Плюсы полюсов. Магниты приспосабливают для лечения мозга

28.07.19

Магнитное поле — явление, которое не перестает будоражить воображение обывателя. Болит голова — причина, конечно же, в магнитных бурях. Подскочило давление — магнитный браслет, наоборот, используется как панацея. Единого мнения о том, эффективна ли магнитотерапия, в мире пока нет. И все-таки можно ли хоть что-то вылечить с помощью магнитного поля? Разработчики различных магнитных стимуляторов обещают чуть ли не фантастические результаты. При этом подобные приборы продолжают совершенствоваться. Один из таких ученых, который применяет собственный подход, — доцент Департамента медицинской биохимии и биофизики Дальневосточного федерального университета Борис ЮНГ. В беседе с «Поиском» ученый рассказал о новом аппарате, который он разрабатывает.
— Борис Николаевич, как появилась идея магнитного стимулятора мозга? Как восприняли ее коллеги?
— В Медицинском центре Дальневосточного федерального университета я наблюдал за сложной хирургической операцией по вживлению электродов в мозг пациента по технологии «глубокая стимуляция мозга». Это один из способов лечения болезни Паркинсона. После включения стимулятора как по мановению волшебной палочки у больного прекращалась спонтанная тряска рук, ног, головы. Пациент начинал самостоятельно ходить, есть, появлялась мимика на лице. Такие результаты достигаются подавлением с помощью электрической стимуляции участков активности мозга, вызывающих постоянный тремор. Да, результаты впечатляющие.
Я давно занимаюсь магнитными полями, их влиянием на человека, в том числе продольного магнитного поля. Считается, что электромагнитная волна — это поперечные колебания среды. Я придерживаюсь версии, что существует и продольная составляющая волны, как в акустике. И у меня появилась идея: а нельзя ли решить те же задачи, что решали с помощью хирургических операций, прямым воздействием продольного электромагнитного излучения на определенные участки мозга, стимулируя таким образом адаптационные, резистентные и регуляторные возможности организма?
Здесь важно понимать, что северный и южный полюсы магнита по-разному действуют на клеточный обмен в живом веществе, процессы его поляризации и деполяризации. Уже никому не надо доказывать, что магнитные поля заметно влияют на физиологические процессы в человеке и нервную систему. Тем не менее мои коллеги сначала восприняли идею скептически. Свои сомнения они объясняли тем, что сформировать узкий «магнитный луч» невозможно.
— Наверняка вы не первый, кто задумался над подобной разработкой?
— Аналоги действительно есть — это приборы и аппараты транскраниальной (транс — «через», кранио — «череп», то есть «через череп») магнитной стимуляции фирм Brainsway (Израиль), NBS eXimia (Siemens, Германия), Magstim (Великобритания), Chiral Technology (Южная Корея) и других.
Суть работы таких типов магнитных стимуляторов мозга заключается в разряде конденсатора высокого напряжения на стимуляционную катушку из медного провода. Возникающее импульсное магнитное поле индуцирует в тканях тела стимулирующий ток, который улучшает обменные процессы в некоторых участках мозга. Кстати, метод вихревых токов уже давно применяется в магнитной дефектоскопии проводящих сред — это отработанная технология.
Она не позволяет точно воздействовать на глубокие структуры мозга. Кроме того, в аппаратах транскраниальной магнитной стимуляции применяют стимулирующие магнитные поля с индукцией 1,5-4,0 Тесла, превышающие допустимые санитарные нормы в 80-400 раз, а естественный фон магнитного поля Земли (на широте 50 градусов северной широты) — в 80 тысяч раз. Именно в связи с этим возникают побочные эффекты и введены противопоказания, связанные с безопасностью применения транскраниальной магнитной стимуляции. Побочные эффекты можно разделить на три основные группы: системные (соматические), психиатрические и неврологические.
— Почему эти приборы допущены до производства, если они нарушают санитарные нормы?
— Это не в моей компетенции. Дам только справку. Согласно приказу Минздрава РФ от 29 декабря 2012 года №1705н «О порядке организации медицинской реабилитации», аппараты транскраниальной магнитной стимуляции входят в «Стандарт оснащения стационарного отделения медицинской реабилитации пациентов с нарушением функции центральной нервной системы», «Стандарт специализированной
медицинской помощи при новообразованиях гипофиза», «Стандарт специализированной медицинской помощи при болезни Альцгеймера» и «Стандарт первичной медико-санитарной помощи детям при задержке полового развития».
Наша разработка обеспечивает безопасную для здоровья транскраниальную магнитную стимуляцию мозга. Параметры магнитного поля не превышают санитарные нормы. Еще одно отличие нашей технологии — в точной адресной стимуляции глубоких структур мозга. Могу добавить, что я являюсь автором трех патентов на способ транскраниальной магнитной стимуляции.
— В чем суть вашей разработки? Каковы новые возможности ее применения?
— Суть нашей разработки в точной стимуляции участков головного мозга вращающимся вокруг головы пациента сфокусированным магнитным полем. Центр вращения проходит через зону стимуляции мозга, а магнитный поток вне головы пациента — по гибкому магнитопроводу.
Наша технология дает возможность точной стимуляции глубоких структур мозга различными полюсами магнитов, причем либо только северным, либо только южным, оказывающими седативный или тонизирующий эффекты. Открываются новые возможности применения как в медицине — для диагностики и терапии — так и в когнитивных исследованиях — для понимания закономерностей функционирования мозга.
— На чем основано действие магнитного стимулятора мозга?
— С нашей точки зрения, есть два подхода — взаимосвязанных — для объяснения действия магнитного стимулятора на структуры мозга. Первый: в проводящих структурах мозга создается вихревой ток, величина которого зависит от импеданса (полное комплексное сопротивление) тканей мозга. В зависимости от частоты магнитного поля стимуляция происходит за счет поляризации клеток, крупных органических молекул или молекул воды. Этой точки зрения придерживаются разработчики аппаратов транкраниальной магнитной стимуляции, специалисты по вихретоковой дефектоскопии, электрофизики.
Второй подход: внешнее магнитное поле влияет на механизм работы натрий-калиевого насоса через клеточную мембрану. Никто точно не знает механизм работы этого насоса при наложении внешнего магнитного поля.
Принято считать, что действие магнитных полей на метаболизм всех уровней организма связано с активным транспортом натрия и калия через цитоплазматическую мембрану. Перекачивание натрия и калия обеспечивает осморегуляцию в клеточном объеме, поддержание электрической активности в нервных и мышечных клетках, активный транспорт сахаров, аминокислот, белковый синтез, гликолиз, фотосинтез. Этой точки зрения придерживаются биофизики.
— Какие проблемы поможет решить магнитный стимулятор?
— Магнитный стимулятор мозга поможет решить задачи неинвазивной диагностики и лечения. Он может применяться в различных областях медицины — из-за седативного и тонизирующего эффектов магнитного поля. Может использоваться при травматических повреждениях спинного мозга и черепных нервов, моторных нарушениях и спастичности, психических заболеваниях и обострении шизофрении, болезнях Паркинсона, Альцгеймера, слуховых галлюцинациях и наследственных дегенеративных болезнях, эпилепсии и мигрени.
Магнитные стимуляторы мозга уже активно используются, например, в исследовании процессов мозга (для этого измеряют продолжительность подавления мышечной активности под действием магнитного стимула), а также для изучения возбудимости коры головного мозга (для этого измеряют амплитуды моторного вызванного потенциала поочередным действием двух магнитных стимулов разной интенсивности).
Магнитный стимулятор мозга позволит не только стимулировать и изучать функции глубоких структур мозга, но и восстанавливать память и развивать нейроресурсы мозга точным воздействием на область гипоталамуса — с использованием обратной связи. Возможность формирования вектора индукции сфокусированного продольного магнитного поля, состоящего из одного полюса магнита, только северного или только южного, открывает совершенно новые возможности применения в медицине, особенно в когнитивных исследованиях, для точечной активизации или подавления определенных зон мозга. Перспективным представляется применение нашей разработки и в терапии трудноизлечимых заболеваний для адресной доставки лекарств на основе наночастиц.
— На какой стадии находятся ваши разработки?
— Разработка магнитного стимулятора находится на стадии отладки экспериментального образца. Создана 3D-модель аппарата в формате STL (формат для хранения трехмерных моделей объектов для использования в аддитивных технологиях). На 3D-принтере отпечатаны отдельные узлы и блоки по технологии FDM (Fused deposition modeling означает моделирование методом послойного наплавления).
В качестве излучателей магнитного поля используем две катушки с бифилярной намоткой (близко расположенные параллельные обмотки) и концентраторы магнитного поля, соединенные гибким магнитопроводом. Мы завершили моделирование работы источников токовых импульсов специальной формы для согласования с временными параметрами натрий-калиевого обмена в клетках. Режим и программа работы магнитного излучателя будут задаваться врачом-нейрофизиологом в зависимости от целей стимуляции. В реализации проекта на этом этапе участвуют также программист, электронщик и нейрофизиолог.
Наша технология отличается простотой и универсальностью. Другие достоинства — точность управления дозированием воздействия и возможность последующих изменений для отладки и модернизации экспериментального образца. Надеюсь, что с помощью нашего магнитного стимулятора удастся решить некоторые важные проблемы неврологии в медицине и когнитивной психиатрии для понимания закономерностей функционирования мозга.

Фирюза ЯНЧИЛИНА