В основе метода магнитной стимуляции нервной системы лежит закон электромагнитной индукции М. Фарадея. Он показал, что электрический ток способен вызывать магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует вторичное электрическое поле, способное вызывать электрический ток во втором проводнике, находящемся на определенном расстоянии от первого.
Жак д’Арсонваль в 1896 г. впервые применил магнитное поле на людях и смог индуцировать зрительные ощущения без воздействия света. Во время действия магнитного поля на заряженные частицы (ионы) и молекулы, участвующие в биофизических и биохимических процессах, последние могут выступать в роли медиаторов для регуляции функциональной активности белков. В результате возникают магнитные эффекты: молекулярные и нейрональные.
Молекулярный эффект опосредован изменением спина в элементарных реакциях радикалов, ионов и триплетных молекул и может проявляться в процессах переноса электрона по цепи цитохромов и сопряженных с ними реакциях фосфорилирования, ферментативных и окислительно-восстановительных реакциях, изменении экспрессии генов.
Нейрональные эффекты изучались с помощью ТМС-ЭЭГ, и было показано, что появившееся вследствие магнитной стимуляции возбуждение распространяется по центральной нервной системе через кооперации нейронов, плотность связей которых выше, чем в окружающей нервной ткани. Потенциал действия, возникающий в нервной клетке под воздействием электромагнитного импульса, распространяется по аксону и через синапсы, активизируя окружающие нейроны различных модальностей. Низкочастотная ритмическая стимуляция (импульсы в одной серии частотой от 1 до 100 Гц, частота подачи серий менее 1 Гц) снижает возбудимость нейронов коры головного мозга, что приводит к тормозному последействию. Высокочастотная стимуляция (частота подачи вышеуказанных серий импульсов более 1 Гц), наоборот, повышает возбудимость нервных клеток и вызывает стимулирующее влияние.
Значение электромагнитной катушки. Характеристика электромагнитного поля зависит от формы, размера и конструкции электромагнитной катушки (койла), а также от ее ориентации по отношению к голове пациента и параметров стимуляции. В магнитной стимуляции применяются катушки, имеющие параметрические различия по наружному и внутреннему диаметрам, числу витков, индукции магнитного и электрического полей. Катушки малого диаметра создают высокую индукцию магнитного поля у поверхности кожи и эффективно используются при стимуляции поверхностных нервов. Катушка большого диаметра применяется для стимуляции глубоких структур головного мозга. Для локальной стимуляции нужна двойная (восьмиобразная) катушка. Использование специальных Н-образных койлов осуществляет стимуляцию глубинных структур мозга (гиппокамп, подкорковые образования, ствол мозга).
Режимы применения ТМС. ТМС можно проводить одиночными и парными стимулами, а также сериями импульсов — повторяющаяся или ритмическая ТМС (рТМС).
Одиночные импульсы используют при картировании двигательных зон коры и измерении времени центрального моторного проведения, а парные импульсы — в ходе изучения функциональных связей в корковых областях. С терапевтической целью широко применяется ТМС сериями импульсов, кроме того, используется подача регулярных повторных одиночных стимулов (т.е. стандартная или «конвенциональная» ТМС) и паттерновая ТМС (пТМС).
Паттерны ТМС представляют собой короткие серии высокочастотных импульсов, разделенные паузами. Например, «тета-залпы» — это нанесение коротких залпов из импульсов с частотой 50 Гц, залпы повторяются с частотой тета-диапазона (5 Гц) в постоянном или прерывистом режиме. Стимуляция в прерывистом тета-режиме (2-секундная стимуляция и 10-секундная пауза) приводит к повышению возбудимости, а постоянная стимуляция в тета-режиме — к ее снижению. Длительность последействия ритмической ТМС (рТМС) пропорциональна времени стимуляции, числу стимулов и кратности сессий.
Действие ТМС на клеточном уровне может объясняться деполяризацией мембраны корковых нейронов под влиянием индукционного электрического тока, возникновением трансмембранного тока ионов и генерацией потенциала действия с последующей синаптической передачей возбуждения на нейрональные сети, функционально или анатомически связанные со стимулируемой областью. Так, стимуляция лобной доли с частотой 20 Гц приводит к значительному росту уровня дофамина в подкорковых структурах. Стимуляция левой дорсолатеральной префронтальной коры (20 Гц, 20 мин в день) изменяет уровень глюкомата в коре головного мозга как на стороне воздействия, так и на противоположной.
Имеются правила применения ТМС, предполагающие воздействие на один и тот же участок мозга стимулами различной частоты и билатеральные процедуры. Безопасные параметры стимуляции подробно описаны в специальных руководствах.
А. Barker с коллегами в 1985 г. показали возможность активировать моторную кору человека и вызвать движения в верхних и нижних конечностях транскраниально с помощью разработанного ими магнитного стимулятора.
Стимуляция коры головного мозга и обоих утолщений спинного мозга осуществляется с помощью одиночного магнитного импульса. Чашечковые электроды накладывают на мышцу руки или ноги и фиксируют полученные от стимуляции центральных структур потенциала действия. Высчитав время центрального моторного проведения путем вычитания величины «корешковой» латентности из величины «корковой» латентности и сравнив его с нормальным значением, можно сделать вывод о наличии или отсутствии пирамидной недостаточности на разных уровнях центральной нервной системы. Норма времени центрального моторного проведения зависит от мышцы, с которой регистрируется ответ (например, для мышц тенара и гипотенара кисти оно не должно превышать 10 мс, для передней большеберцовой мышцы — до 18 мс, для мышцы, приводящей большой палец стопы, — до 22 мс), существуют специальные таблицы. Сравнив латентности появления потенциала действия от стимуляции шейного или поясничного утолщения с двух сторон, можно определить сохранность проводимости правого и левого корешков исследуемого нерва верхней или нижней конечности (рис. 4.1).