Транскраниальная допплерография (ТКД) — это неинвазивное ультразвуковое исследование, позволяющее оценить изменение цереброваскулярной функции в режиме реального времени, в состоянии покоя и режиме функциональных нагрузок, легко воспроизводимо и может быть выполнено в любом клиническом подразделении у пациентов с любой тяжестью заболевания.

Функциональная транскраниальная допплерография (ФТКДГ), позволяет регистрировать параметры внутримозгового кровотока в режиме реального времени, при выполнении определенных задач, а также в условиях стимуляции. Современные диагностические возможности в оценке локальных паттернов распределения кровотока и региональной перфузии высокоточны, дают результат с высоким пространственным разрешением, например при использовании позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии, но имеют существенное ограничение — требуют значительных ресурсов, времени и не могут применяться в рутинной клинической практике.

Метод ТКД основан на принципе эффекта Допплера, в соответствии с которым подразумевается, что ультразвуковые волны, излучаемые допплеровским датчиком, проходят сквозь кости черепа и отражаются от потока крови внутри сосудов и вновь улавливаются датчиком. Запаздывание и различия частот излучаемого и полученного сигнала составляют частоту допплеровского сдвига, прямо пропорционального скорости движущихся элементов крови, что обозначается как скорость кровотока. Поскольку в норме кровоток внутри сосуда является ламинарным, полученный допплеровский сигнал фактически представляет собой смесь различных сдвигов допплеровской частоты, формирующих отображение распределившихся скоростей отдельных фрагментов потока, преобразуемых на экране монитора в спектр.

Наибольшая востребованность портативности и доступности ТКД актуальна при ведении пациентов в критическом состоянии, в том числе при транспортировке за пределы стационарного отделения для дополнительных обследований [1]. При наличии опыта выполнения ТКД специалисты могут охарактеризовать патологию сосудистой системы головного мозга при их стенозах с качеством КТ- или МР-ангиографии [2]. Кроме того, с помощью ТКД можно получить дополнительную и уникальную информацию о состоянии гемодинамики в целом, особенно при использовании длительного мониторирования церебрального кровотока. В сочетании с данными КТ- или МР-ангиографии ТКД помогает понять патогенетическую особенность развития актуальной ишемии или оценить степень компенсации кровообращения при окклюзионно-стенотическом поражении мозговых артерий на основе данных о резерве ауторегуляции и абсолютных значений линейной скорости кровотока.

В то же время в ряде случаев применение этого метода может быть ограничено. Известно, что у 10—15% пациентов исследование будет неинформативно из-за непроницаемости акустических окон. Толщина или строение кости могут значимо ослабить прохождение ультразвуковой волны и поглотить ее энергию. Существенным ограничением для ТКД является операторзависимость, которая требует подготовки и отработки навыка, подробного знания анатомии сосудов головного мозга, их вариаций и умения анализировать трехмерные структуры [3].

Для поиска источников литературы использовались электронные базы данных PubMed и Scopus. Для предметного поиска применялись Медицинские предметные рубрики (Medical Subject Headings). Всего для предварительного анализа было выбрано 36 источников, в которых упоминались термины «когнитивная функция» и «функциональная транскраниальная допплерография». Дата выхода публикаций была ограничена 20 годами (2002—2022), в основном процитированы источники, опубликованные в течение последних 7 лет. В обзор включались статьи, основанные только на клинических исследованиях с участием пациентов.

Нейрофизиология

ФТКДГ основана на тесной связи между изменениями нервной активности и регионарного мозгового кровотока (РМК) [4]. Локальная нервная активность в ответ на когнитивную задачу приводит к увеличению потребления глюкозы и кислорода, что компенсируется увеличением РМК (нейроваскулярная связь). Увеличение РМК регулируется изменением цереброваскулярного сопротивления. Это достигается расширением артериол в прекапиллярном русле, опосредованным несколькими вазоактивными веществами. ФТКДГ позволяет измерить изменения РМК. В то время как функциональная МРТ использует локальный сдвиг в соотношении дезоксигенированной и оксигенированной крови в качестве внутреннего МР-сигнала, опираясь на изменения скорости мозгового кровотока в питающих базальных церебральных артериях, которые соответствуют изменениям РМК. Пропорциональность между скоростью мозгового кровотока и РМК в питающих артериях может быть выведена математически при условии, что присутствуют некоторые характеристики потока и сосуда, такие как постоянство вязкости крови, ламинарный поток, стабильный диаметр сосуда и круговая конфигурация сосуда [5]. Хотя эти предпосылки не могут быть полностью приняты в физиологических условиях, была продемонстрирована тесная связь между изменениями РМК из-за локальной нервной активности и соответствующими изменениями скорости мозгового кровотока [6].

Модуляции скорости мозгового кровотока, вызываемые определенным стимулом (экспериментальной задачей), малы в отличие от спонтанных колебаний скорости кровотока, возникающих в результате вегетативных процессов, таких как возбуждение, дыхание, желудочковые сокращения и другие медленные периодические колебания. Вместе эти неспецифические модуляции могут превосходить связанный со стимулом ответ при детекции скорости мозгового кровотока до 10 раз [7]. Как следствие, анализ данных в исследованиях ФТКДГ, изучающих когнитивные функции, зависит от усреднения связанных со стимулом модуляций скоростных показателей по субъектам или по нескольким испытаниям в пределах субъекта.

С 1980-х годов большое количество исследований ФТКДГ было посвящено изучению динамики и эффектов латерализации изменений РМК в ответ на сенсорные, моторные и когнитивные задачи. Большинство исследований ФТКДГ было сосредоточено на латерализации функций, опосредованных отдельными областями мозга в пределах сосудистых территорий средней мозговой артерии (СМА) [8, 9].

Оценка сведений, отраженных в избранных источниках, позволила сгруппировать опыт применения ТКД в целях динамической оценки кровотока при регистрации его у пациентов, выполнявших различные задания или тесты по вовлечению тех или иных сенсомоторных, идеомоторных или мнестических областей головного мозга в режиме мониторирования. В соответствии с характером стимулов было выделено несколько групп — зрительные, соматосенсорные, звуковые, двигательные, речевые, пространственные (глубокая чувствительность) стимулы, запоминание, решение арифметических задач и исполнительные функции.

Зрительные стимулы

Влияние визуального стимула на мозговой кровоток изучалось с помощью ФТКДГ. В одном из первых исследований в этой области было зафиксировано изменение скорости кровотока при простой световой стимуляции последовательно в задней мозговой артерии (ЗМА), СМА. По сравнению с исходным состоянием увеличение скорости потока, измеренное в ЗМА, было значительно больше (16,4%), чем в СМА (3,3%) [10].

В другом исследовании регистрировалась скорость кровотока в ЗМА во время прерывистой световой стимуляции с частотой от 5 до 60 Гц. Максимальное увеличение скорости потока было измерено при частоте стимуляции 10 и 20 Гц. Стимуляция более высокими частотами приводила к меньшему увеличению скорости кровотока, которое статистически не отличалось от скорости потока при непрерывном освещении, представлявшемся как контрольное условие [11].

Исследования ФТКДГ, касающиеся зрительной системы, показывают, что допплеровские записи ЗМА можно рассматривать как достоверное измерение зрительно вызванных процессов активации. Метод является чувствительным к различным условиям зрительной стимуляции и позволяет различать специфические процессы зрительного восприятия [8, 12].

Соматосенсорная стимуляция

Было показано изменение скоростных показателей при двустороннем измерении СМА, при использовании тактильной соматосенсорной стимуляции, состоящей из точечных импульсов давления на кожу руки [13]. Таким образом, было продемонстрировано, что тактильная соматосенсорная стимуляция является мощным стимулом, который может вызвать большие, быстрые гемодинамические изменения с адаптацией между последовательными применениями стимула.

Звуковые стимулы

В исследовании при звуковых стимулах сравнили изменение скорости кровотока при белом шуме и речевых стимулах у 24 испытуемых-правшей [14]. Предъявление стимула, а также регистрацию скорости кровотока проводили одновременно в обеих и билатерально в СМА. Белый шум приводил к значительным, но относительно небольшим изменениям скорости кровотока, которые были одинаковыми с обеих сторон. В отличие от этого речевая стимуляция приводила к более выраженным реакциям с большим увеличением скорости кровотока в левой СМА. Результаты интерпретируются как признаки билатеральной активации первичной слуховой коры во время белого шума, а также как проявление левополушарной доминантности в обработке слуховой речи у правшей [15].

Двигательные (активные) стимулы

В парадигме, включающей простые движения пальцев, может быть показано большее увеличение скорости кровотока в СМА, противоположной стороне движения [14]. Аналогичный результат был получен при простых движениях рук (сжатие и раскрытие кулака) [16]. Кроме того, при выполнении этого задания у участников младшего возраста фиксировался более выраженный прирост скорости мозгового кровотока. У пожилых людей максимальная амплитуда реакции достигалась позже, с более медленным возвратом к исходному уровню. В качестве объяснения этого факта авторы предполагают более медленную вазомоторную реактивность артериол в ответ на церебральную активацию у пожилых людей в результате повышенного сопротивления мелких сосудов [8].

Кроме того, в другом исследовании демонстрируется значимое измерение скоростных показателей при пассивном движении в кисти [17].

Речевые процессы

Чтобы определить доминирование полушария в отношении языка с помощью ФТКДГ, использовалась задача словесных ассоциаций у правшей и левшей [18]. Регистрация скорости кровотока в СМА у 12 участников-правшей показала левостороннее увеличение, тогда как скорость кровотока в правой СМА осталась прежней. У каждого из 3 исследованных левшей скорость кровотока увеличилась более чем на 5% с правой стороны, в то время как с левой стороны почти не было измерено никаких изменений. Еще у 3 левшей, которые продемонстрировали определенную степень амбидекстрии, развился менее асимметричный паттерн. Аналогичные результаты были получены при исследовании, в котором регистрировали скорость кровотока в СМА одновременно и билатерально при выполнении заданий на чтение (чтение вслух и чтение про себя) [19].

Результаты соответствуют доминированию языка левого полушария у подавляющего большинства праворуких исследуемых и более высокой вариабельности у левшей, как известно из других исследований [18].

Были проведены исследования ФТКДГ и языковых функций. Исследование включало 13 пациентов с афазией Брока, полностью восстановившихся после инсульта. Пациенты выполняли простое задание на беглость речи, во время которого проводилась одновременная билатеральная запись в СМА. При мониторировании линейной скорости кровотока по СМА в левом (пораженном) полушарии было отмечено увеличение скорости кровотока, сравнимое с контролем. Однако по правой СМА у пациентов было зафиксировано значительно большее увеличение скорости кровотока, чем в контрольной группе [20]. Авторы интерпретируют результаты в ключе повышенной активации здорового полушария, которое, как предполагается, играет важную роль в процессе функционального восстановления.

Сходные результаты были получены в исследовании, проведенном на 26 пациентах, страдающих афазией Брока [21]. Записи ФТКДГ при тестировании беглости речи проводилась через 21 день после появления общемозговой симптоматики и повторно через 2 мес логопедической терапии. На основании результатов теста группы были классифицированы по уровню функционального восстановления (отсутствие или слабая ремиссия против хорошей ремиссии). Эти 2 группы различались по развитию реактивности скорости кровотока: ответы скорости кровотока при первом обследовании были минимальными в правой СМА обеих групп. Однако у больных с хорошей ремиссией после лечения наблюдалось заметно большее увеличение скорости кровотока справа, чем до лечения. В группе, в которой еще сохранялись афатические проявления, реакции в посттесте оставались на низком уровне. Также в СМА левого (пораженного) полушария были обнаружены различия между двумя группами пациентов: пациенты с лучшим восстановлением показали более полное восстановление цереброваскулярного резерва слева при проведении претеста. Это весьма примечательно, так как группы не различались ни по клиническим симптомам, ни по морфологическим данным (КТ). Степень восстановления ауторегуляции мозгового кровотока в пораженном полушарии вскоре после развития инсульта, по-видимому, является предиктором выздоровления при афазии.

Пространственная парадигма

В исследовании смоделировали сложную пространственную задачу, содержащую визуальные и тактильные компоненты (зрительно-тактильное сравнение), для 24 участников (правшей). Участникам показывали слайды с деревянными фигурками; после этого отображаемые элементы нужно было выбирать из 20 фигурок, содержащихся в коробке, слепо прикасаясь к ним левой или правой рукой. Одновременное билатеральное измерение кровотока в СМА на протяжении выполнения задания фиксировало более выраженное увеличение скорости кровотока в полушарии, контралатеральном активной руке [14]. Кроме того, как при правостороннем, так и при левостороннем тестировании регистрировалось большее увеличение скорости кровотока в правой СМА. Авторы утверждают, что это задание приводит к активации зрительных, сенсорных, моторных и ассоциативных областей коры, при этом зрительный ввод одинаково влияет на оба полушария. Однако обработка сенсорной информации, а также моторный контроль исполняющей руки приводят к активации соответствующей контралатеральной стороны. Пространственный когнитивный компонент задачи в основном обрабатывается в правом полушарии, что подтверждается в целом большей реактивностью правого полушария [15].

Латерализация кровотока была показана в более ранних исследованиях с использованием последовательной регистрации показателей в СМА во время нескольких других пространственных задач. Например, было подтверждено доминирование правого полушария в оценке расстояний, распознавании лиц и задаче пространственного воображения, требующей мысленных манипуляций с двух- и трехмерными фигурами [22].

Запоминание

В исследовании ФТКДГ сравнивались реакции скорости кровотока во время задач зрительно-пространственной и вербальной рабочей памяти [23]. Во время зрительной задачи тахистоскопически предъявлялись точки в разных положениях на экране. Эту позицию нужно было вспомнить через 3 с после просмотра. Вербальное задание требовало узнавания согласных букв зрительно предъявляемого ряда букв (интервал между предъявлением и воспроизведением 2 с). Скорости потоков регистрировались непрерывно и одновременно в обеих СМА. Задача зрительной памяти вызывала большее изменение скорости кровотока в правом полушарии. При тестировании вербальной памяти наблюдалось двустороннее увеличение скорости кровотока без существенной разницы между сторонами.

Более выраженная реактивность мозгового кровотока правого полушария во время задач зрительно-пространственной памяти коррелировала с результатами нейровизуализационных исследований головного мозга. Например, с помощью ПЭТ была показана правосторонняя активация различных структур коры во время процессов зрительно-пространственной памяти [24].

Результаты ФТКДГ в отношении процессов вербальной памяти частично соответствуют результатам ПЭТ [8].

Также было проведено исследование ФТКДГ у пациентов с ишемическим инсультом с выполнением тестов для оценки памяти [25]. У 14 из 29 участников было поражено правое полушарие мозга, а у 15 — левое. Одновременные билатеральные записи кровотока в СМА проводились в течение 4 нед от начала инсульта, непосредственно перед реабилитационным лечением. В качестве когнитивной задачи пациентов просили запомнить 12 хорошо знакомых объектов и через 5 мин распознать их среди 24 последовательно предъявленных. По результатам реабилитации через 2 мес после допплерографии пациенты были разделены на пациентов с хорошим неврологическим восстановлением (n=17) и неполным (n=12). У пациентов с хорошим восстановлением, а также у здоровых лиц контрольной группы было обнаружено двустороннее увеличение скорости мозгового кровотока (усредненное по всему заданию). Наоборот, у пациентов с неполным восстановлением прирост скорости кровотока оказался выше в полушарии, противоположном пораженному. Производительность в задаче узнавания была сопоставима в двух группах. В качестве интерпретации этих результатов авторы предполагают, что для удовлетворительного восстановления после инсульта необходимо сохранение функциональной активности в поврежденном полушарии, несмотря на наличие анатомического поражения. Увеличение скорости кровотока во время выполнения задания для оценки памяти считается предиктором более полного неврологического восстановления.

Решение арифметических задач и исполнительные функции

Исследование, проведенное P. Roland и L. Friberg [26], впервые показало изменение РМК во время решения арифметических задач. В исследовании была представлена простая задача на вычитание: испытуемые начинали с 50, а затем последовательно вычитали 3. При выполнении задания наибольшее двустороннее увеличение РМК выявлено в нижнетеменной области, особенно в ангулярной коре. Специфическая роль нижней теменной области в арифметической обработке широко подтверждена с помощью функциональной МРТ и ПЭТ [27].

При использовании ФТКДГ использовали задачу последовательного вычитания 7 из 100. Последовательное измерение кровотока в передней мозговой артерии (ПМА) показало небольшое, но значительное двустороннее увеличение скорости мозгового кровотока [28]. Поскольку оценивалась только ПМА, нельзя было провести сравнение с изменениями скорости кровотока в других сосудах. В подобном исследовании зафиксировали реакции скорости потока во время выполнения задач на сложение, вычитание и умножение [29]. Сравнивались реакции в ПМА и СМА (одновременное двустороннее измерение). В результате отмечено гораздо более выраженное двустороннее повышение скорости мозгового кровотока в СМА, чем в ПМА. Этот вывод согласуется с предположениями о роли нижней теменной области в арифметической обработке: только верхняя теменная доля кровоснабжается ПМА, тогда как нижняя теменная область, включая угловую кору, является частью перфузионной территории СМА. Очевидно, что выполнение вычислительной задачи требует не только чисто арифметической обработки, но и множества дополнительных процессов: внимания, восприятия и памяти. Следовательно, гемодинамический ответ ПМА, обнаруженный R. Kelley и соавт. [28], также представляется объяснимым, особенно из-за активации лобных структур, участвующих в процессах внимания. Известно, что исполнительные функции (например, планирование и решение проблем) связаны с активностью в лобной доле, которая кровоснабжается в медиальной и орбитальной части ПМА, а в латеральной — СМА.

Заключение

Таким образом, при анализе сведений литературы о применении методики ФТКДГ были выявлены сведения об опыте допплерографической оценки мозгового кровотока при разных нагрузках не только с исследовательскими целями, но в и клинической практике. Наиболее поздние работы, посвященные роли ФТКДГ, были нацелены на изучение изменений кровотока у пациентов с серповидно-клеточной анемией, ишемическим и геморрагическим инсультом, при интраоперационном сопровождении. Существенно меньше работ посвящено оценке кровотока при когнитивных нарушениях и психотических расстройствах [30—36].

В целом, по совокупности мнений исследователей, ФТКДГ, позволяет оценить региональный резерв кровоснабжения и цереброваскулярной ауторегуляции, отражает обеспеченность различных аспектов когнитивного потенциала (речь, память, внимание и др.), что демонстрирует реальную перспективу применения метода ФТКДГ. Однако на современном этапе очевидны методологические проблемы, требующие разработки и внедрения стандартного пакета направленных функциональных проб для оценки когнитивного статуса. Имеющееся оборудование и программное обеспечение требуют технологических решений для обеспечения объективной регистрации изменений церебрального кровотока при когнитивном тестировании и тренинге.

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта 518-Л-23.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.