ОТОАКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ НЕИНВАЗИВНЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОВЫШЕННОГО ВНУТРИЧЕРЕПНОГО ДАВЛЕНИЯ У КОСМОНАВТОВ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ
© Э.И.Мацнев, Е.Э.Сигалева, И.В.Рукавишников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космической медицины и биологии"
2017 г.
В последние годы специалисты, участвующие в медицинском обеспечении безопасности здоровья членов экипажей международной космической станции (МКС) активно обсуждают нейроофтальмологическую проблему развития функциональных и структурных изменений органа зрения у значительного числа космонавтов (более чем у 50%) после продолжительных космических полетов [1]. По мнению специалистов, «офтальмологическая нейропатология» у космонавтов после продолжительного космического полета, может быть связана с микрогравитационно-вызванным перераспределением жидких сред организма космонавтов в краниальном направлении, провоцирующим повышение внутричерепного давления (ВЧД) - [1]. Согласно другому мнению, увеличение ВЧД может быть вторичным к перераспределению жидких сред организма в невесомости, и является, в первую очередь, последствием венозного застоя и нарушения дренажа спинно-мозговой и лимфатической жидкости из полости черепа [2].
Офтальмологические нарушения у космонавтов, связанные с повышением внутричерепного давления были обозначены как «Visual Impairment/Intracranial Pressure» или «VIIP-syndrome» – [1]. По мнению специалистов, на сегодня данный синдром представляет одну из наиболее значимых критических медицинских проблем пилотируемой космонавтики [2].
Среди современных неинвазивных методов технически приемлемых для использования в условиях космического полета в целях изучения феномена VIIP, кроме офтальмологических методов, следует выделить метод регистрации отоакустической эмиссии (ОАЭ). Феномен ОАЭ впервые описанный Kemp D.T., [3] в 1978 году, является ответной реакцией структур улитки, регистрируемых в наружном слуховом проходе после ее стимуляции единичным или парным звуковым стимулом с использованием специального «акустического зонда» и чувствительного микрофона, объединенных в единый «блок» в виде «ушного вкладыша» вводимого в наружный слуховой проход.
Открытие ОАЭ имело огромное практическое значение, т.к. позволяло объективно и неинвазивно, оценить состояние структур внутреннего уха в ответ на звуковую стимуляцию. На сегодня описано несколько классов ОАЭ. Среди них, наибольшее распространение в клинической практике получили два метода. Первый, основанный на регистрации «задержанной вызванной» отоакустической эмиссии (transiently evoked otoacoustics emissions) или (TEOAE), регистрируется после стимуляции улитки коротким единичным акустическим стимулом. Второй, обозначенный как (distortion product otoacoustics emission) или (DPOAE), регистрируется после стимуляции улитки парой тональных стимулов на так называемой «частоте продукта искажения».
При регистрации TEOAE в качестве стимула могут быть использованы как звуковые «щелчки», так и тональные сигналы. Изменяя соотношение частот стимулирующих тональных сигналов при DPOAE, можно получить информацию о сохранности функции волосковых клеток любого участка базальной мембраны улитки. Следовательно, вызванная ОАЭ может быть использована в качестве неинвазивного объективного мониторинга состояния наружных волосковых клеток улитки.
В исследованиях Buki et al. [4], был описан частотно-зависимый эффект TEOAE от положения здоровых обследуемых в пространстве и влияние повышенного внутричерепного давления у нейрохирургических больных с гидроцефалией на фазы TEOAE. Проведенные исследования послужили началом широкого клинического использования метода регистрации ОАЭ - как эффективного неинвазивного теста для мониторинга внутричерепного давления у больных с повышенным внутричерепным давлением.
Измеряя акустические феномены, происходящие во внутреннем ухе при исследовании ОАЭ, можно оценить изменения давления перилимфы и эндолимфы и, соответственно, внутричерепное давление. Звуковой сигнал посредством осцилляции эндо- и перилимфы, вызывает сокращение наружных волосковых клеток во внутреннем ухе. В результате этого процесса происходит смещение стремени в овальном окне преддверия улитки, которое через цепь слуховых косточек передается на барабанную перепонку и этот процесс может быть зарегистрирован чувствительным микрофоном в ушном вкладыше [5;6].
В экспериментах с одновременной инвазивной регистрацией ВЧД и ОАЭ в ходе нейрохирургических операций, было объективно подтверждено, что повышение внутричерепного давления может быть успешно идентифицировано с использованием объективного метода регистрации ОАЭ [7].
Исследования в наземных экспериментах, моделирующих физиологические эффекты микрогравитационного перемещения жидких сред организма в краниальном направлении с использованием антиортостатической гипокинезии, а также в условиях кратковременной невесомости в параболическом полете, подтвердили перспективу использования данного метода в реальном космическом полете.
В исследованиях французских специалистов проводивших регистрацию ОАЭ (DPOAE) в условиях параболического полета на этапе кратковременной невесомости, у 4 из 6 обследованных было зарегистрировано повышение ВЧД в среднем на 34мм. рт. ст. [8].
В развитие этих исследований, в совместном российско-французском эксперименте [9;10], была изучена информативность метода фазовой оценки микрофонных кохлеарных потенциалов улитки (Phase Shift of Microphonic Cochlear Potential - «DPMC») у здоровых лиц в условиях наземного моделирования микрогравитационного перераспределения жидких сред организма в краниальном направлении. Последний метод, в отличие от регистрации ОАЭ методом DPOAE, обеспечивал возможность регистрации электрической активности наружных волосковых клеток улитки.
У 13 здоровых добровольцев в возрасте от 19 до 26 лет (средний возраст 22 года), находившихся в течение 7-часов и 3-х суток в условиях «сухой иммерсии», была изучена динамика изменений параметров ОАЭ методом DPMC на состояние ВЧД. Протокол исследований включал: фоновую регистрацию ОАЕ методом DPMC; регистрацию ОАЭ после 3-суточного пребывание в условиях сухой иммерсии (СИ); при изменении положения тела из позиции: «сидя» в «горизонтальное» положение; после «антиортостатического» положения (под углом -6°), и, обратно переход - «в положение сидя». Экспозиция в каждом положении составляла 2-3 минуты. Результаты исследования выявили тенденцию к сдвигу фазы акустического ответа в сторону его увеличения при изменении положения туловища (из «вертикального» в «антиортостатическое»), которое было расценено авторами в связи с возможным повышением ВЧД. У 8 добровольцев наблюдалось достоверное (p≥0.05), увеличение сдвига фазы ОАЭ при переходе из «горизонтального» в «антиортостатическое» положение (в среднем на 4.48±1.5 мм. рт. ст.). У 2 добровольцев была отмечена тенденция к увеличению сдвига фазы. У 3 добровольцев при изменении положения тела наблюдались «выпадающие из общей тенденции» изменения сдвига фазы ОАЭ, что, по мнению авторов, было расценено в связи с анатомическими особенностями и индивидуальной реакцией организма на ортостаз.
Рассматривая перспективу использования метода ОАЭ применительно к условиям микрогравитации, следует упомянуть работу Frank AM. et al. [11]. Авторы, проводили исследование ВЧД методом регистрации ОАЭ, в сопоставлении с прямым методом измерения ВЧД через имплантируемый в субарахноидальное пространство катетер у 12 здоровых добровольцев и 5 больных с повышенным внутричерепным давлением. Результаты использования ОАЭ в различных ситуациях (при изменении положения туловища в пространстве, при напряжении мышц живота, при кашле), позволили авторам прийти к выводу, что метод регистрации ВЧД с использованием ОАЭ требует индивидуальной калибровки и стандартизации. Важно подчеркнуть, что современные методы регистрации ОАЭ основаны на использовании высотехнологичных портативных компьютерных технологий, с возможностью передачи результатов исследования наземным медицинским службам практически в реальном масштабе времени.
Приведенные данные свидетельствуют о перспективе исследования ОАЭ в качестве объективного бортового неинвазивного метода регистрации повышенного ВЧД у космонавтов в условиях микрогравитации в космическом полете.
Литература
1. Nelson E.S., Mulugeta L., Myers J.G. Microgravity-Induced Fluid Shift and Ophthalmic Changes.// Life. 2014. №4, P. 621-665.
2. Lawley J.S., Petersen L.G., Howden E.J. et al. Effect of gravity and microgravity on intracranial pressure. //J. Rhysiol., 2017, 595.6; pp. 2115-2127.
3. Kemp D.T. Stimulated acoustic emissions from within the human auditory system. //J. Acoust. Soc. Am., 1978.V. 64. P.1386-1391.
4. Buki B., Avan P., Lemaire J.J. et al. Otoacoustic emissions: a new tool for monitoring intracranial pressure changes through stapes displacements. //Hearing Research. 1996. V. 94. P. 125-139.
5. Reid A., Marchbanks R.J., Burge D.M. et al. The relationship between intracranial pressure and tympanic membrane displacement. // Br. J. Audiol. 1990. Vol.24. P. 123-129.
6. Avan P., Buki B., Maat B. et al. Middle ear influence on acoustics emissions. Noninvasive investigation of the human transmission apparatus and comparison with model results. // Hearing Research. 2000. V. 140. P. 189-201.
8. Denise P., Normand H., Buzer L. et al. Intracranial pressure increases during weightlessness. A parabolic flights study.//J. Grav. Physiol. 2005. 12(1). V.6. P.63-64.
9. Рукавишников И.В., Томиловская Е.С., Мацнев Э.И., Дениз П., Эван П. Отоакустическая эмиссия как опосредованный метод оценки внутричерепного давления в условиях моделирования физиологических эффектов микрогравитации. Ж. «Авиакосмическая и экологическая медицина. 2013. Т. 47. №4. С.134.
10. Рукавишников И.В., Томиловская Е.С., Сигалева Е.Э. Перспектива использования метода отоакустической эмиссии для неинвазивной оценки изменения внутричерепного давления в рамках работ по медицинскому сопровождению космических полетов. В материалах конференции «К.Э. Циолковский и инновационное развитие космонавтики». XLVIII Научные чтения памяти К.Э. Циолковского. Г. Калуга, 2013, с. 132-133.
11. Frank AM, Alexiou C, Hulin P, Janssen T, Arnold W, Trappe AE. Non-invasive measurement of intracranial pressure changes by otoacoustic emission (OAE) – a report on preliminary data. //Zentralbl Neurochir 2006. V. 61(4). P. 177-180.