Geneza TMS. Część 1.

Geneza TMS. Część 1.

XX wiek i przyspieszający rozwój technologii przyniósł odkrycia, na bazie których lepiej poznano mózg człowieka. Metodycznie, krok po kroku, odkrywane są zasady regulacji neurofizjologicznej. Wykorzystywane w badaniach klinicznych techniki neuroobrazowania wskazują, w jaki sposób zbudowany jest ośrodkowy układ nerwowy, aczkolwiek mimo stale napływających danych poziom skomplikowania mózgowia, jego zdolności samonaprawy i powiązania z innymi układami narządów nadal zaskakują.

Do niektórych odkryć się dąży, inne są dziełem przypadku. Badając pobudliwość mięśni i przewodnictwo nerwowo-mięśniowe stworzono aparaturę, która finalnie stała się wstępem do nowego rozdziału w obszarze leczenia zaburzeń neurologicznych i neuropsychiatrycznych. Od budowy pierwszego stymulatora magnetycznego w latach 80 minęło niemalże 30 lat i przez ten czas udoskonalono zarówno osprzęt dostarczający odpowiednio silnych impulsów elektrycznych, jak i cewkę stymulującą, w której powstałe pole magnetyczne zdolne jest do przenikania w głąb struktur biologicznych.

Liczne badania naukowe umożliwiły postawienie tezy, według której by zaobserwować efekty biologiczne wywołane stymulacją magnetyczną, zarówno czas narastania pola magnetycznego, jak i jego siła, muszą być ściśle określone. Wobec tego wszelkie przez wieki wyczekiwane skutki „leczenia biomagnetycznego” nie miały prawa wystąpić. Zatem gdy zespół z Uniwersytetu Sheffield potwierdził możliwość oddziaływania poprzez impulsy elektromagnetyczny na nerw pośrodkowy zlokalizowany w nadgarstku, otworzyło to furtkę do opracowania przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (transcranial magnetic stimulation, TMS). Na tamten moment skupiano się nad bezbolesnością i bezinwazyjnością owej techniki, gdyż już wiadomym było, iż stymulacja elektryczna z użyciem powierzchniowych elektrod była obciążona znacznym dyskomfortem pacjentów – receptory bólowe znajdujące się w skórze reagują na tak znaczne natężenie prądu. Co więcej, przewaga stymulacji magnetycznej w porównaniu do stymulacji prądem dotyczy możliwości penetracji polem magnetycznym mimo bariery, jaką stanowią kości czaszki, dalece odporne na impulsy elektryczne.

Tak więc, wspierając się uprzednio opisanym odkryciem, dr Anthony Barker wraz ze współpracownikami przeprowadzili pierwszą w historii przezczaszkową stymulację magnetyczną kory motorycznej (motor cortex). Wykorzystując cewkę (coil), w której umieszczono spiralnie zwinięty przewód, umieściwszy ją nad odpowiednim rejonem głowy zdołano wyzwolić potencjał czynnościowy w obszarze mięśnia zginacza palca małego (jest to tzw. motoryczny potencjał wywołany, motor evoked potential, MEP), zarejestrowany elektromiografem (electromiyography, EMG) poprzez powierzchniowo umieszczone elektrody. W trakcie stymulacji prąd płynący przez cewkę osiągał natężenie o wartości maksymalnie 4 kA, zaś indukcja pola magnetycznego wynosiła 2 T.

Pierwsze stymulatory magnetyczne mogły generować pulsy magnetyczne z małą częstotliwością – poniżej 1 Hz (single-pulse TMS). Ta technika znalazła zastosowanie kliniczne przykładowo w monitorowaniu śródoperacyjnym pacjentów poddawanych zabiegom chirurgicznym rejonów somatosensorycznych mózgu czy rdzenia kręgowego.

Aby udoskonalić TMS, oddziaływanie indukowanym polem magnetycznym należało opisać protokołami, według których możliwym byłoby określenie częstotliwości i całkowitego czasu stymulacji. Jednakże, główną przeszkodą stanowiły ograniczenia techniczne, takie jak słabe zasilanie, przegrzewanie się cewki stymulacyjnej, jej średnica i kształt, efektywność systemów odprowadzających ciepło czy mobilność całej aparatury.

Zaletą wiedzy naukowej jest jej wielowymiarowość. Osiągnięcia w jednej dziedzinie stanowią podwaliny rozwoju innych rejonów nauki, czego dowodem jest właśnie technika neuromodulująca, jaką jest TMS. Pierwotnie przeznaczona do wąskiego zastosowania w obszarze neurofizjologii, obecnie wykorzystywana jako terapia w przypadku schorzeń neurologicznych i zaburzeń zdrowia psychicznego. Pacjenci cierpiący z powodu depresji, zaburzeń obsesyjno-kompulsyjnych czy nałogów zyskują kolejny, oprócz środków farmakologicznych i psychoterapii, sposób na podniesienie jakości swojego życia.

Źródła:

Merton, P. A., Morton, H. B., Hill, D. K., i Marsden, C. D. (1982). Scope of a technique for electrical stimulation of human brain, spinal cord, and muscle. The Lancet, 320(8298), 597-600.

Polson, M. J. R., Barker, A. T., i Freeston, I. L. (1982). Stimulation of nerve trunks with time-varying magnetic fields. Medical & Biological Engineering & Computing, 20(2), 243–244.

Barker, A. T., Jalinous, R., i Freeston, I. L. (1985). Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. The Lancet, 325(8437), 1106-1107.

Zyss, T. (2007). Technika przezczaszkowej stymulacji magnetycznej. Seria Wydawnicza BIBLIOTEKA ELMIKO. W: Kraków.

Barker A.T., Freeston I.L., Jalinous i R., Jarratt (1985). Non-invasive stimulation of motor pathways within the brain using time-varying magnetic fields. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 61(3), 245-246.