32. Metody badania struktury i czynności układu nerwowego.

W celu podrażnienia, czyli zwiększenia aktywności ośrodka mózgowego, a także rdzeniowego, stosuje się drażnienie elektryczne, chemiczne, osmotyczne, termiczne. Ponadto wyłączanie ośrodków nerwowych trwale lub tymczasowo.

Rozwój nieinwazyjnych technik badania mózgu - początkowo tylko elektroencefalografii,

EEG (Hans Berger, 1929).

Elektroencefalografia (EEG) jest nieinwazyjną metodą rejestracji spontanicznej czynności bioelektrycznej mózgu przy pomocy elektrod umieszczonych na powierzchni głowy (elektroencefalogram). Sam zapis otrzymany przy pomocy tej metody nazywa się elektroencefalogramem (oznacza się go także skrótem EEG). Badanie polega na odpowiednim rozmieszczeniu na powierzchni skóry czaszki elektrod, które rejestrują zmiany potencjału elektrycznego na powierzchni skóry, pochodzące od aktywności neuronów kory mózgowej i po odpowiednim ich wzmocnieniu tworzą z nich zapis - elektroencefalogram. Jeśli elektrody umieści się bezpośrednio na korze mózgu (np. podczas operacji) badanie nosi nazwę elektrokortykografii (ECoG). Pierwszy polski zapis EEG został zarejestrowany przez Adolfa Becka, który swoją pracę opublikował w 1890 r. Pierwsze badanie EEG na człowieku przeprowadził Hans Berger, psychiatra z Jeny.

Charakterystyka EEG - charakteryzuje się bardzo niską amplitudą rejestrowanego zapisu. Typowe EEG nie przekracza ok. 100 µV. Najwyższe wartości napięcia EEG, rejestrowane w czasie napadów padaczkowych mają zwykle kilkaset mikrowoltów. Można podać charakterystyczny dla EEG zakres częstotliwości, dla rutynowo rejestrowanych zapisów jest to przedział od 1 Hz do kilkudziesięciu Hz. W zapisie EEG człowieka wyróżnia się kilka rytmów, dla których jednym z parametrów charakterystycznych jest właśnie częstotliwość. I tak rytm delta zawiera się w granicach 1 - 4 Hz, theta 4 - 8 Hz, alfa 8 - 13 Hz i beta powyżej 13 Hz. Rytmy te występują u ludzi w różnych warunkach i w różnym wieku. Obecnie można zauważyć stopniowe odchodzenie od badań EEG na rzecz badań neuroobrazujących takich jak tomografia komputerowa czy też rezonans magnetyczny. Badanie EEG jest natomiast cały czas niezbędne tam, gdzie należy analizować funkcję mózgu, a nie struktury anatomiczne. Do podstawowych zastosowań EEG zalicza się dziś diagnostykę padaczki, gdzie jest ono wykorzystywane łącznie z innymi badaniami.

MEG, magnetoencefalografia: podobnie jak EEG, ale pozwalają dotrzeć do głębszych źrodeł.

Zalety: szybkozmienne sygnały. Wady: kosztowna aparatura, trudna interpretacja.

Magnetoencefalografia (MEG) — technika obrazowania elektrycznej czynności mózgu za pomocą rejestracji pola magnetycznego wytworzonego przez mózg (sygnały te są bardzo małe - femototesta, czyli 10^-15 (pole magnetyczne Ziemi jest miliard razy większe). Sygnały są odbierane przez wysokoczułe mierniki pola magnetycznego umieszczone w pobliżu czaszki badanego np. typu SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Jest to biomagnetor, umieszczany nad głową badanego i ważący 8 ton, w tym `termosie' znajdują się cewki, które są bezustannie kąpane w ciekłym helu (-268 stopni). MEG wykorzystywane jest w badaniach naukowych mających na celu określenie funkcji poszczególnych ośrodków w mózgu; diagnostyce klinicznej, jako badanie wykonywane w trakcie operacji neurochirurgicznych w celu zlokalizowania rejonów patologicznych. MEG pozwala na mapowanie mózgu w czasie rzeczywistym. Rozdzielczość przestrzenna podobna jak przy fMRI, czyli około 2mm.

Arteriografia lub angiografia: po wstrzyknięciu kontrastu wykonuje się zdjęcia

rentgenowskie, obrazuje tętnice. Kluczowa dla neurologii i neurochirurgii.

Arteriografia, badanie mające na celu uwidocznienie tętnic (np. aorty, tętnic nerkowych, tętnic mózgu) niewidocznych na “zwykłym” zdjęciu rentgenowskim. Arteriografia polega na wprowadzeniu do badanej tętnicy specjalnego środka - kontrastu - nietoksycznego dla organizmu, a widzialnego w promieniach rentgenowskich, który wypełnia naczynie. Wykonuje się wtedy serię zdjęć, uwidaczniających przebieg i budowę tętnicy.

Angiografia, metoda badania radiologicznego naczyń różnego rodzaju (krwionośnych, chłonnych) po wprowadzeniu do nich środków cieniujących (najczęściej przez nakłucie skóry bezpośrednio do danego naczynia bądź przez cewnik do pożądanego punktu układu naczyniowego). Podstawowymi metodami diagnostycznymi układu krwionośnego są: arteriografia (angiografia tętnic) i flebografia (angiografia żył), ponadto stosuje się: limfografię (angiografię naczyń limfatycznych), portografię (angiografię żyły wrotnej), koronarografię (angiografię naczyń wieńcowych). Zdjęcia angiograficzne naczyń krwionośnych, szczególnie tętnic, wymagają serii krótkoczasowych zdjęć, szybko następujących po sobie, do czego niezbędny jest przyrząd zwany seriografem. Angiografia, szczególnie arteriografia, pozwala ocenić stan narządu oraz twory patologiczne, np. nowotwory czy torbiele (dotyczy to nerek, wątroby i in. narządów miąższowych).

Tomografia rentgenowska CAT (osiowa tomografia komputerowa): można wykryć guzy, dobrze widoczne różnice płyn CSF, kość, tkanka miękka, ale słabo widoczne tkanki.

Wiązka krąży wokół głowy, z licznikiem po drugiej stronie. Dość bezpieczna i tania.

CAT - czyli po prostu tomografia komputerowa. Wykorzystuje ona promieniowanie rentgenowskie używa jej się głównie w medycynie. Jest tania, ale jednocześnie niezdrowa i obraz mózgu nie jest najlepszy.

Pozytonowa tomografia emisyjna (PET): wykrywa wprowadzony do krwi promieniotworczy znacznik (np. glukoza z węglem 11C) podlegający rozpadowi beta i wysyłający pozytony.

Pozytony anihilują z elektronami dając pary kwantow gamma, wykrywanych przez pary licznikow wokoł głowy. Konieczny jest akcelerator do wytwarzania krotkotrwałych substancji promieniotworczych, 11C, 18F, 15O, 13N.

Umożliwia obrazowanie przepływu krwi na bieżąco, wykrywanie ognisk padaczki, guzow mozgu, bardzo czuły na obecność śladowych ilości wybranych substancji (np. dopaminy).

Eksperymenty psychologiczne - zwiększona praca danego obszaru zwiększa zapotrzebowanie na energię = dopływ krwi. PET po raz pierwszy pokazał lokalizację wielu funkcji psychicznych, stosowany w medycynie molekularnej.

Rok 2007 - 2 PET w Polsce, w tym Instytut Onkologii w Gliwicach\

PET - pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa. Metoda ta jest zdecydowanie droższa, ale też wielokrotnie lepsza i zdrowsza. W tej metodzie rejestruje się promieniowanie powstające podczas anihilacji pozytonów (anihilacja - proces oddziaływania cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony (zasada zachowania pędu nie dopuszcza możliwości powstania jednego fotonu - zawsze powstają co najmniej dwa) o sumarycznej energii równoważnej ich masom, zgodnie ze słynnym wzorem Einsteina: E=mc²). Źródłem pozytonów jest podana pacjentowi substancja promieniotwórcza - radioaktywna deoksyglukoza, która jest pochodną glukozy - najważniejszego substratu energetycznego w mózgu. Jej modyfikacja strukturalna pozwala na to, że deoksyglukoza może wejść w komórki, gromadzi się ona w miejscach o dużej aktywności i dzięki temu pozwala na mapowanie aktywności funkcjonalnej mózgu. Deoksyglukoza używana w badaniach PET jest oznakowana izotopem: 18Fluorem (fluorodeksyglukoza). Inne radioaktywne znaczniki stosowane w PET: tlen, woda, benzodiazepiny, ligandy receptorów dopaminy, serotoniny i opioidów. PET stosuje się w medycynie nuklearnej głównie przy badaniach mózgu, serca, stanów zapalnych niejasnego pochodzenia oraz nowotworów. Umożliwia wczesną diagnozę choroby Huntingtona. Zastosowanie PET wpłynęło na znaczne poszerzenie wiedzy o etiologii i przebiegu w przypadku choroby Alzheimera, Parkinsona czy różnych postaci schizofrenii. Dzięki diagnostyce PET istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo rozpoznania nowotworów (w około 90% badanych przypadków). Takiego wyniku nie daje się osiągnąć przy pomocy żadnej innej techniki obrazowania. PET daje także możliwość kontroli efektów terapeutycznych w trakcie leczenia chorób nowotworowych, np. za pomocą chemioterapii.

Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), zwany rezonansowym obrazowaniem

magnetycznym (MRI).

Anatomiczny MRI: rezonans jąder wodoru, pozwala mierzyć gęstość tkanki, duża rozdzielczość rzędu 1 mm. Rekonstrukcja 3-D w różnych przekrojach

Jedną z technik tomografii jest MRI - obrazowanie rezonansu magnetycznego. Jest to zupełnie nieinwazyjna metoda. Obrazowanie MRI największe zastosowanie znajduje w badaniach głowy, a zwłaszcza mózgu. Umożliwia nie tylko ogólny ogląd struktury mózgu, lecz także pozwala na dokonanie w miarę precyzyjnego pomiaru objętości mózgu, rozmiarów poszczególnych płatów i innych struktur itd. (wolumetria), co wcześniej było możliwe tylko w pośmiertnym badaniu mózgu.

fMRI, funkcjonalny MRI: wykorzystuje rezonans z udziałem jąder tlenu, pokazuje sygnał BOLD (Blood Oxygen-Level Dependent), czyli przepływ utlenionej krwi. Nieco tańszy od PET, nie wymaga izotopów, wykorzystuje bardzo silne pole magnetyczne (stosuje się 3 Tesla dla ludzi, 7 Tesla dla zwierząt).

SPECT, Single Photon Emission Computed Tomography, lub scyntygrafia:

spektroskopia pojedynczych fotonów z promieniotwórczych jąder ksenonu 133, jodu lub technetu. Tłumienie zależy od tkanki, przez którą przechodzą fotony, powoduje to słabą rozdzielczość.

Pozwala wykryć rożne substancje, dlatego jest to technika ważna dla medycyny..

Pozwala używać związkow pochłanianych przez specyficzne struktury mózgu.

Rozdzielczość czasowa rzędu 1 min, przestrzenna kilka cm.

fMRI - Funkcjonalny magnetyczny rezonans jądrowy - to wyspecjalizowana odmiana obrazowania rezonansu magnetycznego. Za pomocą tej metody mierzona jest hemodynamiczna odpowiedź ośrodkowego układu nerwowego. Od początku lat dziewięćdziesiątych fMRI stał się dominującą metodą obrazowania mózgu ze względu na niską inwazyjność, brak promieniowania jonizującego i stosunkowo szeroki dostęp.

Badania SPECT - tomografia emisyjna pojedynczych fotonów - single photon emission computed tomography - oparte są na najnowszych metodach obrazowania mózgu i wykrywania dysfunkcji. Jest to stosunkowo nowa i mało rozpowszechniona metoda diagnozowania zaburzeń mózgowia, znacznie różniąca się od encefalografii i rezonansu magnetycznego. Jest to złożona metoda badawcza z dziedziny medycyny nuklearnej, umożliwiająca wizualizację przepływu mózgowego krwi i jego metabolizmu. W metodzie tej radioaktywny izotop przyłączony jest do nośnika mającego równocześnie powinowactwo do komórek w mózgu, możliwość pokonywania bariery krew-mózg oraz gromadzenia się w ilości proporcjonalnej do metabolizmu danej okolicy. Emitowane promieniowanie gamma rejestrują czujniki umieszczone w specjalnej kamerze połączonej z komputerem. Badanie trwa około 15 minut. W trakcie typowego badania do czujników dociera w przybliżeniu dziesięć milionów impulsów gamma, a superkomputer przetwarza te informacje i prezentuje w postaci złożonych map przepływu/metabolizmu mózgowego i udostępnia na trójwymiarowych obrazach. Lekarze oraz badacze wykorzystują te mapy zestawiając je z obrazami prawidłowej czynności zdrowego mózgu oraz obrazami mózgu osób chorych psychicznie lub cierpiących na zaburzenia neurologiczne. Cyfrowa obróbka danych uzyskanych z kolejnych położeń głowicy lub głowic umożliwia uzyskiwanie obrazów przestrzennych lub przekrojów ciała. Oprogramowanie systemu umożliwia operatorowi cyfrową obróbkę uzyskanego obrazu. Metoda SPECT pozwala na badanie przepływu mózgowego, rozmieszczenia receptorów mózgowych a przy pomocy tzw. znaczników onkofilnych umożliwia diagnostykę nowotworów mózgu.

Badanie aktywności ośrodków mózgowych metodą radioaktywnej 2-deoksyglukozy - sorry, ale nie kumam o co chodzi! :/

---