: застарелый переломо-вывих 6-го шейного позвонка со сдавлением спинного мозга клином Урбана, компрессионно-сосудистая миелопатия. При оперативном вмешательстве выполнена ламинэктомия, менингомиелорадикулолиз. Во время операции в мозговую ткань спинного мозга погружали зондирующие (коаксиальные) электроды, а на кожные покровы устанавливали референтные электроды. Измерения импеданса проводили по тетраполярному методу путем зондирования в интактных участках мозга выше и ниже его сдавливания и в зоне максимального сдавления мозга при низкой частоте измерительного тока 1 кГц и высокой частоте измерительного тока 100 кГц. Затем рассчитывали условный коэффициент K₁ для каждого измерения.

После этого определяли условные коэффициенты и оценивали изменение их величин на фоне проведенной электростимуляции исследуемых участков спинного мозга.

Электростимуляцию проводили с помощью стимулятора нейроимпульс или УЗИ-1 моно- и бифазными импульсами тока амплитудой 3-15 В (20 мА) и длительностью 1 мс, 10-15 имп/с в течение 3 с.

В месте сдавливания спинного мозга клином Урбана на протяжении 10 мм абсолютные величины истинного импеданса Z₁ - 2124 Ом, Z₂ - 1180 Ом соответственно, K₁ = 1,18, т. е. на данном участке произошли необратимые изменения ткани спинного мозга. Изменения коэффициента составили 3%. Выше места сдавливания спинного мозга абсолютная величина Z₁ - 1344 Ом и Z₂ - 800, K₁ = 1,68, а ниже K₁ - 1,32, Z₁ - 977 Ом, и Z₂ - 740 Ом, а изменения коэффициента после электростимуляции на 34 и 21% соответственно.

Величина полученного коэффициента говорит о том, что выше места сдавливания на 11 мм структуры мозга сохранены, ниже на 1 мм мозг частично поражен, а в зоне сдавливания на протяжении 10 мм произошли необратимые изменения спинного мозга. Проведенные интраоперационные измерения импеданса и определение структурных коэффициентов согласно предлагаемому способу позволили щадяще иссечь измененные ткани на протяжении 10 мм, что способствовало устранению "удавки" и сдавливания сохранных элементов спинного мозга и улучшению функционального результата лечения данного больного.

Интраоперационные измерения импеданса всегда были сопряжены с имплантацией многополюсных электродов в спинной мозг и оценкой динамики структурных коэффициентов в месте выше и ниже его повреждения на фоне электростимуляции спинного мозга в послеоперационном периоде через вживленные многополюсные пучки электродов.

Пример 2. Больной М. Диагноз: поздний период позвоночно-спинальной травмы. Компрессионно-оскольчатый перелом Th₁₂ позвонка со сдавливанием спинного мозга клином Урбана. Нижняя спастическая параплегия. Нарушение функции тазовых органов. Проведена операция: ляминэктомия, менингомиелорадикулолиз. Резекция костно-хрящевых образований и клина Урбана. Имплантация пучков электродов с расположением контактных поверхностей в интактных участках спинного мозга, а также в зоне максимального перерождения (сдавливания) спинного мозга и ниже места сдавливания на 6 мм. В послеоперационном периоде проводилась импедансометрия тетраполярным методом и электростимуляция спинного мозга через вживленные электроды. В интактных участках мозга Z₁ - 1320 Ом и Z₂ - 880 Ом, K₁ - 1,5, а изменения коэффициента на фоне электростимуляции составляли 32-36%. В зоне максимального сдавливания Z₁ - 1450 Ом, Z₂ - 1210 Ом, K₁ - 1,2, K₂ - 1,15, изменение коэффициента на 4%. Ниже сдавливания Z₁ - 980 Ом, K₁ - 1,4, изменения коэффициента на 23%.

При этом при электростимуляции в интактных участках выше и ниже сдавливания наблюдалось значимое изменение величины импеданса Z₁ и Z₂ и соответственно коэффициентов K₁ и K₂. В зоне сдавливания данные изменения были минимальными не более 5%, что позволило проследить динамику границ необратимых изменений данного участка спинного мозга.

На основании результатов импедансометрии различных участков поврежденного спинного мозга, по данным исследования 24 больных с позвоночно-спинальной травмой в позднем периоде, установлено, что для одних и тех же электродов и технических условий регистрации при изменении импеданса сохранных участков мозга на частоте измерительного тока 1 и 100 кГц К₁ = 1,5-1,7, изменения коэффициента после электростимуляции на 30-48%; при частичном поражении K₁ = 1,2-1,46, изменения коэффициента на 10-25%; при необратимом и грубом поражении (очагах размягчения) K₁ = 1,0-1,18, изменения коэффициента на 2-5%.

Предлагаемый способ расширяет арсенал доступных средств для исследования жизнеспособности нервной ткани.

Предлагаемый способ позволяет проводить диагностику жизнеспособности спинного мозга непосредственно во время операции и в раннем послеоперационном периоде.

За счет использования тетраполярной методики измерения и подбора токов определенной частоты для измерения импеданса ткани повышается точность способа.

По величинам условных коэффициентов K₁ и K₂ можно судить об изменениях жизнеспособности тканей спинного мозга, а по результатам динамики величины структурного коэффициента на фоне электростимуляции становится возможным определять границы и протяженность необратимых изменений нервной ткани спинного мозга. Точное определение границ, протяженности пораженного участка позволяет осуществлять органосохраняющий принцип при выполнении оперативных вмешательств на спинном мозге.

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для определения тяжести и протяженности структурных изменений в спинном мозге во время оперативных вмешательств при позвоночно-спинальной травме. Технический результат заключается в повышении точности интраоперационной диагностики; оптимизации операционного вмешательства путем более точного определения границ и протяженности пораженного участка, что позволит более радикально и щадяще иссекать пораженный участок; в возможности диагностировать во время операции многофункциональное состояние исследуемых участков спинного мозга; и осуществлении оценки степени поражения и структурных изменений пораженного участка мозга. Это достигается тем, что в способе определения жизнеспособности нервной ткани спинного мозга, заключающемся в определении условного коэффициента, который получают путем деления импеданса ткани измеренного при низкой частоте электрического тока на импеданс той же ткани при высокой частоте электрического тока, определение условного коэффициента К₁ осуществляют на основе измерения истинного тканевого импеданса по тетраполярному методу в пораженных и интактных участках спинного мозга, и по величине углового коэффициента К₁ судят о степени жизнеспособности нервной ткани спинного мозга и границах пораженного участка: при нормальной жизнеспособности мозговой ткани спинного мозга К₁ = 1,5-1,7, при частичном поражении 1,2-1,4, при грубом необратимом поражении 1,0-1,18. Кроме того, дополнительно проводят электростимуляцию исследуемых участков мозга, повторно определяют условный коэффициент К₂ и по величине его изменения по отношению к К₁ судят о границах изменения тканей спинного мозга. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения жизнеспособности нервной ткани спинного мозга, заключающийся в определении условного коэффициента, который получают путем деления импеданса ткани измеренного при низкой частоте электрического тока на импеданс той же ткани при высокой частоте электрического тока, отличающийся тем, что определение условного коэффициента осуществляют на основе измерения истинного тканевого импеданса по тетраполярному методу в пораженных и интактных участках спинного мозга и по величине условного коэффициента судят о степени жизнеспособности нервной ткани спинного мозга при нормальной жизнеспособности KI 1,5 1,7, при частичном поражении KI 1,2 1,4, при грубом нарушении жизнеспособности KI 1,0 1,18. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно проводят электростимуляцию исследуемых участков спинного мозга, повторно определяют условный коэффициент К2 и по величине его изменения по отношению к KI устанавливают границы нарушения жизнеспособности ткани спинного мозга.