Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ESTIMATION OF EFFICIENCY OF LIQUOROSORPTION AT NEUROSURGICAL VASCULAR PATHOLOGY OF A BRAIN WITH USE OF THERMO-IMPEDANCEMETRY

Ivanova N.E. 1 Shadrin E.B. 2 Vaskova N.L. 1 Pashkevich M.E. 3 Ivanov A.Y. 1
1 Russian Scientific Research Institute of Neurosurgery named after prof. A.L.Polenov» the branch of «Northwestern Federal Medical Scientific Research Center named after V.A. Almazov
2 Ioffe Institute of Russia Academy of Science
3 Peter the great St.-Petersburg polytechnic university
Ликворосорбция была проведена в 13 наблюдениях с нейрохирургической сосудистой патологией головного мозга (разрыв аневризмы, субарахноидальное кровоизлияние – 5 наблюдений, ишемический инсульт – 8). В качестве основных индикаторов функционирования гематоэнцефалического барьера и степени выраженности ишемии использованы показатели уровня общего белка, концентрации глюкозы, активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), аспартатаминотрансферазы (АСТ) в ликворе и проанализированы данные этих показателей до и после ликворосорбции. Исследование термоимпедансометрии ликвора произведено с помощью установки для измерения температурной зависимости электрического импеданса кюветы с исследуемой жидкостью. Установлено, что после проведения ликворосорбции значительно уменьшилась концентрация общего белка, глюкозы и ферментов, что показывает эффективность ликворосорбционного метода. Существенно изменилась форма термоимпедансометрической кривой: вместо монотонного температурного изменения электрической емкости кюветы с ликвором, возникла кривая с максимумами и минимумами, характерная для отсутствия патологии. Одновременно увеличилась температура фазового перехода глобула-клубок в белках ликвора. Метод термоимпедансометрии позволяет оценить эффективность ликворосорбции как лечебного метода.
Liquorosorption has been carried out at 13 patients with neurosurgical vascular pathology of a brain (having dug aneurysms with subarakhnoidal haemorrhage – 5 patients and 8 – patients with ischemic insult). Concentration of glucose, LDG, nuclear heating plant and a level of the common protein have been used as the basic indicators of quality of functioning of an hematoecefallical barrier and degrees of expressiveness of an ischemia. After that the comparison of numerical values of these parameters before and after liquorosorption has been carried out. Investigation of the liquor thermo-impedancemetry is performed with the help of special devices for measurement of temperature dependence of an electric impedance container with a cerebrospinal liquid. It is established, that after performance of liquorosorption the concentration of the common protein, glucose and enzymes has been considerably decreased that shows the efficiency of the liquorosorption method. The form of thermo-impedancemetry curve has deeply changed: instead of a monotonous temperature change of capacity container a curve with maxima and minima has arisen, that is tipical for decreasing of pathology. The temperature of globule-ball phase transition in liqour albumins has simultaneously increased, that also shows reduction of pathology. The thermo-impedancemetry method allows to estimate efficiency of liquorosorption as a method of treatment.
protein
phase transition
thermo-impedancemetry
neurosurgical diseases
csf

Изменение белкового состава ликвора при ишемическом и геморрагическом инсульте зависит от степени тяжести процесса, его локализации, близости очага к ликворным путям, выраженности субарахноидального кровоизлияния. При этом обычно наблюдается увеличение концентрации белка, которое обусловлено некрозом мозговой ткани, и повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера [1,5,6,7,8].

Ликворосорбция - методика экстракорпоральной санации ликвора с применением активных сорбентов, приводящая к снижению концентраций иммуноглобулинов и ферментов в ликворе, в дальнейшем – активации функциональных резервов нейронов, не подвергшихся необратимым изменениям в зоне сниженной перфузии мозгового вещества при ишемии головного мозга [2,3,4].

Цель работы: оценка эффективности ликворосорбции при нейрохирургической сосудистой патологии головного мозга с использованием термоимпедансометрии.

Материалы: ликворосорбция была проведена в 13 наблюдениях с нейрохирургической сосудистой патологией головного мозга (разрыв аневризмы сосудов головного мозга, субарахноидальное кровоизлияние – 5 наблюдений, ишемический инсульт, стеноз внутренней сонной артерии – 8). Средний возраст пациентов, у которых производилась термоимпедансометрия ликвора, составил 43,9±16,1 лет. Все больные были оперированы: произведено микрохирургическое клипирование аневризм развилки средней мозговой артерии и супраклиноидного отдела внутренней сонной артерии; в наблюдениях с ишемическим инсультом произведена каротидная эндартериоэктомия и наложен экстра-интракраниальный анастомоз. В послеоперационном периоде в связи с тяжестью состояния больных и высоким содержанием белка в ликворе принималось решение о ликворосорбции.

Методы: диагностический нейрохирургический комплекс (у всех пациентов проводился неврологический осмотр, балльная оценка степени тяжести состоя­ния по шкале ком Глазго, по шкале инсультов NIHSS, по шкале Рэнкин, компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, ангиография, электроэнцефалография, УЗИ сосудов мозга).

До и после проведения ликворосорбции контролиро­вались количество общего белка, концентрация глюкозы, активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ), аспартатаминотрансферазы (АСТ) в ликворе как основных индикаторов функции гематоэнцефалического барьера и выраженности ишемии.

Для получения ликвора использовали проводимую в диагностических и лечебных целях люмбальную пункцию. Полученный ликвор отправляли на общее ликворологическое исследование (определение общего белка, цитоза, количество эритроцитов).

Специальным методом исследования в нашей работе являлась термоимпедансометрия ликвора, биофизической основой которой служило измерение полного электрического импеданса образца ликвора, которое осуществлялось в примененной для этого установке фазометрическим методом. Изменения температурного импеданса ликвора связано с поляризуемостью белковых молекул, входящих в состав ликвора, при совершении термического фазового пере­хода глобула-клубок. С помощью данной методики мы впервые смогли провести исследование ликвора биофизическим способом, сопоставляя при анализе результатов неврологический статус и биохимиче­ский состав ликвора

Исследование термоимпедансометрии проводилось на специализированной установке, предназначенной для определения электрических параметров жидкости (патент РФ № 220539, 2003 г.). Объём ликвора, помещенного в кювету, составлял 1,2 мл [3].

На ре­гистрирующем устройстве фиксировался ход темпе­ратурной зависимости разности фаз рабочего и опор­ного напряжений в виде термоимпедансметрической кривой. На следующем этапе осуществлялось раз­ложение термоимпедансметрической кривой на гауссианы. В дальнейшем выполнялся статистический корреляционный анализ между параметрами кривой и общим белком, цитозом, концентрацией эритроци­тов и значениями оценки состояния пациента по шка­лам оценки тяжести состояния.

Рис. 1. Графическое представление основных параметров экспериментальных термоимпедансометрических кривых

Результаты. После проведения ликворосорбции заметно снижались показатели общего белка в 2,2 раза, глюкозы – в 3,89 раз, ЛДГ – в 3,05, АСТ – в 4,8 раз, что показывает эффективность проведенного метода, приводящего к снижению белкового, углеводного и ферментного состава ликвора. Неизменность концентрации альбумина в результате проведения ликворособции указывает на то, что вариации белкового состава ликвора обусловлены снижением концентрации в ликворе высокомолекулярной глобулиновой фракции. Вслед за этим был проведен сравнительный анализ параметров кривой и показателей термоимпедансометрии.

После проведения ликворосорбции основные показатели термоимпедансометрии увеличивались, но уменьшалась высота кривой. Кривая смещалась в сторону высоких температур, то есть показатели кривой с меньшими температурными значениями изменялись на более высокие. В частности, выросла температура фазового перехода. Эти изменения связаны с уменьшением в ликворе концентрации белка и, тем самым, изменением органического состава ликвора, а также с тем, что белковая молекула после ликворосорбции становится более устойчивой. Это приводит к тому, что при нагреве в процессе термоимпедансометрии больше тепловой энергии тратится на разрыв молекулярных связей, и соответствующие конформационные изменения происходят при более высоких температурах позже, чем до ликворосорбии (рисунок 2). Все это приводит к сдвигу кривой в высокотемпературную сторону.

Рис. 2. Типичные кривые термоимпедансометрии до и после ликворосорбции. t2, t3 – температуры фазового перехода

При обработке статистических данных были получены следующие коэффициенты корреляции между показателями параметров кривой термоимпедансометрии, общим белком, глюкозой, ЛДГ, АСТ до и после ликворосорбции (таблицы 1,2).

Таблица 1

Коэффициенты корреляции до ликворосорбции между общим белком, глюкозой, ЛДГ, АСТ и показателями параметров кривой термоимпедансометрии (n=13)

Пока-затели

t2

Δt2

t3

Δt3

ht2

/ht3

S

t2

/Δt2

t3

/Δt3

t3-t2

Тфп

ΔH

Раз-мах

Выраженость

Δy/Δн

Разрешение

Δt2+Δt3

t3-t2

Общий белок

-0,2

+0,3

0,08

-0,53

0,64

0,53

-0,29

-0,07

0,06

-0,36

0,19

-0,24

0,41

Глюкоза

-0,47

-0,50

0,09

-0,05

-0,41

-0,7

0,03

0,30

0,34

-0,40

-0,47

-0,40

-0,70

ЛДГ

-0,23

-0,19

0,07

-0,15

0,07

-0,04

0,24

0,25

0,24

0,30

0,03

0,41

-0,14

АСТ

-0,05

-0,01

0,06

-0,02

0,20

0,29

0,23

0,30

0,01

0,40

0,05

0,67

0,24

Примечания

1. Разложение термоимпедансметрической кривой на гауссианы выполнялось в программе «ORIGIN 8.0».

2. Показатель S представляет собой площадь под главной гауссианой. В нашем случае – это гауссиана, вершина которой расположена при температуре Т2. Обозначение Т2 совпадает с обозначением t2 (Т2=t2). Площадь под гаусовой кривой (сокращенно «гауссианой») программой «ORIGIN 8.0» вычисляется по правилу трех сигм. Это правило состоит в следующем:

- На уровне, равном 0,56 от максимальной высоты гауссианы, проводится горизонтальная линия до пересечения с самой гауссианой.

- Измеряется температурный интервал между полученными точками пересечения и делится пополам. Полученное таким образом значение называется полушириной гауссовой кривой. Это и есть сигма, то есть ?=?T2/2.

- От центральной вертикальной линии, которая проведена в максимум гауссианы, влево и вправо от нее откладывается по шкале температур три полуширины, то есть три сигмы.

- Программой «ORIGIN 8.0» вычисляется площадь криволинейной трапеции, боковыми сторонами которой являются вертикальные линии, проведенные на температурах Т2-3?T2/2 и Т2+3?T2/2, основанием является ось абсцисс, а верхней линией является участок гауссианы между вертикальными линиями. Эта площадь равна показателю S.

3. Параметры Δt2 и Δt3 представляют собой ширины соответствующих гауссиан.

4. Температура Тфп фазового перехода глобула – клубок определяется следующим образом: методом фитинга программа «ORIGIN 8.0» аппроксимирует спадающий участок гауссианы функцией F(T) = (Tфп - T)-?, где ? – критический индекс фазового перехода, а Тфп – температура фазового перехода. Число итераций при фитинге определяется относительной ошибкой фитинга из соображений, согласно которым она не должна превышать 0,01 %. Полученное значение Тфп используется в дальнейшем при вычислении коэффициентов корреляции.

Данные таблицы (1) показывают, что до ликворосорбции были получены высокие коэффициенты корреляции между параметрами кривой, выделенными в таблице, и общим белком, глюкозой, ферментами. Наибольшие значения коэффициентов корреляции соответствуют корреляциям между показателями разрешения кривой и глюкозой (r=-0,70), а также между АСТ и выраженностью на кривой области фазового перехода глобула-клубок (r=+67).

Таблица 2

Коэффициенты корреляции после ликворосорбции между общим белком, глюкозой, ЛДГ, АСТ и показателями параметров кривой термоимпедансометрии (n=13)

Пока-затели

t2

Δt2

t3

Δt3

ht2

/ht3

S

t2

/Δt2

t3

/Δt3

t3-t2

Тфп

ΔH

Раз-мах

Выраженость

Δy/Δн

Разрешение

Δt2+Δt3

t3-t2

Общий белок

0,12

0,39

0,16

0,004

0,04

0,24

0,50

-0,02

0,03

0,36

0,32

-0,02

-0,27

Глюкоза

-0,35

-0,02

0,01

0,11

-0,34

-0,2

-0,17

-0,28

0,24

-0,02

0,02

-0,06

-0,62

ЛДГ

0,04

-0,19

0,31

-0,04

0,06

0,45

-0,52

0,18

0,19

0,22

-0,22

-0,20

-0,19

АСТ

0,12

-0,003

0,33

0,45

0,60

-0,53

0,29

0,62

-0,26

0,24

0,24

0,13

0,57

После ликворосорбции коэффициенты корреляции ниже, чем до ликворосорбции, но по-прежнему сохраняются высокие коэффициенты корреляции между разрешением кривой и глюкозой (-0,62), разрешением кривой и АСТ (+0,57).

После проведенной ликворосорбции у всех пациентов отмечалась положительная динамика в виде улучшения оценки по шкале инсультов NIHSS и Рэнкин, уменьшения двигательных и чувствительных нарушений, улучшения речи и координации. Все пациенты в компенсированном состоянии были выписаны по месту жительства (Рис. 3 А,Б).

АОписание: Редько

Б

Рис. 3. Кривая термоимпедансометрии до (А) и после (Б) ликворосорбции

Пациент Р., 52 лет, и/б № 1300-03, диагноз: атеросклероз сосудов головного мозга. Гипертоническая болезнь 3 степени. Последствия повторных ОНМК по ишемическому типу в бассейне правой средней мозговой артерии от 05.2000, в ВББ от 05.2002. Операции каротидная эндартериоэктомия справа, наложение экстраинтракраниального анастомоза справа.

Резюмируя, следует сказать, что после проведения ликворосорбции в ликворе резко уменьшается концентрация общего белка, глюкозы, ферментов, что доказывает эффективность данного метода терапии. Изменяется общий вид кривой термоимпедансометрии, а также увеличивается температура фазового перехода глобула-клубок с 62 °С до 84 °С.

Заключение

Нормальное функционирование ЦНС и её защита от влияния патологических факторов обеспечивается рядом собственных защитных механизмов. Наиболее полную информацию мо­гут дать только методы прижизненного исследования динамического состояния на различ­ных ста­диях патологического процесса для диагностики, прогнозирования и оценки адекват­нос­­ти проводимой терапии. Изучение свойств белков ликвора позволяет уточнить характер патоло­гического процесса. Основную роль в изменении биофизических параметров ликвора при многих заболеваниях играет трансформация конформационного состояния белков, входящих в состав ликвора. А именно, при повышении температуры происходит последовательное разру­ше­ние надмолекулярных структур белковых молекул, завершающееся их денатурацией и пере­хо­дом из глобулярной конформации в клубковую.

После проведения ликворосорбции с уменьшением показателей количества общего белка, «высокомолекулярной глобулярной фракции», глюкозы, а также ферментного состава ликвора происходит трансформация кривой и изменение численных значений показателей термоимпедансометрии в виде увеличения температуры фазового перехода «глобула-клубок», роста общих параметров кривой и смещения её как целого в высокотемпературную область. Наблюдаемые изменения связаны с вызванным ликворособцией повышением термической устойчивости белковых молекул ликвора и обусловлены ростом удельной энергии молекулярных химических связей. Таким образом, метод термоимпедансометрии позволяет контролировать эффективность ликворосорбции при нейрохирургической сосудистой патологии (внутричерепных аневризматических кровоизлияниях и ишемическом инсульте).