Войти
| Нейромодуляция | |
|---|---|
| [редактировать в Викиданных ] |
Нейромодуляция - это «изменение нервной активности посредством целевой доставки стимул, такой как электрическая стимуляция или химические вещества, к определенным неврологическим участкам тела ". Его проводят для нормализации - или модуляции - функции нервной ткани. Нейромодуляция - это развивающаяся терапия, которая может включать ряд электромагнитных стимулов, таких как магнитное поле (rTMS ), электрический ток или лекарство, вводимое непосредственно в субдуральное пространство (интратекальное лекарство). Доставка). Новые приложения включают целенаправленное введение генов или генных регуляторов и света (оптогенетика ), и к 2014 году это было как минимум продемонстрировано на моделях млекопитающих или были получены первые данные на людях. Самый клинический опыт был связан с электростимуляцией.
Нейромодуляция, электрическая или магнитная, использует естественный биологический ответ организма, стимулируя активность нервных клеток, которые могут влиять на популяцию нервов, высвобождая передатчики, такие как дофамин, или другие химические посредники, такие как пептид Вещество P, которое может модулировать возбудимость и паттерны возбуждения нейронных цепей. Могут также быть более прямые электрофизиологические эффекты на нервные мембраны как механизм действия электрического взаимодействия с нервными элементами. Конечный эффект - это «нормализация» функции нейронной сети от ее возмущенного состояния. Предполагаемые механизмы действия для нейростимуляции включают деполяризующую блокаду, стохастическую нормализацию нервного возбуждения, уменьшение кератоза нервного возбуждения и подавление колебаний нейронной сети. Хотя точные механизмы нейростимуляции не известны, эмпирическая эффективность привела к широкому применению в клинической практике.
Существующие и новые методы лечения нейромодуляции также включают применение при устойчивой к лекарствам эпилепсии, состояниях хронической головной боли и функциональной терапии, начиная от мочевого пузыря и кишечника или контроля дыхания до улучшения сенсорных дефицитов, таких как слух (кохлеарные имплантаты и слуховые имплантаты ствола мозга ) и зрение (имплантаты сетчатки ). Технические улучшения включают тенденцию к минимально инвазивным (или неинвазивным) системам; а также более мелкие и более сложные устройства, которые могут иметь автоматическое управление с обратной связью и условную совместимость с магнитно-резонансной томографией.
Нейромодуляционная терапия была исследована для других хронических состояний, таких как болезнь Альцгеймера, депрессия, хроническая боль и в качестве дополнительного лечения при выздоровлении после инсульта.
Электрическая стимуляция с использованием имплантируемых устройств вошла в современное использование в 1980-х годах, и ее методы и применения продолжают применяться развиваться и расширяться. Это методы, при которых требуется операция по установке электрода. Стимулятор с батареей, похожий на кардиостимулятор, также может быть имплантирован или может оставаться вне тела.
Как правило, системы нейромодуляции передают электрические токи и обычно состоят из следующих компонентов: эпидуральный, субдуральный или паренхимальный электрод, вводимый с помощью минимально инвазивных игл (так называемые чрескожные отведения) или открытое хирургическое воздействие на цель (хирургические электроды типа «лопатка» или «сетка») или стереотаксические имплантаты для центральной нервной системы и имплантированный генератор импульсов (IPG). В зависимости от удаленности от точки доступа к электродам в систему также может быть добавлен удлинительный кабель. IPG может иметь либо неперезаряжаемую батарею, требующую замены каждые 2–5 лет (в зависимости от параметров стимуляции), либо перезаряжаемую батарею, которая пополняется через внешнюю индуктивную систему зарядки.
Несмотря на то, что большинство систем работают через постоянную серию стимуляции, в настоящее время появилась так называемая стимуляция с прямой связью, когда активация устройства зависит от физиологического события, такого как эпилептический припадок.. В этом случае устройство активируется и подает десинхронизирующий импульс в область коры головного мозга, которая подвергается эпилептическому припадку. Эта концепция стимуляции с прямой связью, вероятно, станет более распространенной по мере обнаружения и проверки физиологических маркеров целевых заболеваний и нервных расстройств. Стимуляция по запросу может способствовать увеличению срока службы батареи, если требования системы к зондированию и обработке сигналов достаточно энергоэффективны. Новые конструкции электродов могут обеспечить более эффективную и точную стимуляцию, требуя меньшего тока и минимизируя нежелательную боковую стимуляцию. Кроме того, чтобы решить проблему предотвращения миграции свинца в области тела, которые подвержены движению, например поворотам и наклонам, исследователи изучают возможность разработки небольших систем стимуляции, которые заряжаются по беспроводной связи, а не через электрический провод.
Стимуляция спинного мозга - это форма инвазивной нейромодуляционной терапии, широко используемая с 1980-х годов. Его основное применение - это обратимая немедикаментозная терапия хронической боли управления, которая доставляет слабые электрические импульсы в спинной мозг. Пациентам, которые испытывают уменьшение боли на 50 процентов или более во время временного исследования, может быть предложен постоянный имплант, в котором, как и в случае с кардиостимулятором , имплантируемый генератор импульсов размером с секундомер помещается под кожа на туловище. Он подает слабые импульсы по тонким электрическим выводам, ведущим к небольшим электрическим контактам размером с рисовое зерно в той области позвоночника, которую нужно стимулировать.
Стимуляция обычно осуществляется в диапазоне 20–200 Гц, хотя в настоящее время появляется новый класс параметров стимуляции, в котором используется последовательность стимуляции 10 кГц, а также «импульсная стимуляция» 500 Гц. Поезда килогерцовой стимуляции применялись как к собственно спинному мозгу, так и к ганглию задних корешков у людей. Было показано, что все формы стимуляции спинного мозга имеют разную степень эффективности для лечения различных фармакорезистентных нейропатических или смешанных (нейропатических и ноцицептивных) болевых синдромов, таких как постламинэктомический синдром, боль в пояснице, комплексный регионарный болевой синдром, периферическая невропатия, заболевание периферических сосудов и стенокардия.
Общий процесс стимуляции спинного мозга включает временное сопровождение соответствующих пациентов с помощью внешнего генератора импульсов, прикрепленного к эпидуральным электродам, расположенным в нижних отделах грудного отдела спинного мозга. Электроды устанавливаются либо с помощью минимально инвазивной игольной техники (так называемые чрескожные отведения), либо с помощью открытого хирургического воздействия (хирургические электроды типа «лопатка»).
Выбор пациентов является ключевым моментом, и кандидаты должны пройти тщательный психологический скрининг, а также медицинское обследование, чтобы убедиться, что их болевой синдром действительно устойчив к лекарствам. После восстановления после процедуры имплантации пациент вернется к включенной и запрограммированной системе. В зависимости от системы программа может вызывать ощущение покалывания, которое покрывает большую часть болезненной области, заменяя некоторые болезненные ощущения более мягким массажным ощущением, хотя другие более современные системы не создают ощущения покалывания. Пациента отправляют домой с портативным пультом дистанционного управления, чтобы выключить или включить систему или переключиться между предварительно заданными параметрами стимуляции, а затем можно будет следить за настройкой параметров.
Другим инвазивным методом нейромодуляции, разработанным в 1980-х годах, является глубокая стимуляция мозга, которая может использоваться для уменьшения симптомов двигательного расстройства при болезни Паркинсона. болезнь, дистония или эссенциальный тремор. Стимуляция глубокого мозга была одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 1997 г. для лечения эссенциального тремора, в 2002 г. - для лечения болезни Паркинсона, а в 2003 г. Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и медикаментов США освободило гуманитарное устройство дистонии. Он был одобрен в 2010 году в Европе для лечения некоторых видов тяжелой эпилепсии. DBS также показал себя многообещающим, хотя все еще находится в стадии исследования, в отношении трудноизлечимых с медицинской точки зрения психиатрических синдромов депрессии, обсессивно-компульсивных расстройств, неизлечимой ярости, деменции и патологического ожирения. Он также показал себя многообещающим при синдроме Туретта, кривошеи и поздней дискинезии. DBS-терапия, в отличие от стимуляции спинного мозга, имеет множество целей для центральной нервной системы, в зависимости от целевой патологии. При болезни Паркинсона мишенями центральной нервной системы являются субталамическое ядро, внутренний бледный шар и вентральное промежуточное ядро таламуса. Дистонии часто лечат с помощью имплантатов, нацеленных на внутренний бледный шар или, реже, на части вентральной таламической группы. Передний таламус является мишенью для эпилепсии.
Цели исследования DBS включают, но не ограничиваются следующими областями: Cg25 для депрессии, передняя конечность внутренней капсулы для депрессии, а также обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР)), центромедианное / парафасикулярное ядро, центромедианное таламическое ядро и субталамическое ядро на предмет ОКР, анорексии и синдрома Туретта, прилежащее ядро и вентральное полосатое тело также проверялись на депрессию и боль.
В этих методах используются внешние электроды для подачи тока на тело, чтобы изменить функционирование нервной системы.
Методы включают:
Магнитные методы нейромодуляции обычно неинвазивны: не требуется хирургического вмешательства, чтобы позволить магнитному полю проникнуть в тело, потому что магнитная проницаемость ткани аналогична воздуху. Другими словами: магнитное поле очень легко проникает в тело.
Два основных метода тесно связаны между собой, поскольку оба используют изменения напряженности магнитного поля - , индуцирующие электрические поля и ионные токи в теле. Однако есть различия в подходе и оборудовании. В рТМС стимуляция имеет высокую амплитуду (0,5–3 тесла ), низкую сложность и анатомическую специфичность достигается за счет сильно фокусного магнитного поля. В tPEMF стимуляция имеет низкую амплитуду (0,01–500 миллитесла), высокая сложность и анатомическая специфичность достигается за счет специфической частотной составляющей сигнала.
Химическая нейромодуляция всегда инвазивна, потому что лекарство доставляется в очень специфическое место тела. Неинвазивным вариантом является традиционная фармакотерапия, например проглатывая таблетку.
Электростимуляция нервной системы имеет долгую и сложную историю. Ранее практикующие глубокую стимуляцию мозга во второй половине 20-го века (Дельгадо, Хит, Хосбучи. Исторический обзор см. Хариз и др.) Были ограничены доступными технологиями. В 1950-х годах Хит стимулировал подкорковые области и подробно наблюдал за изменениями поведения. Новое понимание восприятия боли было положено в 1965 году, когда появилась теория ворот Стены и Мелзака. Хотя сейчас эта теория считается чрезмерно упрощенной, теория утверждала, что передачу боли от мелких нервных волокон можно преодолеть или «закрыть» ворота путем конкурирующей передачи по более широким волокнам сенсорного нерва. Основываясь на этой концепции, в 1967 году доктор Норм Шили из медицинской школы Western Reserve продемонстрировал первый стимулятор спинного отдела позвоночника для снятия боли с использованием конструкции, адаптированной Томом Мортимером, аспирантом Технологического института Кейса, на основе стимуляторов сердечного нерва. компании Medtronic, Inc., где у него был профессиональный знакомый, поделившийся схемой. В 1973 году Хосбучи сообщил об облегчении лицевой боли при денервации, вызванной анестезией dolorosa, за счет постоянной электрической стимуляции соматосенсорного таламуса, что положило начало эре глубокой стимуляции мозга.
Несмотря на ограниченный клинический опыт этих десятилетий, эта эпоха примечателен демонстрацией роли технологии в нейромодуляции, и есть несколько сообщений о случаях глубокой стимуляции мозга для решения множества проблем; реальные или мнимые. Дельгадо намекнул на силу нейромодуляции с помощью своих имплантатов в области перегородки крупного рогатого скота и на способность электростимуляции притуплять или изменять поведение. Дальнейшие попытки этой «модификации поведения» у людей были трудными и редко надежными и способствовали общему отсутствию прогресса в нейромодуляции центральной нервной системы с той эпохи. Попытки справиться с трудноизлечимыми болевыми синдромами увенчались большим успехом, но опять же были затруднены из-за качества технологий. В частности, так называемый «нулевой» электрод DBS (состоящий из контактной петли на конце) имел неприемлемую частоту отказов, и изменения были связаны с большим риском, чем пользой. В целом попытки использовать электрическую стимуляцию для «модификации поведения» были трудными и редко надежными, что замедляло развитие DBS. Попытки справиться с трудноизлечимыми болевыми синдромами с помощью DBS были более успешными, но опять же были затруднены из-за качества технологий. Ряд врачей, которые надеялись решить ранее неразрешимые проблемы, стремились разработать более специализированное оборудование; например, в 1960-х годах коллега Уолла Билл Суит нанял инженера Роджера Эйвери для изготовления имплантируемого стимулятора периферических нервов. Эйвери основал компанию «Эйвери», которая производила ряд имплантируемых стимуляторов. Незадолго до выхода на пенсию в 1983 году он представил данные, запрошенные FDA, которое начало регулировать медицинские устройства после встречи 1977 года по этой теме, касающейся DBS при хронической боли. Medtronic и Neuromed в то время также производили глубокие стимуляторы мозга, но, как сообщается, сочли, что комплексное клиническое испытание безопасности и эффективности на пациентах, которых трудно оценить, будет слишком дорогостоящим для размера потенциальной базы пациентов, поэтому не предоставили клинические данные по DBS. для лечения хронической боли в FDA, и это показание было отменено.
Однако примерно в это же время во Франции и в других местах DBS исследовали как заменитель поражения ядер мозга для контроля двигательных симптомов двигательных расстройств, таких как как болезнь Паркинсона, и к середине 1990-х годов эта обратимая, неразрушающая стимулирующая терапия стала основным применением DBS у соответствующих пациентов, чтобы замедлить прогрессирование двигательных нарушений от болезни и уменьшить побочные эффекты от долгосрочных, усиливающихся лекарств.
Параллельно с разработкой систем нейромодуляции для устранения двигательных нарушений, кохлеарные имплантаты были первой системой нейромодуляции, которая достигла широкого коммерческого распространения. для устранения функционального дефицита; они обеспечивают восприятие звука пользователями с нарушением слуха из-за отсутствия или повреждения сенсорных клеток (ресничек) во внутреннем ухе. Подход к электростимуляции, используемый в кохлеарных имплантатах, был вскоре изменен одним производителем, Boston Scientific Corporation, для разработки электрических выводов, которые будут использоваться при лечении состояний хронической боли с помощью стимуляции спинного мозга.
В 2012 году глобальная фармацевтическая компания GlaxoSmithKline объявила об инициативе в области биоэлектрической медицины, в которой влияние вегетативной нервной системы на иммунную систему и воспалительные заболевания можно было бы лечить с помощью электростимуляции, а не фармацевтических препаратов. Первыми инвестициями компании в 2013 году стала небольшая стартап-компания SetPoint Medical, которая занималась разработкой нейростимуляторов для лечения воспалительных аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит.
В конечном итоге, квест электрокосмических препаратов направлен на поиск электронейронных признаков заболевания. и на клеточном уровне в режиме реального времени воспроизводить более нормальную электрическую сигнатуру, чтобы помочь поддерживать нейронную сигнатуру в нормальном состоянии. В отличие от предыдущих методов нейромодуляционной терапии, этот подход не будет включать электрические провода, стимулирующие крупные нервы, спинной мозг или центры головного мозга. Это могут быть методы, которые появляются в семействе терапий нейромодуляции, такие как оптогенетика или некоторые новые нанотехнологии. Заболевания и состояния, которые обсуждались в качестве мишеней для будущей электроокевтической терапии, включают диабет, бесплодие, ожирение, ревматоидный артрит и аутоиммунные расстройства.
