Инвазивные и неинвазивные методы исследования: НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОЦЕНКЕ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНКИ СИГМОВИДНОЙ КИШКИ | Машков

Содержание

НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОЦЕНКЕ МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СТЕНКИ СИГМОВИДНОЙ КИШКИ | Машков

1. Цветкова ЛН. Профилактика и лечение запоров у детей. Вопросы современной педиатрии. 2004;3(5):2–7.

2. Киргизов ИВ, Ленюшкин АИ, Дударев ВА. Состояние системы гемостаза и иммунитета у детей с хроническим толстокишечным стазом. Детская хирургия. 2005;(5):30–4.

3. Loening-Baucke V. Functional fecal retention with encopresis in childhood. J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2004;38(1):79–84.

4. Машков АЕ, Русанова ЕВ, Филюшкин ЮН, Щербина ВИ, Слесарев ВВ. Дисбактериоз и его коррекция при хроническом толстокишечном стазе у детей с долихосигмой. Детская хирургия. 2014;18(2):7–10.

5. Лаптев ЛА, Боровицкий ВА, Звездкина ЕА. К вопросу диагностики причин хронических запоров у детей. Детская хирургия. 2006;(2):23–6.

6. Эрдес СИ, Мацукатова БО. Распространенность и особенности запоров у детей в России: результаты популяционного исследования. Вопросы современной педиатрии. 2010;9(4):50–6.

7. Ким ЛА, Ленюшкин АИ, Панин АП, Рыжов ЕА, Фоменко ОЮ, Федоров АК, Цапкин АЕ. Новые аспекты диагностики и лечения детей с хроническими запорами. Детская хирургия. 2011;(2):18–20.

8. Тимербулатов МВ, Хасанов АГ, Биганяков РЯ, Ибатуллин РТ, Нуртдинов МА. Дополнительные методы объективизации состояния толстой кишки при колостазе. Колопроктология. 2009;(1):35–7.

9. Rogatkin D, Shumskiy V, Tereshenko S, Polyakov P. Laser-based non-invasive spectrophotometry – an overview of possible medical application. Photon Lasers Med. 2013;1(1):225–40.

10. Урсова НИ. Современные подходы к диагностике и коррекции дисбактериозов кишечника у детей. Русский медицинский журнал. 2014;22(21):1492–6.

Инвазивные и неинвазивные методы диагностики в оценке состояния печени при хронических гепатитах в Волгограде и Волгоградской области Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, диагностику анатомо-топогра-фических и функциональных нарушений ВНЧС необходимо проводить с применением клинических, рентгенологических и функциональных методов исследования; лечение пациентов должно осуществляться под рентгенологическим контролем состояния ВНЧС; при выдвижении нижней челюсти кпереди следует учитывать топографию суставной головки в суставной ямке; протезированию должна предшествовать ортодонтическая подготовка зубочелюстной системы, направленная на нормализацию окклюзионно-артикуля-ционных взаимоотношений зубных рядов и ана-томо-топографического строения ВНЧС.

Предложенный аппарат предназначен для лечения дисфункции ВНЧС и коррекции привычных сагиттальных сдвигов нижней челюсти, что повысит эффективность лечения пациентов с данной патологией.

2007

ЛИТЕРАТУРА

1. Дмитриенко С. В., Гариб Б. М, Зайченко С. И. // Вестник ВГМА. - 2000. - № 6. - C. 211-213.

2. Каламкаров Х. А. // Стоматология. - 1996. -Т. 75, № 1. - С. 53-60.

3. Каливраджинян Э. С., Лещева Е. А., Картавце-ва Н. Г. и др. // Там же. - 1999. - Т. 78, № 2. - C. 31 -33.

4. Кибкало А. П., Линченко И. В., Стекольни-кова Н. В. // Актуальные вопросы стоматологии. -Волгоград, 1996. - С. 160-164.

5. Николенко В. Н., Сальников В. Н., Музуро-ва Л. В. // Вестник проблем биологии и медицины. -Полтава, 2003. - № 3. - С. 30-31.

6. Персин Л. С. Ортодонтия. Лечение зубоче-люстных аномалий. - М.: Ортодент-Инфо, 1999. -298 с.

7. Хватова В. А., Ступников А. А. // Новое в стоматологии. - 2001. - № 1 (91). - С. 25-33.

8. Wish Baratz S., Hershkovitz I., Arensburg B, et al. // Am. J. Phys. Anthropol. - 1996. - Vol. 101 (3). -Р. 387-400.

УДК 615:616-036.22:615:33:615.24

ИНВАЗИВНЫЕ И НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ ПЕЧЕНИ ПРИ ХРОНИЧЕСКИХ ГЕПАТИТАХ В ВОЛГОГРАДЕ И ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

В. И. Петров, М. В. Абрамова, Н. В. Григорьева

Кафедра клинической фармакологии и интенсивной терапии ВолГМК,

МУЗ КГБ СМП № 25

В статье проанализировано соотношение между биохимическими показателями крови, уровнем виремии, ультразвуковой картиной ткани печени и морфологическим изменением ее структуры. Показано отсутствие зависимости между гистологическими изменениями (активность некрозовоспалительного процесса в печени и фиброза) при хронических гепатитах вирусной и невирусной этиологии и биохимическими показателями крови, эхогра-фическими характеристиками ткани печени и уровнем виремии. Обоснована необходимость проведения биопсии печени под контролем УЗИ как наиболее информативного и безопасного метода.

Ключевые слова: хронический гепатит, инвазивные методы исследования, неинвазивные методы исследования.

INVASIVE AND NON-INVASIVE METHODS OF DIAGNOSTICS IN EVALUATION OF LIVER CONDITION IN CHRONIC HEPATITIS IN VOLGOGRAD AND VOLGOGRAD REGION

V. I. Petrov, M. V. Abramova, N. V. Grigoryeva

Abstract. In this study we analyzed the correlation between biochemical parameters of blood, HCV RNA level, ultrasonic image of liver tissues and morphological changes of liver structure. No dependence between histological changes (inflammation and fibrosis in liver tissue) in both viral and non-viral chronic hepatitis and biochemical parameters of blood, fibrosis ultrasonic characteristics of a liver and an HCV RNA level was noted. A necessity of liver biopsy by ultrasonic control as the most informative and safe method for today is justified.

Key words: chronic hepatitis, invasive methods of investigation, non-invasive methods of investigation.

В настоящее время в г. Волгограде и Волгоградской области при постановке диагноза хронического гепатита (ХГ) вирусной или невирусной этиологии для определения активности воспалительного процесса в большинстве случаев используется кратность увеличения биохимических

показателей аминотрансфераз (аланиновой ами-нотрансферазы - АлАТ, аспарагиновой - АсАТ). Тогда как в общемировой практике некрозовос-палительная активность оценивается на основании изучения гистологической картины ткани печени (по Кпос1е11, !вИак, МЕТДУ!Я). Возможно, это

2(22) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I ВЕСТНИК ВолГМУ

2007

зависит от нежелания пациента проводить данную процедуру, либо о недостаточной информативности врачей о безопасности ее проведения. Техника проведения биопсии печени постоянно совершенствуется, и сегодня она занимает достойное место среди диагностических методик, доступных современной гепатологии. Низкий уровень смертности (0,01-0,17 %) и небольшое количество осложнений после проведения процедуры должны послужить толчком для ее широкого применения в повседневной клинической практике в г. Волгограде и Волгоградской области.

Сегодня широко изучаются и возможности неинвазивной оценки и мониторинга фиброза в печени. Предложены различные индексы, основанные на соотношении ряда клинико-биохи-мических показателей: Fibrotest (Imbert-Bismut F., 2001), Forns index (Forns X., 2002), APRI (Wai C. T., 2004) и ряд других, также разработан метод эла-стографии печени (FibroScan). Однако их диагностическая значимость неоднозначна и требует дальнейших исследований.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Проанализировать соотношение между биохимическими показателями крови, уровнем ви-ремии (для хронических вирусных гепатитов), ультразвуковой картиной (УЗИ) ткани печени и морфологическим изменением структуры печени, а также оценить безопасность проведения биопсии печени под контролем УЗИ.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

На базе МУЗ КБ № 25 обследовано 46 больных ХГ, у 34 пациентов выявлен хронический гепатит С, что подтверждено иммунофер-ментными методами анализа и методом полиме-разной цепной реакции (ПЦР), у 12 пациентов -ХГ невирусной этиологии (отрицательный результат на наличие НСУ RNA методом ПЦР в биопта-те).аИвИса 6.0" с использованием непараметрического метода анализа с коэффициентом корреляции Спирмена.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При проведении биопсии печени осложнений не выявлено, за исключением выраженного болевого синдрома у 10,9 % обследованных пациентов с иррадиацией в правое плечо и надключичную область, который самостоятельно купировался в течение суток, что сопоставимо с российскими и европейскими литературными источниками [1].

Обращает на себя внимание отсутствие корреляционных связей между изменением эхо-графических характеристик печени при ХГ и результатами гистологической оценки по КпоСеИ, !вИак, МЕТДУ!Я, за исключением слабых достоверных связей между оценкой сливающихся некрозов по !вИак (В) и диффузными изменениями, повышением эхогенности по УЗ-картине. Слабые отрицательные связи по Спирмену показывают, что чем более выражен данный вид гистологических изменений в биоптате (по !эИак (В) - очаговые, или внутридольковые некрозы и инфильтраты), тем реже выявляются изменения на УЗИ. Появление диффузных изменений характерно для более 50 % больных, независимо от стадии фиброза (см. табл.).

Среди всех пациентов выявлены достаточно слабые корреляционные связи по Спирмену между биохимическими показателями (АлАТ, АсАТ, тимоловой пробой, прямым билирубином) и гистологическими изменениями, аналогичные связи отмечались у пациентов с вирусными гепатитами (п = 34). Поиск связей между отдельными гистологическими показателями и комплексом биохимических показателей методом множественной регрессии также не выявил статистически значимых корреляций.

Частота выявления патологических изменений эхографической картины ткани печени у пациентов с различной степенью фиброза по МЕТАУ!Я (1996), К. С. !эИак (1995)

Пациенты с изменением эхографических характеристик печени, % METAVIR (1996), стадии фиброза K. G. Ishak (1995), фиброз (баллы)

0 1 2 3 4 0 < 1 < 2 > 2

Диффузные изменения 53,8 65 50 100 0 53,8 70,6 44,4 71,4

Повышенная эхогенность 53,8 55 50 66,7 53,9 53,8 58,8 44,4 57,1

Нарушение однородно- 92,3 95 1 1 92,3 - - - -

| сти эхоструктуры

При оценке коэффициентов корреляции выявлены слабые корреляционные связи (коэффициент корреляции по Спирмену для системы КпоСеИ Я = 0,39, для !вИак суммарно Я = 0,40) между гистохимическими показателями и количеством вируса в крови, а также между показателями размеров у. роАав, печени по данным УЗИ и активностью некрозовоспалительных изменений в печени по МЕТДУ!Я.

При выполнении биопсии печени под контролем УЗИ нам удалось снизить риск кровотечения вследствие травматизации сосудов печени, а также исключить повреждение соседних органов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Не обнаружено зависимости между гистологическими изменениями (активность некрозо-воспалительного процесса и фиброза) в печени при хронических гепатитах вирусной и невирусной этиологии и биохимическими показателями крови, эхографическими характеристиками ткани печени и уровнем виремии.

2. Единственным достоверным способом оценки состояния печени (активности и стадии патологического процесса) при ХГ вирусной и невирусной этиологии на сегодняшний день является гистологическое исследование биоптата печени.

2

3. Пункционная биопсия печени под контролем УЗИ является эффективным, высокоинформативным и малотравматичным методом при строгом соблюдении всех аспектов обследования пациента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барсуков А. В., Лемешко З. А., Сергеев И. Е. Малоинвазивные вмешательства под ультразвуковым контролем в клинике внутренних болезней. - Смоленск, 2005. - 191 с.

2. Комарова Д. В., Цинзерлинг В. А. Морфологическая диагностика инфекционных поражений печени. -СПб.: Сотис, 1999. - 245 с.

3. Логинов А. С., Аруин Л. И. Клиническая морфология печени. - М.: Медицина, 1985. - 240 с.

4. Маев И. В. Биопсия печени: учеб.-метод. по-соб. - М.: ГОУ ВУНМЦ, 2002. - 28 с.

5. Майер К. П. Гепатит и последствия гепатита: практич. рук.: пер. с нем. - М.: ГЭОТАР Медицина, 1999.- 432 с.

6. Некрасова Т. П. // Клин. гепатол. - 2006. - № 2. -С. 42-45.

7. Ющук Н. Д., Знойко О. О., Сафиуллина Н. Х. и др. // Клин. персп. гастроэнтерол., гепатол. - 2002. -№ 1. - С. 9-16.

8. Ishak K., Baptista A., Bianchi L, et al. // J. Hepatol. - 1995. - Vol. 22. - Р. 6969-699.

9. Knodell R. G, Ishak K. G., Black W. C, et al. // Hepatology. - 1981. - Vol. 4. - P. 431-435.

ВЕСТНИК ВолГМУ

УДК 612.821:613.6

КАЧЕСТВО И ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА НОЧНОГО СНА

У ЛИЦ МОЛОДОГО ВОЗРАСТА

О. В. Ильина, Е. А. Маслова, С. Л. Болотова

Кафедра нормальной физиологии ВолГМУ

В работе сравниваются данные субъективной (опрос, анкетирование) и объективной (полисомнографиче-ское обследование) оценки сна у здоровых молодых людей. Выявлены изменения в физиологической структуре сна у обследуемых, которые позволили выделить группу риска развития инсомний.

Ключевые слова: качество ночного сна, полисомнография, дельта-сон.

QUALITY AND PHYSIOLOGICAL STRUCTURE OF SLEEP IN HEALTHY YOUNG SUBJECTS

O. V. Ilyina, E. A. Maslova, S. L. Bolotova

Abstract. In the paper we compare findings of subjective (interrogation, questionnaire) and objective (polysomnography investigation) assessment of sleep quality in healthy young subjects. In this group we revealed changes in the structure of sleep. This makes it possible to determine a risk group for development of insomnia.

Key words:quality of sleep, polysomnography investigation, delta-sleep.

Проблемы адаптации лиц молодого возраста к условиям интеллектуальной деятельности, проходящей на фоне выраженных психоэмоцио-

нальных нагрузок, дефицита времени, а в ряде случаев и несоблюдения режима труда и отдыха, зачастую проявляются нарушением цикла "сон -

Новые высокоточные методы диагностики позволят выявить патологию сердца на ранних стадиях

Специалисты Биомедицинского центра применяют персонифицированный подход к диагностической помощи пациентам с риском ишемической болезни сердца (ИБС). Современные высокоточные и безопасные неинвазивные методы диагностики позволяют с высокой точностью определить патологию сердца на ранних стадиях заболевания. К таким методам относятся перфузионная сцинтиграфия миокарда сердца (исследование миокардиального кровотока) с помощью радиофармацевтического препарата и мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) ― ранняя диагностика с использованием рентгеновского излучения.

Общепринятым методом исследования сосудов сердца в клинической практике является коронарография. Это инвазивный метод, выполняемый в условиях рентгеноперационной путем контрастирования коронарных артерий под рентгенологическим контролем. Коронарографию применяют для оценки коронарного русла (сужения, степени выраженности и локализации атеросклеротических изменений), определения тактики хирургического лечения у больных с симптомами ИБС. Но данный вид диагностики предпочтителен не для всех категорий пациентов. Уточнить диагноз ИБС у больных с трудно интерпретируемой симптоматикой помогут данные неинвазивных методов исследования.




«Кардиолог на консультативном приеме определяет, в какую группу следует отнести пациента: высокого, промежуточного или низкого риска. Для оценки риска сердечно-сосудистого заболевания в течение 10 лет разработана специальная шкала, основой которой являются несколько критериев: пол, возраст, характер симптомов. В большинстве случаев пациенты высокого риска имеют выраженную симптоматику ― стенокардию. Основным методом диагностики для пациентов группы высокого риска является коронарография, с помощью которой специалист может определить подход к хирургическому лечению. В случаях отсутствия характерной для ИБС симптоматики на помощь врачу приходят неинвазивные методы исследования», ― комментирует главный внештатный рентгенэндоваскулярный хирург Новосибирской области Евгений Иванович Кретов.

Подтвердить или исключить поражения коронарных артерий позволяет МСКТ. На первом этапе рентгенолог выявляет коронарный кальциноз и его степень, а также атеросклеротические бляшки и объем кальция в них. По результатам первого этапа специалист принимает решение о необходимости МСКТ-коронарографии с внутривенным введением контрастного препарата. Второй этап исследования призван определить степень стеноза коронарных артерий и его протяженность.

В случае поражения коронарных артерий пациенту должна быть назначена перфузионная сцинтиграфия миокарда. Во время исследования больному на фоне физической или фармакологической нагрузки вводят радиофармпрепарат. При физической активности сердечная мышца начинает испытывать острую необходимость в большом количестве кислорода, что приводит к усилению притока крови к клеткам миокарда. Любые патологические изменения в коронарной проходимости сердца больше заметны при нагрузке, чем во время покоя. Неравномерное распределение радиофармпрепарата указывает на нарушение кровоснабжения сердца. Характер распределения радиофармпрепарата позволяет специалисту выявить локализацию и объем нарушений. Полученные результаты исследования дают возможность для каждого пациента индивидуально определять дальнейшую тактику лечения.





«По чувствительности и специфичности диагностики ИБС методы ядерной медицины имеют самые высокие показатели. Экспериментальным путем доказано, что наиболее ранним изменением, свидетельствующим о патологических процессах в сердце, является нарушение перфузии сердца. Затем следуют метаболические изменения миокарда, нарушение сократимости сердечной мышцы, изменения, выявляемые на ЭКГ, и последний этап ― клиническая симптоматика. Наша задача не ждать симптомов, а диагностировать патологию уже на самых ранних этапах болезни. Неинвазивные методы диагностики играют здесь ведущую роль», ― поясняет заведующий отделением радиоизотопной диагностики Станислав Михайлович Минин.

«Данные неинвазивные методы исследования эффективны и безопасны. Они позволяют получить всю необходимую информацию о состоянии сердца пациента. Благодаря им специалист на госпитальном этапе может определить тактику лечения пациента: необходима ли ему коронарография с последующей операцией или следует назначить медикаментозную терапию. Современное оборудование и доказательная база позволяют Биомедицинскому центру ввести в практику эти виды исследования. Мы подготовили предложение для Минздрава НСО, в котором обосновали необходимость введения новых видов диагностической помощи пациентам с риском развития ишемической болезни сердца. Надеемся в ближайшем будущем мы будем использовать данный подход более широко», ― сообщил Евгений Иванович.


Научно-популярные статьи – полезная информация на сайте ЛИТЕХ

Если говорить о тенденциях в развитии методов диагностики, то в последние годы произошел сдвиг в сторону неинвазивных методов, где достигнут наибольший прогресс.

Уреазный дыхательный тест (УДТ)

Прежде всего, следует сказать, что в развитых странах в последние годы стандартным методом контроля за эрадикацией стал именно этот тест.

Тест основан на способности уреазы разлагать мочевину до НСО3Ї и NH4+. Из НСО3Ї образуется СО2, который попадая в кровоток затем транспортируется в легкие.

Для проведения УДТ необходима мочевина, меченная радиоактивным углеродом 13С или 14С. Чаще в клинической практике используется нерадиоактивный стабильный углерод 13С. 14С используется реже, так как является источником излучения низко энергетических β-частиц, которые обнаруживаются сцинтиляционным счетчиком.

Изотоп количественно определяют газовым хроматомас-спектрометром или с помощью инфракрасного и лазерного оборудования.

В начале исследования берутся 2 фоновые пробы выдыхаемого воздуха. Далее пациент съедает легкий завтрак и тестовый субстрат и в течение 1 часа, с интервалом в 15 минут у него берут по 4 пробы выдыхаемого воздуха. Уровень радиоактивного изотопа в выдыхаемом воздухе определяют в течение 10-30 минут. Затем пробирки направляются на масс-спектрометрию. Результат выражается как приращение 13СО2 – д13СО2, его экскреция (%о) и считается положительным при значениях выше 5%о. В ряде стран используется определение изотопического отношения концентраций 13СО2/12СО2, что позволяет свести к минимуму влияние на конечный результат методических и инструментальных погрешностей.

В развитых странах данный тест считается основным для выявления Helicobacter pylori - инфекции, однако сдерживающими факторами для повсеместного использования этой методики являются стоимость оборудования (масс-спектрометр) и изотопа. Поскольку уменьшение стоимости изотопа невозможно, были предложены варианты масс-спектрометров на основе лазерного и инфракрасного излучения, стоимость которых существенно ниже. С другой стороны, использование микрокапсул для упаковки мочевины, меченной радиоактивным изотопом, позволило свести к минимуму трудности, связанные с хранением, утилизацией и безопасностью данного изотопа. В США продажа микрокапсул с мочевиной, меченной углеродом, разрешена FDA наравне с обычными лекарственными препаратами через аптечную сеть, что является свидетельством полной безопасности данного изотопа для обследуемых и окружающей среды. Появление такой формы меченной мочевины существенно повышает конкурентноспособность этой методики, т.к. стоимость и самого изотопа, и оборудования для его проведения в среднем меньше в 10 раз, чем масс-спектрометра.

Показаниями для проведения УДТ служат: эпидемиологические исследования, скрининг перед эндоскопией и наблюдение за больным после лечения.

Иммунологический метод

Колонизация Н.pylori вызывает системный иммунный ответ. Через 3-4 недели после инфицирования в слизистой оболочке и в крови больных появляются антитела к Н.pylori. Эти антитела определяются путем иммуноферментного анализа. Выявляют антитела IgG, IgA, IgM-классов в крови и секреторные sIgA , sIgM в слюне и желудочном соке.

Поскольку инфекция является хронической и ее спонтанный клиренс невозможен, то положительные серологические тесты у нелеченных пациентов указывают на наличие текущей инфекции. Несмотря на то, что уровень антител в процессе успешной эрадикации падает, серологическая реакция остается положительной в течение ряда лет. Этот “серологический рубец” ограничивает возможности исследования крови для оценки эффективности лечения или для диагностики наличия у больного Н.pylori. Однако быстрое падение уровня антител косвенно может указывать на санацию СОЖ.

Имеется несколько модификаций этого теста: -ELISA- (ферментный иммуносорбентный метод), реакции фиксации комплемента, бактериальной и пассивной гемагглютинации.

Классический иммуноферментный анализ с количественным определением в сыворотке или плазме крови больных антихеликобактерных антител разных классов характеризуется высокой чувствительностью и специфичностью, в пользу чего свидетельствуют сравнительные исследования наборов для проведения таких анализов, выпускаемых различными производителями. Данный метод идеален для первичной диагностики, так как при высокой чувствительности и специфичности (более 90% по сравнению с инвазивными методами, включая ПЦР) он на сегодняшний день самый дешевый. Увеличение чувствительности и специфичности метода, вследствие совершенствования технологии, позволило применить его для диагностики эрадикации, и если 5 лет назад диагностика эрадикации с помощью иммуноферментного анализа была возможна только через 8-12 месяцев после лечения, то для выпускаемых в настоящее время наборов для ИФА этот срок уменьшился до 3 месяцев.

Использование же высокочувствительных наборов, в основу которых положен непрямой ИФА с применением антигена Н.pylori, меченного биотином, позволяет зафиксировать снижение концентрации специфических антител уже через 30-40 дней после окончания успешного лечения, и, таким образом, укладывается в сроки оценки эрадикации, принятые для инвазивных методов и дыхательного теста. Учитывая это обстоятельство, и то, что стоимость такого анализа ненамного выше обычного ИФА, следует признать его весьма перспективным.

ИФА в кале

Безусловной сенсацией 1998 года явилось появление на рынке теста для количественного определения антигена Н.pylori в фекалиях больных с помощью ИФА. Мультицентровое исследование в странах ЕС, проведенное более чем на 400 больных, подтвердило его высокую эффективность в определении эрадикации в сравнении с инвазивными методиками и дыхательным тестом. Более того, полученные данные свидетельствуют, что с помощью этого теста можно мониторировать лечение, то есть прогнозировать эффект антихеликобактерной терапии. Стоимость одного анализа пока остается на уровне дыхательного теста. Тест также зарегистрирован FDA в США.

Иммуноблотинг существенно уступает другим иммунологическим методам как по стоимости, так и по трудоемкости выполнения анализа, однако только с его помощью можно, имея лишь сыворотку крови больного, получить данные о свойствах штамма Н.pylori (продуцирует ли он CagA и VacA).

ПЦР в кале

На конференциях Канадской группы по изучению Helicobacter pylori (CSHPG) в 1999 году и Европейской группы по изучению Helicobacter pylori (ESHPG) в 2000 году были приняты рекомендации по диагностике и лечению Н.pylori-инфекции у детей, в которых указывалось на предпочтительность неинвазивной диагностики этой инфекции, особенно при контроле лечения (P. Sherman, 1999; B. Drumm, 2000). На основании этих рекомендаций в Европе и Америке для диагностики Н.pylori-инфекции в настоящее время используют иммуноферментный анализ (ИФА) для определения антител против H.pylori (серологический метод) и уреазный дыхательный тест с С13 меченым атомом углерода ([13C]UBT).

Однако, серологический метод на практике оказался малоэффективным для диагностики Н.pylori-инфекции у детей. Так, при первичной диагностике Н.pylori-инфекции у детей в ряде случаев отмечается слабый иммунный ответ, а это, в свою очередь, затрудняет верификацию антител против H.pylori. Из-за медленного снижения титра антител после успешно проведенной противохеликобактерной терапии, которое продолжается в течение 6 месяцев, серологический метод, как оказалось, мало пригоден и при раннем контроле лечения как у детей, так и у взрослых (A. Cutler, 1996).

Несмотря на широкое использование в клинической практике в Европе и Америке уреазного дыхательного теста с С13 меченым атомом углерода он имеет ограничения при использовании его у детей раннего возраста (J. Dominiguez-Munos, 1997). В России этот тест не нашел широкого распространения из-за высокой стоимости оборудования и мочевины с С13 меченым атомом углерода.

Несколько лет назад в Европе появился новый неинвазивный тест, на основе ИФА, позволяющий определять антиген H.pylori в кале – Premier Platinum HpSA (Meridian Diagnostics, Италия). Многочисленные мультицентровые исследования, как в нашей стране, так и за рубежом показали высокую чувствительность и специфичность этого теста при первичной диагностике Н.pylori-инфекции и контроле лечения (A. Markristatis, 1998; D. Vaira, 1999; В.М. Говорун, 2000). Этот тест был признан «золотым стандартом» в диагностике Н.pylori-инфекции. Единственным ограничением широкого использования этого теста в клинической практике остается его высокая стоимость по сравнению с другими методами диагностики хеликобактериоза.

Попытки создания альтернативного, более дешевого, неинвазивного метода диагностики Н.pylori-инфекции на основе ПЦР до настоящего времени заканчивались неудачей из-за большого количества ложно-положительных результатов (A. Markristatis, 1998; D. Vaira, 1999; L Trevisani, 1999). Тем не менее, на базе научной лаборатории НПФ «ЛИТЕХ» был разработан новый тест для диагностики Н.pylori- иннфекции в кале на основе ПЦР.

Чувствительность нового неинвазивного метода диагностики Helicobacter pylori–инфекции в кале у взрослых составила 91,1%. Созданная тест-система на основе ПЦР, позволяет верифицировать ДНК H.pylori в кале у детей и взрослых и не уступает по чувствительности и специфичности Premier Platinum HpSA - тесту.

При проведении первой серии экспериментов верификации ДНК H.pylori в кале у взрослых чувствительность созданного нами теста оказалась значительно ниже и составила 75,6%. Нами, в свою очередь, было сделано предположение, что снижение чувствительности ПЦР-теста при первичной диагностике H.pylori-инфекции у взрослых связано, скорее всего, с более длительной эвакуацией каловых масс. Более длительная эвакуация каловых масс у взрослых, по сравнению с детьми, по-видимому, способствовала разрушению ДНК H.pylori. В связи со сделанным предположением, для увеличения скорости эвакуации кала, всем взрослым пациентам накануне исследования в качестве слабительного был назначен Дюфалак (СолвейкФарма, Франция) по 30 мл утром и вечером. После назначения слабительного и сокращения времени эвакуации кала чувствительность ПЦР-метода при первичной диагностике H.pylori–инфекции у взрослых стала такой же, как при первичной диагностике у детей и составила 91,1%.

Использование ПЦР-теста на 4-ой неделе после успешно проведенной противохеликобактерной терапии показало низкую специфичность, созданного нами теста, которая составила – 75,7%.

При проведении контроля лечения на 6-ой неделе нами была отмечена тенденция к снижению количества ложноположительных результатов и специфичность, созданного нами теста составила – 93,9%.

На 8-ой неделе специфичность теста составила 100%. Нами не было получено ни одного ложноположительного результата.

В 1999 г L. Trevisani и соавт. в 2000 г R. Ohkura и соавт. также обратили внимание на высокий процент ложноположительных результатов при постановке Premier Platinum HpSA теста на 4-6 неделе после успешно проведенной противохеликобактерной терапии. Полученные ложноположи-тельные результаты они объяснили возможностью персистенции в организме пролеченных пациентов кокковых форм H.pylori, количество которых, скорее всего, начинает со временем снижаться и полностью отсутствует на 8-12 неделе.

G. Masoero и соавт. показали, что подобные проблемы могут встречаться и при использовании для контроля лечения 13С УДТ.

Тем не менее, следует отметить, что потеря специфичности при использовании неинвазивных методов для контроля лечения не сопровождается потерей их чувствительности.

К преимуществам созданного нами ПЦР-теста можно, прежде всего, отнести его неинвазивность, простоту и быстроту выполнения (на постановку 30 исследований необходимо 4,5 - 5 часов) и относительно низкую себестоимость по сравнению с ИФА, дыхательным тестом, бактериологическим и гистологическим методами исследования. Ввиду невысокой стоимости данного теста он может быть использован не только для первичной диагностики H.pylori-инфекции, но и для эпидемиологических исследований.

ИНВАЗИВНЫЕ И НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ГЕМОДИНАМИКИ У КРЫС ЛИНИИ WISTAR В МОДЕЛИ РЕНОВАСКУЛЯРНОЙ ГИПЕРТЕНЗИИ (2 ПОЧКИ, 1 ЗАЖИМ) | Кузьменко

1. Plehm R, Barbosa ME, Bader M. Animal models for hypertension/blood pressure recording. Methods Mol Med. 2006; 129: 115-126.

2. Kramer K, Remie R. Measuring blood pressure in small laboratory animals. Methods Mol Med.2005; 108: 51-62.

3. Bravkov MF, Bershadskij BG. The role of baro-receptors in the regulation of heart rate in awake animals. Fiziol. zhurn SSSR.=Physiological journal of USSR. 1978; 64: 475-482. In Russian. [Бравков М.Ф., Бершадский Б.Г. Роль барорецепторов в регуляции сердечного ритма у бодрствующих животных. Физиол. журн. СССР 1978; 64: 475-482].

4. Tsyrlin VA, Pliss MG, Patkina NA, Bershadsky BG, Eremeev VS. Baroreceptor reflex inhibition as a mechanism for raising blood pressure under negative emotions. In:Sys-tems Research in Physiology, Gordon and Breach Science Publishers. Amsterdam, 1989; 3: 329-341.

5. Ma X, Abboud FM, Chapleau MW. Analysis of afferent, central, and efferent components of the baroreceptor reflex in mice. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002; 283(5): 1033-1040.

6. Kasparov S, Davies KA, Patel UA, Boscan P, Garret M, Paton JF. GABA(A) receptor epsilon-subunit may confer benzodiazepine insensitivity to the caudal aspect of the nucleus tractus solitarii of the rat. J Physiol. 2001; 536(3): 785-796.

7. Aono H, Hirakawa M, Unruh GK, Kindscher JD, Goto H. Anesthetic induction agents, sympathetic nerve activity and baroreflex sensitivity: a study in rabbits comparing thiopental, propofol and etomidate. Acta Med Okayama. 2001; 55(4): 197-203.

8. American Heart Association. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation. 1996; 93: 1043-1065.

9. Richard E. Klabunde. Cardiovascular Physiology Concepts. Second Edition Published by Lippincott Williams & Wilkins. 2011.

10. Zimmerman JB, Robertson D, Jackson EK. Angiotensin II-noradrenergic interactions in renovascular hypertensive rats. J. Clin. Invest. 1987; 80: 443-457.

11. Korolev DV, Aleksandrov IV, Sonin DL, Galagudza MM, Kuz’menko NV. A software complex for the study of the arterial, perfusion pressure and ECG signal from various influences. Proceedings of the international scientific conference «Mathematical methods in technics and technologies mmtt - XV». Tambov: Tambov state technical University. 2002; 7: 155-156. In Russian. [Королев Д.В, Александров И.В, Сонин Д.Л, Галагудза М.М, Кузьменко Н.В. Программный комплекс для исследования зависимости артериального, перфузионного давления и сигнала ЭКГ от различных воздействий. Труды международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - XV». Тамбов: Тамбовский государственный технический университет. 2002; 7: 155-156].

12. Smyth HS, Sleight PS, Pickering GW. Reflex regulation of arterial pressure during sleep in man. Circulat. Res. 1969; 24: 109-121.

13. Di Rienzo M, Parati G, Castiglioni P, Omboni S, Ferrari A.U, Ramirez A.J, Pedotti A, Mancia G. Role of sinoaortic afferents in modulating BP and pulse-interval spectral characteristics in unanesthetized cats. Am J Physi ol. 1991; 261(2): 1811-1818.

14. Souza HC, Martins-Pinge MC, Dias da Silva VJ, Borghi-Silva A, Gastaldi AC, Blanco JH, Tezini GC. Heart rate and arterial pressure variability in the experimental renovascular hypertension model in rats. Auton Neuros-ci.2008, May 30; 139, №1-2: 38-45.

15. Monfredi O, Lyashkov AE, Johnsen AB, Inada S, Schneider H, Wang R, Nirmalan M, Wisloff U, Maltsev VA, Lakatta EG, Zhang H, Boyett MR. Biophysical characterization of the underappreciated and important relationship between heart rate variability and heart rate. Hypertension. 2014; 64(6): 1334-1343.

16. Kawada T, Sugimachi M. Open-loop static and dynamic characteristics of the arterial baroreflex system in rabbits and rats. J Physiol Sci. 2016; 66(1): 15-41.

17. Hales S. Statistical Essays: Containing Haemastaticks; or, an Account of Some Hydraulick and Hydrostatical Experiments Made on the Blood and Blood-Vessels of Animals. London, United Kingdom: W. Innys & R. Manby, 1943. p. 1733.

18. u G, Hu G, Shen L, Tang D, Lu L, Li P. The measurement of baroreflex sensitivity in stress-induced hypertensive rats by spectral analysis. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. 1998; 15(3): 234-238.

Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике - НИР

6 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: Разработаны новые методы восстановления 3-х мерных изображений сетчатки по набору изображений ее слоев, полученных при помощи адаптивной оптической системы. Развиты методы сепарации изображений слоев с использованием цифровой деконволюции на основе функций рассеяния, полученных по измеренной зрачковой функции. Выполнено численное моделирование указанных процедур восстановления с учетом зашумленности и низкого контраста, а так же аберраций реального глаза человека. Кроме того разработан новый метод цифрового восстановления изображений глазного дна с использованием биспектров. Показано, что при определенных условиях можно устранить как влияние нестационарных фазовых искажений, так и стационарных. Данная возможность реализована впервые в мировой практике. Было продолжено исследование влияния спекл-модуляции на точность измерения волнового фронта методом Шака-Гартмана. В данном направлении получены ценные с практической точки зрения результата и обоснованы оптимальные подходы к уменьшения ошибок измерения в данных условиях. Проведены модельные эксперименты на лабораторном макете по одновременной регистрации зрачковой функции и дефокусированных изображений слоев модельной сетчатки, с учетом данных об аберрациях человеческого глаза, как статических, так и динамических, полученных в клинических условиях
7 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: Разработаны новые методы восстановления 3-х мерных изображений сетчатки по набору изображений ее слоев, полученных при помощи адаптивной оптической системы. Развит биспектральный метод восстановления изображений с использованием информации о статистике спектров изображений. проведены работы по неинвазивной диагностике локальной температуры сетчатки глаза человека с использованием опто-акустических технологий. При реализации данного направления реализована использовать модель распространения тепла в структурах сетчатки глаза с учетом данных о локальном коэффициенте поглощения, полученные при опто-акустическом зондировании. Проведены эксперименты по определению локального коэффициента поглощения и температуры на образцах тканей сетчатки «in-vitro».
8 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: Разработана методика синтеза 3-Д изображений сетчатки по набору "очищенных" сечений, полученных при помощи цифровой конфокальной фильтрации. Создан экспериментальный макет установки по неинвазивной термометрии сетчатки по технологии опто-акустического зондирования.
9 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: В ходе выполнения работ по этапу были проведены эксперименты по лазерной опто-акустической термометрии образцов сетчатки "in vitro". При помощи микро-термопары проведено сравнение экспериментальных результатов с данными численного моделирования лазерного нагрева сетчатки. получено их хорошее согласие (ошибка по температуре не превышала 5%) Была проверена работа алгоритмов численного секционирования и 3-D восстановления по реальным данным модельного физического эксперимента.
10 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: В ходе выполнения работ по этапу был развитит биспектральный метод восстановления изображений с использованием информации о статистике спектров изображений. Были проведены экспериментальные исследования и численное моделирование методов неинвазивной диагностики локальной температуры сетчатки глаза человека с использованием опто-акустических технологий. При реализации данного направления использовалась модель распространения тепла в структурах сетчатки глаза и данные о локальном коэффициенте поглощения, полученные при опто-акустическом зондировании.
11 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа: Разработаны новые пути создания адаптивно-оптического лазерного сканирующего офтальмоскопа с параметрами, соответствующими и превышающими современные исследовательские приборы, имеющиеся в зарубежных лабораториях. При этом уникальной особенностью установки являться возможность таргетированных терапевтических воздействий на длинах волн 450-480нм на выбранные структуры глаза. Разработаны и исследованы новых высокоточные методы восстановления фазы по гартмановским картинам с использованием вариационного подхода. Развит и модифицирован регуляризованный биспектральный метод, который учитывает возможную знакопеременность и комплекснозначность ОПФ.
12 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа:
13 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа:
14 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа:
15 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Неинвазивные методы диагностики в медицинской физике
Результаты этапа:

Неинвазивные методы исследования сосудистого русла в клинической практике | Кобалава

1. Salonen JT, Salonen R. Ultrasound B-mode imaging in observational studies of atherosclerotic progression. Circulation 1993; 87 (Suppl II): II56-65.

2. Bots ML, Hoes AW, Koudstaal PJ, et al. Common carotid intima-media thickness and risk of stroke and myocardial infarction: The Rotterdam Study. Circulation 1997; 96: 1432-7.

3. Hodis HN, Mack WJ, LaBree L, et al. The role of carotid arterial intima-media thickness in predicting clinical coronary events. Ann Intern Med 1998; 128: 262-9.

4. O’Leary DH, Polak JF, Kronmal RA, et al. Carotid-artery intima and media thickness as a risk factor for myocardial infarction and stroke in older adults. Cardiovascular Health Study Collaborative Research Group. N Engl J Med 1999; 340: 14-22.

5. Zanchetti A, Bond MG, Hennig M, et al. European Lacidipine Study on Atherosclerosis investigators. Calcium antagonist lacidipine slows down progression of asymptomatic carotid atherosclerosis: principal results of the European Lacidipine Study on Atherosclerosis (ELSA), a randomized, double-blind, long-term trial. Circulation 2002; 106: 2422-7.

6. Zanchetti A, Bond MG, Hennig M, et al., ELSA Investigators. Absolute and relative changes in carotid intima-media thickness and atherosclerotic plaques during long-term antihypertensive treatment: further results of the European Lacidipine Study on Atherosclerosis (ELSA). J Hypertens 2004; 22: 1201-12.

7. Cuspidi C, Ambrosioni E, Mancia G, et al. Role of echocardiography and carotid ultrasonography in stratifying risk in patients with essential hypertension: the Assessment of Prognostic Risk Observational Survey. J Hypertens 2002; 20: 1307-14.

8. Feringa HH, Bax JJ, van Waning VH, et al. The long-term prognostic value of the resting and postexercise ankle-brachial index. Arch Intern Med 2006; 166: 529-35.

9. McKenna M, Wolfson S, Kuller L. The ratio of ankle and arm arterial pressure as an independent predictor of mortality. Atherosclerosis 1991; 87: 119-28.

10. Burek KA, Sutton-Tyrrell K, Brooks M, et al. Prognostic importance of lower extremity arterial disease in patients undergoing coronary revascularization in the Bypass Angioplasty Revascularization Investigation (BARI). JACC 1999; 34: 716¬21.

11. Safar ME, Levy BI, Struijker-Boudier H. Current perspectives on arterial stiffness and pulse pressure in hypertension and cardiovascular diseases. Circulation 2003; 107: 2864-9.

12. Laurent S, Cockcroft J, Van Bortel L, et al. on behalf of the European Network for non invasive investigation of large arteries. Expert consensus document on arterial stiffness: methodological issues and clinical applications. Eur Heart J 2006; 27: 2588-605.

13. Willum-Hansen T, Staessen JA, Torp-Pedersen C, et al. Prognostic value of aortic pulse wave velocity as index of arterial stiffness in the general population. Circulation 2006; 113: 664-70.

14. Laurent S, Boutouyrie P, Asmar R, et al. Aortic stiffness is an independent predictor of all-cause and cardiovascular mortality in hypertensive patients. Hypertension 2001; 37: 1236-41.

15. Laurent S, Katsahian S, Fassot C, et al.Aortic stiffness is an independent predictor of fatal stroke in essential hypertension. Stroke 2003; 34: 1203-6.

16. Boutouyrie P, Tropeano AI, Asmar R, et al. Aortic stiffness is an independent predictor of primary coronary events in hypertensive patients: a longitudinal study. Hypertension 2002; 39: 10-5.

17. Park JB, Schiffrin EL. Small artery remodeling is the most prevalent (earliest?) form of target organ damage in mild essential hypertension. J Hypertension 2001; 19: 921-30.

18. Rizzoni D, Porteri E, Guelfi D, et al. Structural alterations in subcutaneous small arteries of normotensive and hypertensive patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus. Circulation 2001; 103: 1238-44.

19. Greenland P, Gaziano JM. Clinical practice. Selecting asymptomatic patients for coronary computed tomography or electrocardiographic exercise testing. N Engl J Med 2003; 349: 465-73.

20. Taddei S, Salvetti A. Endothelial dysfunction in essential hypertension: clinical implications. J Hypertens 2002; 20: 1671-4.

21. Werner N, Kosiol S, Schiegl T, et al. Circulating endothelial progenitor cells and cardiovascular outcomes. N Engl J Med 2005; 353:999-1007.

границ | Инвазивная и неинвазивная стимуляция тучного мозга человека

Введение

Предпосылки и мотивация этого обзора

Ожирение и сопутствующие заболевания, такие как сердечно-сосудистые и эндокринологические заболевания, а также рак и деменция, распространяются по всему миру, достигая уровня пандемии (Dixon, 2010; Ebbert et al., 2014). Сложная этиология ожирения, его индивидуальная изменчивость в ответ на вмешательство, а также рост заболеваемости требуют новых терапевтических стратегий (Roman et al., 2015). Вмешательство центральной нервной системы управления выбором пищи, обработкой пищевого вознаграждения и гомеостатическим контролем с помощью неинвазивной и инвазивной стимуляции мозга может представлять собой инновационные способы лечения ожирения.

Далее я сначала представляю участки мозга, представляющие потенциальные целевые области для неинвазивной и инвазивной стимуляции мозга. Я подчеркиваю их функциональную роль в энергетическом гомеостазе, пищевом гедонизме, выборе продуктов питания и ожирении. Затем я представлю различные неинвазивные и инвазивные методы стимуляции мозга, прежде чем обобщить и обсудить имеющиеся данные об их эффективности в модулировании тяги к пище и потреблении калорий при ожирении.

Отруби сайтов гомеостаза и гедонизма

Гомеостаз описывает основанный на эволюции энергетический баланс между приемом пищи и потреблением. Во время голодания сигнальные пути голода вызывают повышенное внимание к пищевым подсказкам и чувствительность к стимулам, связанным с пищей. Во время потребления вкус и текстура пищи попадают в наше сознание через солитарный тракт в стволе мозга, из которого проекции через таламус достигают ассоциированных со вкусом нейронов в коре островка и его лобной крышке (Rolls et al., 1988; Яксли и др., 1988; Zatorre et al., 1992; Смолл и др., 1999). Увеличивающееся растяжение стенки желудка высвобождает нейропептиды (Schlogl et al., 2016), которые инициируют гомеостатическую обратную связь с мозгом, в основном нацеливаясь на участки гомеостатического контроля, такие как латеральная область гипоталамуса (Gibbs et al., 1973; Baskin et al., 1999; Гриль, Каплан, 2002; Минокоши и др., 2004; Мортон и др., 2006).

Принятие пищи ради удовольствия может вызвать потребление пищи без чувства голода и сверх сытости.Гедонические системы мозга, включая прилежащее ядро, дорсальное полосатое тело, вентральную тегментальную область и орбитофронтальную кору (OFC), оценивают полезные свойства пищи (Wang et al., 2001; Saper et al., 2002; Stoeckel et al., 2008). ).

Прилежащее ядро, как часть брюшного полосатого тела, представляет собой богатую дофамином область, которая поддерживает мотивацию, вознаграждение и обучение с подкреплением (Corbit and Balleine, 2016; Salamone et al., 2016). Следовательно, он играет важную роль в (пищевой) зависимости (Volkow et al., 2013). Он реагирует на получение пищи, если это неожиданно (Pagnoni et al., 2002), его реакция на пищевые сигналы предсказывает последующее потребление пищи (Lawrence et al., 2012) и, по-видимому, кодирует ценность пищи (Small et al., 2001, 2008).

Дорсальное полосатое тело активно во время потребления пищи и его обесценивание при приеме пищи сверх насыщения (Small et al., 2001). Его активность, связанная с потреблением, также, по-видимому, соответствует увеличению массы тела в будущем (Stice et al., 2008).

OFC объединяет вкусовые данные, поступающие от островка, с когнитивной информацией, а также стимулирующую ценность от лимбической системы, позволяя субъективно оценивать пищу (Berridge and Robinson, 2003; Rolls, 2005; Small et al., 2007). Исследования конца девяностых показали, что не только задне-медиальный ОФК, но и его каудолатеральные части реагируют на разные вкусы и запахи (Small et al., 1997; Zald et al., 1998). На основании этих открытий обеим участкам OFC была приписана роль во вкусовой обработке (Small et al., 1999). Этот кортиколимбический процесс, по-видимому, связан с насыщением, поскольку нейронные реакции на пищу в обоих регионах OFC уменьшаются с прогрессирующим потреблением (Kringelbach et al., 2003; Thomas et al., 2015), что приводит к снижению ценности вознаграждения и, следовательно, к снижению мотивации к еде. .

Тучный мозг

Тучные люди разделяют определенные поведенческие паттерны с наркоманами, такие как тяга, вероятно, связанная с повышенной активностью, связанной с сигналом, в связанных с вознаграждением областях мозга (Tang et al., 2012; Volkow et al., 2013; Boswell and Kober, 2016) . Однако во время еды люди с ожирением, такие как наркоманы, демонстрируют ослабленную реакцию вознаграждения, что, вероятно, способствует компенсирующему чрезмерному потреблению (Wang et al., 2001; Stice et al., 2008; Johnson and Kenny, 2010). Дисфункциональный выброс дофамина в прилежащем ядре, спинном полосатом теле и медиальной префронтальной коре может опосредовать эти эффекты поощрения ожирения (Geiger et al., 2008, 2009; Zhang et al., 2015).

Кроме того, OFC, по-видимому, играет роль в развитии ожирения. Было обнаружено, что его срединно-каудальная часть структурно изменена в связи с увеличением массы тела (Horstmann et al., 2011), а его правая боковая часть, по-видимому, представляет определенные аспекты тяги к пище, такие как намерения и планы потреблять пищу, ее недостаток. контроля над едой, мыслями или озабоченностью едой, а также чувство вины из-за тяги (Ulrich et al., 2016).

Мозговые системы, связанные с вознаграждением, постоянно взаимодействуют с гипоталамусом, чтобы гарантировать энергетический гомеостаз.Живя в среде постоянного наличия высококалорийной пищи, эти тесно связанные системы могут стать независимыми, а гедонизм побеждает гомеостаз. Люди могут потреблять пищу сверх сытости на основе взаимодействия пищевых сигналов, возникающих в условиях ожирения, и личных качеств, таких как `` невротизм '', `` импульсивность '' и `` чувствительность к вознаграждению '' (Gerlach et al., 2015), которые вызывают повышенную уязвимость к стимулам поощрения, связанным с едой (Davis et al., 2007; Bryant et al., 2008).

Нейробиология выбора продуктов питания

Было показано, что дорсолатеральная префронтальная кора (DLPFC) участвует в самоконтроле (Hare et al., 2009) и когнитивной переоценке (Kober et al., 2010). Переоценка еды снижает ее желательность, и степень, в которой люди могут уменьшить желание еды, кажется, связана с самоконтролем приема пищи в повседневной жизни (Giuliani et al., 2013). Во время переоценки пищевых продуктов некоторые исследования показали влияние веса тела на силу активации DLPFC (Hollmann et al., 2012; Kumar et al., 2016), тогда как другие исследования не обнаружили такой взаимосвязи (Yokum and Stice, 2013). Связанные с ожирением изменения функциональной и структурной архитектуры DLPFC предполагают изменение процессов исполнительного контроля при выборе продуктов питания. Альтернативно или дополнительно, эти изменения могут отражать механизмы адаптивного исполнительного контроля, пытающиеся компенсировать дисфункциональные процессы вознаграждения или оценки (Horstmann et al., 2011; Hollmann et al., 2012).

Участие DLPFC в выборе продуктов питания подтверждается структурой, связанной с массой тела (Horstmann et al., 2011) и функциональные изменения (Hollmann et al., 2012), влияющие не только на DLPFC, но и на взаимосвязанные области мозга, участвующие в вознаграждении (Yokum and Stice, 2017), оценке (Hollmann et al., 2012) и гомеостатических процессах ( Horstmann et al., 2011), таких как островок, медиальный OFC, вентральный / дорсальный стриатум (Avery et al., 2017), гипоталамус, медиальная префронтальная кора и задняя поясная извилина (Harding et al., 2018). ). У худых людей изменения гомеостатического статуса связаны с изменениями силы нейронной активации и функциональной связности вкусовых и гомеостатических областей мозга, тогда как у людей с ожирением такие гомеостатические изменения связаны с изменениями активности и связности вкусовых и гедонических областей мозга (Avery и другие., 2017; Harding et al., 2018). Более того, в состоянии голодания ожирение, по-видимому, связано с более сильной функциональной связью между областями мозга, участвующими в когнитивном контроле, мотивации и вознаграждении, тогда как потребление пищи у людей с ожирением в значительной степени не влияет на эти связи по сравнению с худыми людьми (Lips et al. , 2014). Эти связанные с массой тела изменения силы нейронной активации и функциональной связи предполагают, что выбор продуктов питания у тучных людей в большей степени определяется поиском вознаграждения, чем гомеостатически релевантной интероцептивной информацией от тела (Lips et al., 2014; Avery et al., 2017; Harding et al., 2018).

Материалы и методы

Знакомство с методами неинвазивной и инвазивной стимуляции мозга

Двумя наиболее популярными неинвазивными методами стимуляции мозга являются повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция (rTMS) и транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS). Из-за ограниченной глубины проникновения оба метода могут использоваться для воздействия на поверхностно локализованные области мозга, такие как DLPFC или лобная крышка / кора островка.RTMS или tDCS, примененные к этим областям, могут модулировать активность также на взаимосвязанных удаленных участках мозга, но эти эффекты недостаточно изучены.

Стимуляция гомеостатических (т. Е. Гипоталамуса) или гедонических областей мозга (т. Е. Вентрального / дорсального полосатого тела) требует неинвазивной / инвазивной стимуляции блуждающего нерва (VNS) или инвазивной стимуляции глубоких слоев мозга (DBS). Эти методы будут представлены после tDCS и rTMS.

Неинвазивная транскраниальная стимуляция постоянным током

tDCS - это безопасный метод доставки подсознательных тонических токов через два поверхностных электрода (анод и катод), прикрепленных к голове (Nitsche and Paulus, 2000; Brunoni et al., 2011). Ток слабый (например, 1-2 мА), но может изменять возбудимость коры на несколько минут или часов в зависимости от продолжительности и полярности tDCS (Nitsche and Paulus, 2001; Hummel et al., 2005). Во время своего применения tDCS, по-видимому, вызывает сдвиг мембранных потенциалов стимулированных корковых ансамблей. Затем следует изменение эффективности синаптической передачи в течение первых 20 минут после применения (Clark et al., 2011; Rahman et al., 2013).

Доставляемый в первичную моторную кору, TDCS изменяет возбудимость коры в зависимости от полярности (Stagg and Nitsche, 2011).Анодная tDCS ослабляет внутрикортикальное торможение и увеличивает облегчение после сеанса стимуляции, а не во время него. Катодная tDCS, в свою очередь, ослабляет облегчение во время сеанса стимуляции и увеличивает ингибирование после него. Считается, что на синаптическом уровне tDCS модулирует возбудимость корковых нейронов в моторной коре головного мозга посредством модуляции глутаматергического действия (Stagg and Nitsche, 2011).

Для фиктивной tDCS ток временно увеличивается, а затем снова снижается, избегая более длительной активной стимуляции мозга.При этой процедуре участники испытывают те же ощущения покалывания, которые возникают в течение первых нескольких минут реальной tDCS (Gandiga et al., 2006).

Неинвазивная повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция

Катушка TMS, содержащая генератор магнитного поля, прикреплена к голове над интересующим участком мозга. Магнитное поле вызывает небольшой электрический ток в целевых кортикальных узлах посредством электромагнитной индукции. Низкочастотная rTMS (например, 1 Гц), передаваемая в первичную моторную кору, снижает возбудимость коры, не влияя на корковое торможение.Высокочастотная rTMS (≤5 Гц), в свою очередь, приводит к ослаблению коркового торможения (Fitzgerald et al., 2006). TMS с тета-всплеском (50 Гц, TBS) может подаваться непрерывно (cTBS) или прерывисто (iTBS) для подавления или облегчения корковой возбудимости соответственно (Di Lazzaro et al., 2005).

Во время стимуляции моторной коры эффект ТМС может быть легко зафиксирован с помощью одновременно записываемых моторных вызванных потенциалов мышцы, представление которой попадает в стимулированную корковую моторную репрезентацию.Навигация катушки TMS по областям мозга без такого прямого вывода, например, DLPFC, является более сложной задачей и может управляться нейронавигацией на основе структурной и / или функциональной КТ / МРТ мозга участника.

Неинвазивная и инвазивная стимуляция блуждающего нерва

Блуждающий нерв - это периферический нерв, относящийся к вегетативной нервной системе. Это связано с парасимпатическим контролем сердца, легких и пищеварительного тракта. Он также выполняет симпатическую функцию через периферические хеморецепторы.В клинических целях стимуляция блуждающего нерва используется для лечения лекарственно-рефрактерной эпилепсии и рефрактерной к лечению депрессии (Panebianco et al., 2015; Carreno and Frazer, 2017; Edwards et al., 2017).

Блуждающий нерв получает афферентные сигналы от желудка и участвует в передаче сигналов гомеостатической обратной связи в мозг. Считается, что его инвазивная или неинвазивная стимуляция снижает аппетит. Неинвазивная ВНС для таких целей включает чрескожную стимуляцию дерматома Т6 и, следовательно, афферентных выступов блуждающего нерва.

Для инвазивного лечения ожирения хирург имплантирует спиральную спираль в брюшной ствол нерва проксимальнее желудка. Небольшой электрический генератор имплантируется подкожно под ключицей (Edwards et al., 2017). Стимуляция обычно направлена ​​на левый блуждающий нерв, поскольку стимуляция правого блуждающего нерва может вызвать серьезные кардиологические побочные эффекты из-за того, что правый блуждающий нерв участвует в различных сердечных функциях (Carreno and Frazer, 2017).

Инвазивная стимуляция глубокого мозга

Глубокая стимуляция мозга требует стереотаксической имплантации электродов в глубокие структуры мозга, тогда как генератор импульсов имплантируется подкожно (Khan and Henderson, 2013).Подача постоянного электрического тока с помощью DBS может модулировать активность дисфункциональных цепей мозга (Karas et al., 2013). DBS был впервые использован как вариант лечения у резистентных к лекарствам пациентов с болезнью Паркинсона. Недавно он был успешно протестирован в качестве варианта лечения устойчивой к терапии депрессии, обсессивно-компульсивного расстройства и злоупотребления психоактивными веществами (Karas et al., 2013; Coenen et al., 2015).

Имплантация электродов проводится под местной или общей анестезией, с электрофизиологическими записями или без них, а также с периоперационными психологическими и неврологическими тестами или без них (Lefaucheur et al., 2008; Xie et al., 2010; Чен и др., 2011; Фолтыние и др., 2011). DBS - относительно безопасный метод с уровнем смертности ниже 0,3% (Voges et al., 2006; McGovern et al., 2013). Однако у лиц с ожирением риск послеоперационных осложнений был несколько выше (Hu et al., 2017).

Для лечения ожирения электроды DBS имплантируются в боковую область гипоталамуса или прилежащее ядро ​​для изменения гомеостатической или гедонической реакции на пищу соответственно. На данный момент имеющиеся данные позволяют предположить, что стимуляция боковой области гипоталамуса может увеличить расход энергии в состоянии покоя, в то время как стимуляция прилежащего ядра может снизить потребление пищи (Ho et al., 2015b). Однако механизм действия еще предстоит выяснить.

Результаты

Эффекты неинвазивной tDCS

tDCS можно использовать для нацеливания на поверхностно расположенные области мозга, такие как DLPFC - предпочтительная мишень для неинвазивной стимуляции мозга при исследованиях ожирения. В большинстве исследований один стимулирующий электрод крепится к правому лбу (например, анод), а другой электрод - к левому лбу (например, катод). Для обратной полярности анод и катод просто поменяны местами.

В предыдущих исследованиях были собраны доказательства связанного с ожирением префронтального дисбаланса (Carnell et al., 2012; Brooks et al., 2013; Vainik et al., 2013) с нарушением регуляции активности DLPFC справа (Alonso-Alonso и Pascual-Leone). , 2007) или левое полушарие (Gluck et al., 2015). Эти изменения могут указывать на общие недостатки в принятии решений, а также на снижение самоанализа при выборе продуктов питания. Идея tDCS состоит в том, чтобы модулировать активность DLPFC и, следовательно, контролировать повседневный выбор продуктов питания (см. Дополнительную таблицу S1 для обзора исследований tDCS).

На основе этих предположений был проведен ряд исследований, изучающих влияние одного сеанса двусторонней tDCS на DLPFC. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что один сеанс tDCS, введенный в DLPFC, у худощавых людей снижает тягу к еде непосредственно к tDCS (Fregni et al., 2008; Goldman et al., 2011; Montenegro et al., 2012; Kekic et al., 2014). ).

Fregni et al. (2008) показали на образце молодой женщины, что еда или связанные с ней фильмы после фиктивной tDCS увеличили тягу к еде, как и ожидалось.После того, как анодная tDCS была доставлена ​​в левый DLPFC (т. Е. Катодная tDCS была применена к правой DLPFC), пищевые стимулы больше не увеличивали тягу к еде. Более того, для обратной полярности (анодная tDCS применяется к правому DLPFC / катодная tDCS доставляется к левой DLPFC) люди реже фиксируют изображения, связанные с едой. Интересно, что одного сеанса tDCS было также достаточно, чтобы уменьшить количество потребляемой пищи (Fregni et al., 2008).

Goldman et al. (2011) применили анодную tDCS к правому DLPFC у молодой смешанной выборки с избыточным весом и ожирением, в то время как катодная tDCS была доставлена ​​в левую DLPFC.Эффекты обратной полярности не тестировались. Способность сопротивляться сладкой пище и углеводам была лучше для настоящих tDCS, чем для фиктивных (Goldman et al., 2011).

Kekic et al. (2014) использовали то же расположение электродов, что и Goldman et al. (2011) в выборке молодых, худых и полных женщин, и, в соответствии с их выводами, тяга к сладкой, но не пикантной пище была менее выражена после настоящих tDCS. Интересно, что женщины, демонстрирующие рефлексивное поведение выбора, продемонстрировали больший анти-тяговый эффект, вызванный tDCS, чем женщины, демонстрирующие импульсивное поведение выбора (Kekic et al., 2014).

Черногория и др. (2012) исследовали влияние одного сеанса tDCS в дополнение к физическим упражнениям на небольшой выборке людей смешанного пола и с избыточным весом. Сравнение их результатов с другими упомянутыми выше исследованиями затруднительно (Goldman et al., 2011; Kekic et al., 2014), поскольку Montenegro et al. использовали немного другое расположение электродов tDCS. Для анодной tDCS слева DLPFC они прикрепили анод к фронтальному месту F3 в соответствии с международной системой 10–20 EEG.Катод прикрепляли к Fp2, контралатеральной надглазничной области. TDCS с таким расположением электродов и в сочетании с физическими упражнениями оказывал более сильное подавляющее влияние на желание есть по сравнению с tDCS или только упражнениями (Montenegro et al., 2012).

В большинстве пилотных исследований на сегодняшний день изучали влияние одного сеанса tDCS на небольшие группы населения, ограничивая их пригодность для вывода гипотез для более крупных клинических испытаний с повторяющимися tDCS. С этой целью влияние tDCS на DLPFC, связанные с ним когнитивные эффекты, а также механизм биохимического действия должны быть дополнительно расшифрованы.

Что касается механизмов биохимического действия tDCS в мозге крыс, Surowka et al. (2018) недавно исследовали молекулярные и элементарные эффекты tDCS в областях мозга, участвующих в контроле аппетита. Крысы, получавшие высококалорийные питательные вещества при префронтальной стимуляции, демонстрировали значительное снижение аппетита. И анодная, и катодная tDCS выявили качественные и структурные свойства липидов. Однако анодная tDCS оказывала большее влияние на вторичную структуру белка. Обе полярности также уменьшали поверхностную массу некоторых электролитов, но опять же анодная tDCS имела более сильный эффект, чем катодная tDCS (Surowka et al., 2018).

исследований tDCS с использованием либо одного сеанса, либо повторяющихся сеансов подтверждают предположение о префронтальном дисбалансе, но не только при ожирении (Carnell et al., 2012; Brooks et al., 2013; Vainik et al., 2013), но и худощавые люди (Fregni et al., 2008; Goldman et al., 2011; Montenegro et al., 2012; Kekic et al., 2014). Недавнее исследование ЭЭГ у лиц с ожирением выявило еще один дисбаланс не между двумя DLPFC, а между левой DLPFC и правой лобной крышкой (Kumar et al., 2016). Разрешение желания визуально представленной пищи увеличило активность левого DLPFC. Во время регулирования желания той же пищи активность правой лобной крышки увеличивалась (Kumar et al., 2016).

На основании этих данных Grundeis et al. (2017) применили катодную tDCS для подавления активности в левой DLPFC у молодой женщины с ожирением, одновременно применяя анодную tDCS для усиления активности в правой лобной крышке. Они предположили, что tDCS-индуцированное усиление способности регулировать желание еды и, следовательно, снижение потребления калорий.Однако TDCS не влиял на желание еды и не влиял на потребление калорий, что позволяет предположить, что tDCS также не влиял на оба целевых региона (Grundeis et al., 2017).

Вопреки этим результатам, tDCS, примененный к обоим DLPFC, показал влияние на тягу к пище и потребление калорий (Fregni et al., 2008; Goldman et al., 2011; Kekic et al., 2014; Lapenta et al., 2014). Этот эффект может быть основан на возможных изменениях активности обоих DLPFC вместе или на ответных реакциях со стороны связанных дофаминергических областей, таких как полосатое тело или OFC (Geiger et al., 2008, 2009). Однако прямая модификация дофаминергических ответов из областей вознаграждения маловероятна, поскольку tDCS не обладает необходимой глубиной проникновения.

На сегодняшний день лишь несколько исследований изучали повторяющееся применение сеансов tDCS в отношении тяги к еде и / или потребления пищи. Gluck et al. показали на небольшой когорте людей смешанного пола, исключительно страдающих ожирением, что повторяющиеся применения анодного по сравнению с катодным tDCS, доставленные в правильный DLPFC, привели к снижению потребления калорий и большей потере веса (Gluck et al., 2015).

Совсем недавно Любисавлевич и др. (2016) показали на группе молодых людей смешанного пола, худощавого и избыточного веса, что 5 дней анодной tDCS с правильным DLPFC уменьшили тягу к высококалорийной пище, но не к углеводам. Интересно, что за этим немедленным эффектом последовал последующий эффект, поскольку как текущая, так и привычная тяга все еще уменьшалась через 30 дней после активной tDCS - эффект, который не был обнаружен после одного сеанса tDCS (Ljubisavljevic et al., 2016).

Также Jauch-Chara et al.(2014) применили анодную tDCS к правильному DLPFC у молодого человека, состоящего исключительно из мужчин, с худощавым и избыточным весом в течение 1 недели, и обнаружили снижение аппетита, приводящее к снижению потребления калорий на 14%. Эти эффекты на потребление высококалорийной пищи были недавно подтверждены на крысах, получавших tDCS в течение 8 дней (Macedo et al., 2016).

Дополнительные пилотные исследования с повторяющимися сеансами tDCS, например, Jauch-Chara et al. (2014), Gluck et al. (2015) или Ljubisavljevic et al. (2016), необходимы для оценки влияния и безопасности повторяющихся сеансов tDCS на пищевое поведение.

Эффекты неинвазивной rTMS

Как и tDCS, rTMS ограничена глубиной проникновения, что позволяет стимулировать только поверхностно расположенные области мозга, такие как DLPFC. Однако стимуляция DLPFC с помощью rTMS вызывает изменения не только активности DLPFC, но и мышц, находящихся непосредственно под катушкой TMS. Эти схватки могут быть неудобными, и их трудно имитировать во время имитации стимуляции.

Преимущество rTMS в том, что для него требуется только одна катушка стимуляции, а не два электрода, как tDCS.Это позволяет воздействовать на области мозга с более высокой пространственной точностью. RTMS на высоких частотах имеет потенциал для облегчения активности в целевом DLPFC, одновременно подавляя активность в связанных областях, таких как OFC и передняя часть поясной извилины коры головного мозга (Nahas et al., 2001).

Предыдущие исследования предполагают, что пТМС может оказывать лечебный эффект при зависимости и, возможно, также при ожирении, если ожирение связано с симптомами пищевой зависимости (Mishra et al., 2011). Наркомания и пищевая зависимость имеют несколько общих симптомов (Gearhardt et al., 2011a, 2014), таких как дисфункция вознаграждения, тяга, нарушение регуляции эмоций и импульсивность (Schulte et al., 2016). Пищевые наркоманы демонстрируют компульсивное потребление вкусной еды, а также психологическую зависимость, выражающуюся в виде тяги вместе с повышенным удовольствием и возбуждением (Gold et al., 2004). Пищевая зависимость имеет значительно большую сопутствующую патологию с расстройством переедания, депрессией и синдромом дефицита внимания / гиперактивности по сравнению с контрольной группой, эквивалентной возрасту и весу (Davis et al., 2011; Gearhardt et al., 2012). У пищевых наркоманов более высокий уровень негативных эмоций, психопатология пищевого расстройства и более низкая самооценка (Gearhardt et al., 2013). Они демонстрируют повышенные аспекты импульсивности, связанные с вниманием (Meule et al., 2012; Murphy et al., 2014), и большую эмоциональную реактивность, чем их тучные коллеги (Davis et al., 2011; Pivarunas and Conner, 2015). Что касается еды, они проявляют большую тягу к еде и склонность «самоуспокоиться». В совокупности эти наблюдения предполагают клинически значимые подтипы ожирения, которые могут обладать различной уязвимостью к факторам риска окружающей среды (Davis et al., 2011).

Визуализация мозга у пищевых наркоманов показала усиленную активацию в передней поясной извилине, медиальной OFC и миндалевидном теле в ответ на ожидаемое получение пищи (Gearhardt et al., 2011b). Более высокие по сравнению с более низкими показателями пищевой зависимости, по-видимому, связаны с повышенной активацией DLPFC и дорсального полосатого тела в ответ на ожидаемое получение пищи, но меньшей активацией в латеральных OFC в ответ на получение пищи. Эти данные свидетельствуют о схожих паттернах нейронной активации при пищевом поведении, похожем на привыкание, и зависимости от веществ: повышенная активация схемы вознаграждения в ответ на пищевые сигналы и пониженная активация тормозных областей в ответ на прием пищи (Gearhardt et al., 2011б).

Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что рТМС влияет на тягу к пище и ее потребление даже у тучных людей, не страдающих пищевой зависимостью (см. Дополнительную таблицу S1). У молодых, склонных к ожирению женщин с тягой к пище 10-Гц rTMS, классическая форма высокочастотной rTMS, направленная влево, DLPFC устраняла эту тягу только в том случае, если применялась настоящая rTMS. После фиктивной rTMS тяга к еде постоянно возрастала во время представления картинки еды. Однако потребление пищи не изменилось после реальной пТМС (Uher et al., 2005).

Хотя эти результаты согласуются с исследованиями, в которых изучались эффекты одного сеанса tDCS (см. «Эффекты неинвазивной tDCS»), они не согласуются с другими результатами rTMS, снова полученными на небольшой когорте людей, состоящей исключительно из худых и страдающих ожирением женщин. (Barth et al., 2011): В исследовании Barth et al. (2011) rTMS также была доставлена ​​в левый DLPFC, но, в отличие от предыдущего исследования, реальные и фиктивные rTMS сравнивались не между субъектами, а внутри них. Однако тяга к пище значительно снизилась не только для реальной, но и для фиктивной пТМС, что позволяет предположить, что настоящая пТМС не модулирует тягу к пище (Barth et al., 2011). Однако основным недостатком этого исследования была неоднородность участников. Barth et al. (2011) смешали полных и худых женщин. Этот смешанный образец мог снизить чувствительность к обнаружению воздействия на тягу к еде при ожирении. Другое возможное объяснение заключается в том, что rTMS был доставлен на 100% моторного порога. В других исследованиях вместо этого использовалось 110%.

Тем не менее, снижение тяги к пище, по-видимому, представляет собой наиболее воспроизводимый эффект DLPFC-rTMS у лиц с ожирением. Предыдущие исследования показали, что этот эффект может длиться до 2 недель (Fregni and Pascual-Leone, 2007).

Kim et al. (2018) были первыми, кто показал, что rTMS с частотой 10 Гц, доставленная в левую DLPFC в смешанной выборке с ожирением, даже уменьшала потребление пищи и, следовательно, массу тела у людей с ожирением. Однако они использовали не один, а четыре сеанса rTMS, что также привело к более высокому уровню сытости, чем в фиктивной группе. Оценка распределения жира под контролем КТ показала параллельное уменьшение висцеральной жировой ткани без чрезмерного уменьшения массы скелетных мышц. Кроме того, концентрация инсулина натощак и инсулинорезистентность снизились только в реальной группе rTMS.Напротив, профили С-реактивного белка и липидов остались почти неизменными, вероятно, из-за относительно короткой продолжительности исследования. В совокупности эти результаты показывают, что несколько сеансов rTMS, например несколько сеансов tDCS, могут снизить массу тела и даже могут снизить риск сосудистых событий (Kim et al., 2018). Применение всего лишь одного сеанса rTMS с частотой 10 Гц кажется менее эффективным. Кажется, что это вызывает снижение тяги к еде, но этот эффект, похоже, не приводит к снижению потребления пищи (Uher et al., 2005).

Накапливающиеся данные из вышеупомянутых исследований показывают, что стимулирующая высокочастотная (т.е. 10 Гц) rTMS, применяемая к левой DLPFC, снижает тягу к еде, а также потребление пищи, если люди проходят несколько сеансов rTMS. Это предположение будет косвенно усилено, если ингибирующая рТМС вызовет обратный эффект. Одно исследование недавно обратилось к этому вопросу. Lowe et al. (2018) применили ингибирующую cTBS (т. Е. Непрерывную rTMS с частотой 50 Гц), нацеленную на левую DLPFC, в образцах женщин, склонных к ожирению, и оценили их влияние на потребление пищи.Только после настоящего cTBS женщины выборочно потребляли более калорийную пищу, но не низкокалорийную. С помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ) Lowe et al. наблюдали параллельное ослабление активности в стимулированной левой области DLPFC (Lowe et al., 2018). Эти результаты подтверждают предположение, что rTMS, доставленная в DLPFC, может модулировать потребление пищи в обоих направлениях.

Эффекты неинвазивного и инвазивного VNS

Блуждающий нерв посылает афферентные сигналы от желудка к гомеостатическим участкам мозга.Поэтому предполагается, что его неинвазивная и инвазивная стимуляция снижает аппетит и массу тела. Основываясь на этих предположениях, неинвазивная ВНС была предложена в качестве варианта лечения ожирения (Page et al., 2012). Первые результаты действительно свидетельствуют о снижении аппетита и массы тела (Ruiz-Tovar et al., 2014; Ruiz-Tovar and Llavero, 2016) (см. Дополнительную таблицу S1).

В хорошо контролируемом экспериментальном исследовании Ruiz-Tovar et al. (2014) обнаружили у 45, в основном женщин, страдающих ожирением, что диета в сочетании с неинвазивным VNS, доставляемым к дерматому T6, приводила к снижению массы тела и аппетита.В последующем исследовании они также оценили долгосрочный эффект неинвазивной VNS. Девять месяцев лечения у 150 человек с ожирением привели к снижению аппетита, связанному со средней потерей веса на 14,5 (± 2,8) кг (Ruiz-Tovar and Llavero, 2016).

В соответствии с этими положительными эффектами неинвазивной VNS, инвазивная VNS также показала многообещающие результаты в исследованиях на людях. Результаты так называемого исследования ReCharge свидетельствуют о положительном влиянии на аппетит и контроль массы тела (Ikramuddin et al., 2014; Шикора и др., 2015). Исследование ReCharge - это рандомизированное, двойное слепое, фиктивно контролируемое клиническое исследование с участием 239 лиц с ожирением и патологическим ожирением, в основном женщин (Ikramuddin et al., 2014; Shikora et al., 2015). После 12 месяцев неинвазивной VNS 52% участников реальной группы VNS потеряли 20% или более своей массы тела. Тридцать восемь процентов потеряли по крайней мере 25% или более своей массы тела. В фиктивной группе только 32% участников потеряли 20% или более, а 23% потеряли 25% или более своей массы тела.Серьезные побочные эффекты наблюдались только у 3,7% участников (Ikramuddin et al., 2014). Через 18 месяцев 88% лиц с VNS и 83% фиктивных лиц остались в исследовании. У этих участников потеря веса составила 23% в группе VNS по сравнению с 10% в фиктивной группе. Люди с VNS в основном сохранили 12-месячную потерю веса на 26%. Лица в фиктивной группе, наоборот, восстановили более 40% от их первоначальной 17% потери веса (Shikora et al., 2015).

Эти результаты были подтверждены исследованием VBLOC DM2.Периодическая инвазивная ВНС среди 28 лиц с ожирением и сахарным диабетом 2 типа в течение более 2 лет оказалась безопасной процедурой, ведущей не только к потере веса, но и к снижению метаболических и сосудистых факторов риска (Shikora et al., 2016).

Эффекты инвазивного DBS

Есть две потенциальные цели для DBS. Одна из целей - это боковой гипоталамус как главный центр гомеостатического контроля мозга. Другой - прилежащее ядро ​​как область гедонической схемы мозга, лежащая в основе мотивации, вознаграждения и обучения с подкреплением.Совпадающие данные у грызунов предполагают, что оболочка и ядро ​​прилежащего ядра опосредуют поведение, ориентированное на вознаграждение (Avena and Bocarsly, 2012; Richard et al., 2013; Burton et al., 2015). DBS обоих субрегионов оказалась эффективной для изменения такого поведения (Hamani, Temel, 2012; Luigjes et al., 2012; Muller et al., 2013; Pierce and Vassoler, 2013).

Лишь в нескольких исследованиях изучалось влияние DBS на мозг человека с ожирением (см. Дополнительную таблицу S1). Harat et al. (2016) сообщили о 19-летней женщине, у которой развилось патологическое ожирение после хирургического удаления опухоли головного мозга с повреждением гипоталамической области, вызванным вмешательством.DBS имплантировали с двух сторон над прилежащим ядром. Через 14 месяцев женщины сообщили о снижении аппетита и тяги к еде. Это было связано со снижением массы тела (Harat et al., 2016).

Глубокая стимуляция мозга также применялась к латеральной области гипоталамуса для модуляции гомеостатической обработки (Ho et al., 2015a, b). Через 35 месяцев двусторонний DBS в латеральной области гипоталамуса у трех пациентов, не поддающихся лечению, двух женщин и одного мужчины, с патологическим ожирением, привел к потере веса у двух пациентов, тогда как оставшийся пациент, по крайней мере, сохранил массу тела (Whiting et al., 2013).

Обсуждение

Неинвазивная транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) и повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция (rTMS)

Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что неинвазивная стимуляция мозга, направляемая в DLPFC, область мозга, которая, как предполагается, поддерживает исполнительные функции, может улучшить тормозные способности контроля (Lapenta et al., 2014; Lowe et al., 2014) по сравнению с автоматическими процессами, связанными с пищевыми продуктами. тяга (Val-Laillet et al., 2015), процессы оценки вознаграждения (Camus et al., 2009) и смещение внимания к высококалорийной пище (Fregni et al., 2008).

RTMS (Uher et al., 2005; Barth et al., 2011) или tDCS (Goldman et al., 2011; Montenegro et al., 2012; Kekic et al., 2014; Lapenta et al., 2014) доставлены в один сеанс DLPFC, по-видимому, эффективен для уменьшения тяги к еде, а не потребления калорий (см. дополнительную таблицу S1). Снижение потребления пищи (Kim et al., 2018), в основном высококалорийной пищи (Jauch-Chara et al., 2014), а также устойчивое снижение тяги к еде (Ljubisavljevic et al., 2016) были достигнуты с помощью нескольких сеансов стимуляции DLPFC. TDCS также был протестирован в сочетании со стандартными подходами к снижению веса, такими как аэробные упражнения. По сравнению только с tDCS. Эта комбинация сильнее повлияла на желание поесть (Montenegro et al., 2012). Напротив, Grundeis et al. не обнаружили влияния tDCS на желание еды или ее потребление (Grundeis et al., 2017). Однако они прикрепляли электроды tDCS не к DLPFC, как в упомянутых выше исследованиях, а к левой DLPFC и правой лобной крышке (Kumar et al., 2016).

Несколько недавних метаанализов подтверждают доказательства, полученные из отдельных исследований. Повышение возбудимости в DLPFC, независимо от техники стимуляции, уменьшает тягу к пище и потребление высококалорийной пищи (Jansen et al., 2013; Hall et al., 2017; Lowe et al., 2017). На основании 17 исследований Jansen et al. выявили средний размер эффекта влияния реальной неинвазивной стимуляции по сравнению с фиктивной стимуляцией на тягу к пище. Не было разницы между rTMS и tDCS или между левой и правой стимуляцией DLPFC (Jansen et al., 2013). Также Lowe et al. выявили умеренный эффект на тягу к еде в 16 исследованиях. Этот эффект был статистически значимым только для rTMS, но не для tDCS. В отличие от Jansen et al. (2013) недостаточно доказательств, подтверждающих причинный эффект неинвазивной стимуляции мозга на потребление пищи (Lowe et al., 2017). Из-за критики в отношении своей первоначальной статистической модели они пересмотрели соответствующие анализы и фактически обнаружили значительное влияние также на потребление пищи, которое было больше для левой стимуляции по сравнению с правой стимуляцией DLPFC (Hall et al., 2017).

Что касается tDCS, то влияние rTMS на DLPFC до конца не изучено. Помимо прямого влияния на исполнительные функции, встроенные в DLPFC, доказательства косвенной модуляции областей вознаграждения более сильны для rTMS, чем для tDCS. Высвобождение дофамина из вентральной тегментальной области, по-видимому, модулируется глутаматергическими проекциями из префронтальной коры, а рецепторы глутамата в вентральной тегментальной области, по-видимому, запускают выброс дофамина в прилежащем ядре (Taber et al., 1995). В соответствии с этими результатами, rTMS, нацеленная на DLPFC, может запускать высвобождение дофамина не только в корковых структурах, таких как передняя поясная кора и OFC (Cho and Strafella, 2009), но также во взаимосвязанных подкорковых областях вознаграждения, таких как полосатое тело. (Strafella et al., 2001; Keck et al., 2002; Pogarell et al., 2006; Ko et al., 2008; Ahn et al., 2013), черной субстанции и вентральной покровной области (Keck et al., 2002). Этот эффект кажется более сильным после стимуляции левого DLPFC (Ko et al., 2008). Потенциальное удаленное влияние rTMS и tDCS на высвобождение дофамина в цепи вознаграждения, а также прямое модулирующее влияние на исполнительный контроль через DLPFC может объяснить их эффективность в снижении тяги к еде и, если применяется с несколькими сеансами, потребления пищи. Другой возможный механизм rTMS - снижение нейротрофического фактора головного мозга (BDNF). Поскольку низкий BDNF связан с ожирением (Araki et al., 2014), rTMS может снизить потребление пищи за счет увеличения BDNF.Muller et al. (2000), например, показали, что рТМС может увеличивать экспрессию мРНК BDNF, а также холецистокинина в головном мозге крыс.

Степень, в которой влияние rTMS / tDCS на тягу к пище и потребление ограничивается частотой стимуляции (rTMS) или напряжённостью электрического поля (tDCS), остается неясной, поскольку в большинстве исследований применялись rTMS с потенциально упрощающими протоколами, такими как 10 Гц, и tDCS со стандартными напряженность электрического поля, например, 2 мА в течение 20 минут (см. дополнительную таблицу S1).Однако сравнение одиночных сессионных исследований rTMS / tDCS с многосеансовыми исследованиями позволяет предположить, что многосеансные протоколы более эффективны (Jansen et al., 2013; Hall et al., 2017; Lowe et al., 2017). Большинство одноразовых исследований показывают влияние rTMS / tDCS только на тягу к еде. Этот эффект, по-видимому, приводит к снижению потребления пищи, если применяется несколько сеансов rTMS / tDCS, что указывает на возможную связь между размером эффекта и нагрузкой стимуляции (количество импульсов и плотность) (см. Дополнительную таблицу S1).

Ранние и долгосрочные изменения, происходящие после сеанса rTMS или tDCS, по-видимому, зависят от сложного сценария различных механизмов, включая активацию / регуляцию гена, экспрессию белка de novo, морфологические изменения, изменения внутренних свойств возбуждения, измененные свойства сети. , гомеостатические процессы, глиальная функция, а также долгосрочная потенциация (LTP) и долговременная депрессия (LTD) (Cirillo et al., 2017). Считается, что LTP возникает в результате протоколов вспомогательной стимуляции, таких как rTMS с частотой 10 Гц, тогда как LTD, по-видимому, является результатом протоколов ингибирования, таких как cTBS.Недавно опубликованное исследование (Wiegert et al., 2018) показало, что оптогенетически индуцированный LTP в гиппокампе крыс увеличивает синаптическую стабильность в течение нескольких дней, тогда как длительная депрессия (LTD) дестабилизирует синапсы. Большинство потенцированных синапсов устойчивы к депрессии, что позволяет предположить, что сила синаптической передачи зависит от последовательности стимуляций, вызывающих пластичность (Wiegert et al., 2018). Высокая стимулирующая нагрузка, вызванная множественными сеансами rTMS / tDCS, может усилить стабилизирующий эффект на синаптическую передачу в стимулированных областях коры, таких как DLPFC, с потенциально более сильным влиянием на соответствующее поведение.Хотя обе, rTMS и tDCS, кажутся эффективными для уменьшения тяги к пище и ее потребления, их методологическое сравнение затруднено явными преимуществами и недостатками каждого метода. Преимущество одного метода в большинстве случаев является недостатком другого. Преимущество rTMS заключается в более высокой пространственной точности (Di Lazzaro et al., 2005; Fitzgerald et al., 2006). Катушки TMS доступны в различных формах и размерах. В большинстве исследований используются либо круглые катушки, либо катушки в форме восьмерки.Катушки в форме восьмерки пространственно более специфичны. Они создают фокусное магнитное поле, которое позволяет нацеливаться на отдельные участки мозга (Di Lazzaro et al., 2005; Fitzgerald et al., 2006). Современные системы rTMS также могут быть оснащены нейронавигацией. Такие системы позволяют интегрировать отдельные снимки КТ или МРТ для навигации катушки ТМС по интересующему участку мозга. Вместо этого TDCS требует, чтобы анод и катод были прикреплены к черепу для инициирования тока (Nitsche and Paulus, 2000; Brunoni et al., 2011).Это означает, что tDCS не позволяет воздействовать на отдельные области мозга, такие как rTMS. В большинстве исследований одновременно стимулируются как минимум два участка мозга, один анодно, а другой катодно.

В большинстве исследований префронтальной tDCS, направленных на регулирование тяги и потребления пищи, один электрод прикрепляется к левому переднему мозгу, а другой - к правому переднему мозгу (Goldman et al., 2011; Montenegro et al., 2012; Kekic et al., 2014; Lapenta et al., 2014). Это означает, что обе префронтальные коры, включая DLPFC, одновременно стимулируются с обратной полярностью, и ток, который проходит между электродами, может даже модулировать активность в медиальной префронтальной оценочной системе.Это может дополнительно объяснить наблюдаемые эффекты. Поэтому картирование эффектов tDCS на лежащую в основе функциональную нейроанатомию не так просто, как для rTMS. RTMS обеспечивает более локальную стимуляцию мозга. Следовательно, наблюдаемые эффекты гораздо легче отобразить на основной структуре мозга (Di Lazzaro et al., 2005; Fitzgerald et al., 2006).

tDCS, в свою очередь, вызывает гораздо меньше побочных эффектов (Nitsche and Paulus, 2000; Brunoni et al., 2011). В частности, сокращения лицевых мышц, которые обычно возникают во время пТМС DLPFC, трудно имитировать во время имитации стимуляции.Современные имитационные катушки не только издают те же звуки, что и настоящие катушки, они также оснащены электрическим устройством, которое стимулирует только подлежащие участки кожи и группы мышц, но не мозг. Тем не менее, ощущения, вызванные стимуляцией, немного отличаются от реальных ТМС и, следовательно, в принципе поддаются оценке. Побочные эффекты, вызванные TDCS, гораздо легче имитировать. Электрический ток вызывает ощущение покалывания в черепе - ощущение, которое у большинства людей исчезает вскоре после включения тока.После этого эти участники не испытывают никаких ощущений, вызванных стимуляцией. Таким образом, для фиктивной tDCS ток включается так же, как и для реальной tDCS, а затем, без предупреждения, отключается после начального периода стимуляции. Однако у некоторых людей покалывание в черепе поддерживает весь сеанс tDCS. В рамках внутрисубъектного дизайна эти люди осознают, когда они получили настоящую или мнимую стимуляцию.

Перед лицом возможных терапевтических применений tDCS имеет большое преимущество.Он состоит только из батареи и двух (или более) электродов (Nitsche, Paulus, 2000; Brunoni et al., 2011). Вместо этого устройства TMS дороги и поэтому доступны только в лабораториях или клиниках. Устройства TDCS просты в изготовлении и доступны по цене, предлагая широкое применение даже дома или на работе. В совокупности rTMS более точна в пространстве и, следовательно, более значима с научной точки зрения. TDCS проще в обращении и гораздо более доступный, предлагая более легкий перевод в терапевтическое использование (Nitsche and Paulus, 2000; Brunoni et al., 2011).

Основным ограничением в области неинвазивной стимуляции DLPFC является небольшое количество рандомизированных контролируемых исследований, намного больше исследований с одним сеансом, чем с несколькими сеансами, гендерная и возрастная предвзятость в отношении молодых женщин и отсутствие репликации между методами стимуляции. (см. Таблицу 1). Прежде чем эти методы можно будет применять в клинической практике, необходимо более интенсивно изучить их терапевтический потенциал и механизмы биохимического действия.

ТАБЛИЦА 1. Ограничения доступных в настоящее время исследований tDCS и rTMS.

Для оценки их терапевтического потенциала требуются крупные клинические исследования, такие как недавнее исследование депрессии, в котором сравнивали эффект префронтальной tDCS плюс антидепрессанты по сравнению с одними только антидепрессантами (Brunoni et al., 2017). Чтобы изучить влияние tDCS (или rTMS) на пищевое поведение при ожирении, соответствующие клинические испытания, например, могли бы сравнить эффект диеты с диетой плюс повторяющиеся префронтальные tDCS (или rTMS).

Инвазивная стимуляция глубокого мозга

По сравнению с tDCS и rTMS, существует гораздо меньше доказательств влияния DBS и VNS на тягу к пище и потребление калорий (см. Дополнительную таблицу S1). Что касается DBS, несколько тематических исследований показывают, что инвазивная стимуляция прилежащего ядра или латеральной области гипоталамуса может представлять собой альтернативную терапию рефрактерного к терапии патологического ожирения (Whiting et al., 2013; Harat et al., 2016). В этом контексте DBS может в будущем развиваться как альтернатива бариатрической хирургии, но необходимы исследования, сравнивающие их эффективность, а также их конкретные преимущества и недостатки, чтобы оценить, какие люди получают наибольшую пользу от того или иного метода.Как и бариатрическая хирургия, DBS является инвазивным, дорогостоящим и, следовательно, не подходящим для большинства лиц с патологическим или неморбидным ожирением. Менее инвазивные и более дешевые методы, такие как rTMS, tDCS и VNS, являются более безопасными и, следовательно, лучшими альтернативами.

Инвазивная и неинвазивная стимуляция блуждающего нерва

Что касается VNS, то несколько слепых и контролируемых клинических испытаний предполагают, что неинвазивные (Ruiz-Tovar et al., 2014; Ruiz-Tovar and Llavero, 2016), а также инвазивные VNS (Ikramuddin et al., 2014; Shikora et al., 2015, 2016) приводит к устойчивой потере веса и контролю гликемии с хорошо переносимым профилем риска. Основываясь на этих данных, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США недавно расширило применение инвазивных ВНС от эпилепсии и депрессии до лечения ожирения. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования неинвазивных и инвазивных ВНС, чтобы понять их конкретные клинические преимущества.

Заключение

Перевод неинвазивных и инвазивных методов стимуляции мозга из лабораторных условий в систему ухода за пациентами выиграет от крупных клинических испытаний, таких как ReCharge (Ikramuddin et al., 2014; Shikora et al., 2015) и VBLOC DM2 (Shikora et al., 2016). Сопоставимые исследования по возрасту и полу должны сочетать методы стимуляции мозга со стандартными вариантами лечения, такими как диета, упражнения или поведенческая терапия. Эта комбинация может, с одной стороны, улучшить аппетит, пищевое поведение и потерю веса. С другой стороны, стимуляция мозга может поддерживать эффекты стандартных методов лечения, которые в большинстве случаев ограничены во времени (известный как эффект йо-йо). Крупные клинические испытания также помогут выявить потенциальных посредников эффективности лечения в различных выборках исследований, которые в будущем могут помочь разработать более индивидуализированные сценарии лечения ожирения и сопутствующих ему заболеваний.

Авторские взносы

BP проверил литературу и написал рукопись.

Финансирование

Это исследование было поддержано IFB AdiposityDiseases и инициативой nutricard.de (http://www.nutricard.de), Федеральное министерство образования и исследований (BMBF), Германия, FKZ: 01E01001 (http://www.bmbf.de) ) и Немецкий исследовательский фонд (DFG) (http://www.dfg.de) в рамках CRC 1052 Механизмы ожирения, проект TP 6, для BP, и CRC 874 интеграции и представления сенсорных процессов, проект ТП10, ВР.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить Сихам Аль-Бас за ее помощь в подготовке дополнительной таблицы S1.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: //www.frontiersin.org / article / 10.3389 / fnins.2018.00884 / full # additional-material

ТАБЛИЦА S1 | Информация о соответствующих исследованиях tDCS, rTMS, VNS и DBS, которые были проведены для оценки эффективности метода стимуляции для модулирования тяги к еде и потребления пищи.

Список литературы

Ан, Х. М., Ким, С. Э., и Ким, С. Х. (2013). Влияние высокочастотной rTMS на левую дорсолатеральную префронтальную кору на реакцию на вознаграждение. Стимул мозга. 6, 310–314.DOI: 10.1016 / j.brs.2012.05.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Араки, С., Ямамото, Ю., Добаши, К., Асаяма, К., и Кусухара, К. (2014). Снижение уровней нейротрофического фактора головного мозга в плазме и его связь с ожирением и массой тела при рождении у тучных японских детей. Obes. Res. Clin. Практик. 8, e63 – e69. DOI: 10.1016 / j.orcp.2012.07.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Авена, Н.М., Бокарсли М. Э. (2012). Нарушение регуляции систем вознаграждения мозга при расстройствах пищевого поведения: нейрохимическая информация от животных моделей переедания, нервной булимии и нервной анорексии. Нейрофармакология 63, 87–96. DOI: 10.1016 / j.neuropharm.2011.11.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эйвери, Дж. А., Пауэлл, Дж. Н., Бреслин, Ф. Дж., Леппинг, Р. Дж., Мартин, Л. Е., Патриций, Т. М. и др. (2017). Ожирение связано с изменением функциональной связи средней части островка с лимбическими областями, лежащими в основе аппетитных реакций на пищу. J. Psychopharmacol. 31, 1475–1484. DOI: 10.1177 / 0269881117728429

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барт, К. С., Райдин-Грей, С., Коз, С., Боркард, Дж. Дж., О'нейл, П. М., Шоу, Д., и др. (2011). Тяга к еде и эффекты повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции левой префронтальной области с использованием улучшенного мнимого состояния. Фронт. Психиатрия 2: 9. DOI: 10.3389 / fpsyt.2011.00009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Берридж, К.К. и Робинсон Т. Е. (2003). Награда за парсинг. Trends Neurosci. 26, 507–513. DOI: 10.1016 / S0166-2236 (03) 00233-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брукс, С. Дж., Седернас, Дж., Скиот, Х. Б. (2013). Повышенная префронтальная и парагиппокампальная активация со сниженной дорсолатеральной префронтальной и островной активацией коры головного мозга к изображениям еды при ожирении: метаанализ исследований фМРТ. PLoS One 8: e60393. DOI: 10.1371 / journal.pone.0060393

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брунони, А.Р., Амадера, Дж., Бербель, Б., Волц, М. С., Риццерио, Б. Г., и Фрегни, Ф. (2011). Систематический обзор отчетности и оценки побочных эффектов, связанных с транскраниальной стимуляцией постоянным током. Внутр. J. Neuropsychopharmacol. 14, 1133–1145. DOI: 10.1017 / S1461145710001690

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брунони А. Р., Моффа А. Х., Сампайо-Джуниор Б., Боррионе Л., Морено М. Л., Фернандес Р. А. и др. (2017). Испытание лечения депрессии электрическим постоянным током по сравнению с эсциталопрамом. N. Engl. J. Med. 376, 2523–2533. DOI: 10.1056 / NEJMoa1612999

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бертон, А. К., Накамура, К., Рош, М. Р. (2015). От вентрально-медиального до дорсально-латерального полосатого тела: нейронные корреляты принятия решений, основанных на вознаграждении. Neurobiol. Учиться. Mem. 117, 51–59. DOI: 10.1016 / j.nlm.2014.05.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Камю М., Халеламиен Н., Plassmann, H., Shimojo, S., O’Doherty, J., Camerer, C., et al. (2009). Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция правой дорсолатеральной префронтальной коры снижает оценку при выборе пищи. Eur. J. Neurosci. 30, 1980–1988. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2009.06991.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карнелл, С., Гибсон, К., Бенсон, Л., Очнер, К. Н., и Гелибтер, А. (2012). Нейровизуализация и ожирение: текущие знания и направления на будущее. Obes. Ред. 13, 43–56. DOI: 10.1111 / j.1467-789X.2011.00927.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, S. Y., Tsai, S. T., Lin, S. H., Chen, T. Y., Hung, H. Y., Lee, C. W., et al. (2011). Стимуляция глубоких субталамических отделов головного мозга при болезни Паркинсона при различных анестезиологических методах: сравнительное когортное исследование. Стереотакт. Функц. Нейрохирургия. 89, 372–380. DOI: 10.1159 / 000332058

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо, С.С., Страфелла А. П. (2009). rTMS левой дорсолатеральной префронтальной коры модулирует высвобождение дофамина в ипсилатеральной передней поясной коре и орбитофронтальной коре. PLoS One 4: e6725. DOI: 10.1371 / journal.pone.0006725

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чирилло, Г., Ди Пино, Г., Капоне, Ф., Раньери, Ф., Флорио, Л., Тодиско, В. и др. (2017). Нейробиологические последствия неинвазивной стимуляции мозга. Стимул мозга. 10, 1–18. DOI: 10.1016 / j.brs.2016.11.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кларк В. П., Коффман Б. А., Трамбо М. К. и Гаспарович К. (2011). Транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) вызывает локальные и специфические изменения в нейрохимии: исследование (1) H магнитно-резонансной спектроскопии. Neurosci. Lett. 500, 67–71. DOI: 10.1016 / j.neulet.2011.05.244

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коенен, В.А., Амтидж Ф., Фолькманн Дж. И Шлапфер Т. Е. (2015). Глубокая стимуляция мозга при неврологических и психических расстройствах. Dtsch. Арцтебль. Int. 112, 519–526. DOI: 10.3238 / arztebl.2015.0519

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корбит, Л. Х., Баллейн, Б. У. (2016). Процессы обучения и мотивации, участвующие в павловско-инструментальном переносе, и их нейронные основы: дофамин и не только. Curr. Верхний. Behav. Neurosci. 27, 259–289.DOI: 10.1007 / 7854_2015_388

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис К., Кертис К., Левитан Р. Д., Картер Дж. К., Каплан А. С. и Кеннеди Дж. Л. (2011). Доказательства того, что «пищевая зависимость» - действительный фенотип ожирения. Аппетит 57, 711–717. DOI: 10.1016 / j.appet.2011.08.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис К., Патте К., Левитан Р., Рид К., Твид С. и Кертис К. (2007).От мотивации к поведению: модель чувствительности к вознаграждению, переедания и пищевых предпочтений в профиле риска ожирения. Аппетит 48, 12–19. DOI: 10.1016 / j.appet.2006.05.016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ди Лаззаро В., Пилато Ф., Сатурно Э., Оливьеро А., Дилеоне М., Маццоне П. и др. (2005). Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция тета-всплесками подавляет определенные возбуждающие цепи в моторной коре головного мозга человека. Дж.Physiol. 565, 945–950. DOI: 10.1113 / jphysiol.2005.087288

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эбберт, Дж. О., Эльрашиди, М. Ю., Дженсен, М. Д. (2014). Управление избыточным весом и ожирением у взрослых для снижения риска сердечно-сосудистых заболеваний. Curr. Атеросклер. Отчет 16: 445. DOI: 10.1007 / s11883-014-0445-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эдвардс, К. А., Кузани, А., Ли, К. Х., и Росс, Э.К. (2017). Аппараты нейростимуляции для лечения неврологических расстройств. Mayo Clin. Proc. 92, 1427–1444. DOI: 10.1016 / j.mayocp.2017.05.005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фицджеральд П., Сритиран А., Бенитес Дж., Кулкарни Дж. И Иган Г. (2006). ФМРТ-исследование эффектов лечения низко- и высокочастотной транскраниальной магнитной стимуляцией при депрессии. Acta Neuropsychiatr. 18: 287. DOI: 10.1017 / S00800031185

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фолтыние, Т., Zrinzo, L., Martinez-Torres, I., Tripoliti, E., Petersen, E., Holl, E., et al. (2011). STN DBS под контролем МРТ при болезни Паркинсона без регистрации микроэлектрода: эффективность и безопасность. J. Neurol. Нейрохирургия. Психиатрия 82, 358–363. DOI: 10.1136 / jnnp.2010.205542

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fregni, F., Orsati, F., Pedrosa, W., Fecteau, S., Tome, F.A., Nitsche, M.A., et al. (2008). Транскраниальная стимуляция префронтальной коры постоянным током модулирует тягу к определенной пище. Аппетит 51, 34–41. DOI: 10.1016 / j.appet.2007.09.016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрегни, Ф., и Паскуаль-Леоне, А. (2007). Понимание технологий: неинвазивная стимуляция мозга в неврологии - перспективы терапевтического потенциала rTMS и tDCS. Nat. Clin. Практик. Neurol. 3, 383–393. DOI: 10.1038 / ncpneuro0530

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гандига, П. К., Хуммель, Ф.К. и Коэн Л. Г. (2006). Транскраниальная стимуляция постоянного тока (tDCS): инструмент для двойных слепых фиктивных контролируемых клинических исследований стимуляции мозга. Clin. Neurophysiol. 117, 845–850. DOI: 10.1016 / j.clinph.2005.12.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гирхардт А. Н., Дэвис К., Кушнер Р. и Браунелл К. Д. (2011a). Потенциал зависимости от несъедобных продуктов. Curr. Злоупотребление наркотиками Rev. 4, 140–145. DOI: 10.2174 / 1874473711104030140

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гирхардт, А.Н., Ризк, М. Т., Трейт, Т. А. (2014). Связь характеристик еды и индивидуальных различий с оценками тяги и симпатии. Аппетит 79, 166–173. DOI: 10.1016 / j.appet.2014.04.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гирхардт А. Н., Уайт М. А., Машеб Р. М. и Грило К. М. (2013). Исследование пищевой зависимости в выборке расово разнообразных пациентов с ожирением и компульсивным перееданием в учреждениях первичной медико-санитарной помощи. Компр. Психиатрия 54, 500–505. DOI: 10.1016 / j.comppsych.2012.12.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гирхардт А. Н., Уайт М. А., Машеб Р. М., Морган П. Т., Кросби Р. Д. и Грило К. М. (2012). Исследование конструкции пищевой зависимости у пациентов с ожирением и компульсивным перееданием. Внутр. J. Eat. Disord. 45, 657–663. DOI: 10.1002 / eat.20957

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гирхардт, А.Н., Йокум, С., Орр, П. Т., Стайс, Э., Корбин, В. Р., и Браунелл, К. Д. (2011b). Нейронные корреляты пищевой зависимости. Arch. Gen. Psychiatry 68, 808–816. DOI: 10.1001 / archgenpsychiatry.2011.32

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гейгер, Б. М., Бер, Г. Г., Франк, Л. Е., Кальдера-Сиу, А. Д., Бейнфельд, М. К., Коккоту, Э. Г. и др. (2008). Доказательства дефектного мезолимбического экзоцитоза дофамина у склонных к ожирению крыс. FASEB J. 22, 2740–2746.DOI: 10.1096 / fj.08-110759

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гейгер, Б. М., Хабурчак, М., Авена, Н. М., Мойер, М. К., Хобель, Б. Г., и Потос, Е. Н. (2009). Дефицит мезолимбической нейротрансмиссии дофамина при диетическом ожирении у крыс. Неврология 159, 1193–1199. DOI: 10.1016 / j.neuroscience.2009.02.007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гиббс, Дж., Янг, Р. К., и Смит, Г. П. (1973). Холецистокинин снижает потребление пищи крысами. J. Comp. Physiol. Psychol. 84, 488–495. DOI: 10,1037 / h0034870

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Глюк М. Е., Алонсо-Алонсо М., Пьяджи П., Вайзе К. М., Джумперц-фон Шварценберг Р., Райнхардт М. и др. (2015). Нейромодуляция, направленная на префронтальную кору, вызывает изменения в потреблении энергии и потере веса при ожирении. Ожирение 23, 2149–2156. DOI: 10.1002 / oby.21313

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Золото, М.С., Байарс, Дж. А., и Фрост-Пинеда, К. (2004). Профессиональное воздействие и зависимости для врачей: тематические исследования и теоретические выводы. Psychiatr. Clin. North Am. 27, 745–753. DOI: 10.1016 / j.psc.2004.07.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гольдман, Р. Л., Боркард, Дж. Дж., Фроман, Х. А., О’Нил, П. М., Мадан, А., Кэмпбелл, Л. К. и др. (2011). Транскраниальная стимуляция постоянным током префронтальной коры (tDCS) временно снижает тягу к еде и увеличивает самооценку способности сопротивляться еде у взрослых с частой тягой к пище. Аппетит 56, 741–746. DOI: 10.1016 / j.appet.2011.02.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Grundeis, F., Brand, C., Kumar, S., Rullmann, M., Mehnert, J., and Pleger, B. (2017). Неинвазивная префронтальная / лобная стимуляция мозга неэффективна для изменения способности переоценки пищи или потребления калорий у тучных женщин. Фронт. Neurosci. 11: 334. DOI: 10.3389 / fnins.2017.00334

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Холл, П.А., Лоу, К., Винсент, К. (2017). Влияние стимуляции мозга на тягу к еде и ее потребление: обновленная информация о Lowe et al. (2017) и ответ Generoso et al. (2017). Психосом. Med. 79, 839–842. DOI: 10.1097 / PSY.0000000000000504

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хамани, К., Темел, Ю. (2012). Глубокая стимуляция мозга при психических заболеваниях: вклад и достоверность моделей на животных. Sci. Пер. Med. 4: 142rv148.DOI: 10.1126 / scitranslmed.3003722

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Харат, М., Рудас, М., Зелински, П., Бирска, Дж., И Сокал, П. (2016). Стимуляция прилежащего ядра при патологическом ожирении. Neurol. Нейрохир. Pol. 50, 207–210. DOI: 10.1016 / j.pjnns.2016.01.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хардинг, И. Х., Эндрюс, З. Б., Мата, Ф., Орландеа, С., Мартинес-Залакаин, И., Сориано-Мас, К., и другие. (2018). Мозговые субстраты выбора нездоровой и здоровой пищи: влияние гомеостатического статуса и индекса массы тела. Внутр. J. Obes. 42, 448–454. DOI: 10.1038 / ijo.2017.237

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Заяц, Т. А., Камерер, К. Ф., и Рангель, А. (2009). Самоконтроль при принятии решений включает модуляцию системы оценки vmPFC. Наука 324, 646–648. DOI: 10.1126 / science.1168450

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо, А.Л., Сассман, Э. С., Пендхаркар, А. В., Азагури, Д. Э., Бохон, К., и Халперн, К. Х. (2015a). Глубокая стимуляция мозга при ожирении: обоснование и подход к дизайну исследования. Neurosurg. Фокус 38: E8. DOI: 10.3171 / 2015.3.FOCUS1538

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо А. Л., Сассман Э. С., Чжан М., Пендхаркар А. В., Азагури Д. Э., Бохон К. и др. (2015b). Глубокая стимуляция мозга при ожирении. Cureus 7: e259. DOI: 10,7759 / cureus.259

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hollmann, M., Hellrung, L., Pleger, B., Schlögl, H., Kabisch, S., Stumvoll, M., et al. (2012). Нейронные корреляты волевой регуляции желания есть. Внутр. J. Obes. 36, 648–655. DOI: 10.1038 / ijo.2011.125

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хорстманн А., Буссе Ф. П., Матар Д., Мюллер К., Лепсиен Дж., Шлёгль Х. и др. (2011). Связанные с ожирением различия между мужчинами и женщинами в структуре мозга и целенаправленном поведении. Фронт. Гм. Neurosci. 5:58. DOI: 10.3389 / fnhum.2011.00058

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ху К., Моисей З. Б., Хаттер М. М. и Уильямс З. (2017). Краткосрочные неблагоприятные исходы после лечения с глубокой стимуляцией мозга у пациентов с болезнью Паркинсона. World Neurosurg. 98, 365–374. DOI: 10.1016 / j.wneu.2016.10.138

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуммель, Ф., Цельник, П., Giraux, P., Floel, A., Wu, W.H., Gerloff, C., et al. (2005). Влияние неинвазивной корковой стимуляции на умелую двигательную функцию при хроническом инсульте. Мозг 128, 490–499. DOI: 10.1093 / мозг / awh469

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Икрамуддин, С., Блэкстоун, Р. П., Бранкатисано, А., Тули, Дж., Шах, С. Н., Вулф, Б. М. и др. (2014). Влияние обратимой прерывистой интраабдоминальной блокады блуждающего нерва на патологическое ожирение: рандомизированное клиническое исследование ReCharge. JAMA 312, 915–922. DOI: 10.1001 / jama.2014.10540

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янсен, Дж. М., Даамс, Дж. Г., Кётер, М. В., Велтман, Д. Дж., Ван ден Бринк, В., и Гудриан, А. Э. (2013). Влияние неинвазивной нейростимуляции на тягу: метаанализ. Neurosci. Biobehav. Ред. 37, 2472–2480. DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2013.07.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эмили-Чара, К., Кистенмахер А., Херцог Н., Шварц М., Швайгер У. и Олтманнс К. М. (2014). Повторяющаяся электрическая стимуляция мозга снижает потребление пищи людьми. Am. J. Clin. Nutr. 100, 1003–1009. DOI: 10.3945 / ajcn.113.075481

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон П. М. и Кенни П. Дж. (2010). Рецепторы допамина D2 при зависимой дисфункции вознаграждения и компульсивном переедании у тучных крыс. Nat. Neurosci. 13, 635–641. DOI: 10.1038 / № 2519

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карас П. Дж., Микелл К. Б., Кристиан Э., Лайкер М. А. и Шет С. А. (2013). Глубокая стимуляция головного мозга: механические и клинические обновления. Neurosurg. Фокус 35: E1. DOI: 10.3171 / 2013.9.FOCUS13383

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кек, М. Э., Велт, Т., Мюллер, М. Б., Эрхард, А., Ол, Ф., Тоски, Н. и др. (2002). Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция увеличивает высвобождение дофамина в мезолимбической и мезостриатальной системе. Нейрофармакология 43, 101–109. DOI: 10.1016 / S0028-3908 (02) 00069-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кекич, М., Макклелланд, Дж., Кэмпбелл, И., Нестлер, С., Рубиа, К., Дэвид, А. С. и др. (2014). Влияние транскраниальной стимуляции постоянным током префронтальной коры (tDCS) на тягу к пище и временное дисконтирование у женщин с частой тягой к пище. Аппетит 78, 55–62. DOI: 10.1016 / j.appet.2014.03.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, С.Х., Чанг, Дж. Х., Ким, Т. Х., Лим, С. Х., Ким, Ю., Ли, Ю. А. и др. (2018). Влияние повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции на пищевое поведение и массу тела при ожирении: рандомизированное контролируемое исследование. Стимул мозга. 11, 528–535. DOI: 10.1016 / j.brs.2017.11.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ко, Дж. Х., Мончи, О., Птито, А., Блумфилд, П., Хоул, С., и Страфелла, А. П. (2008). Ингибирование дорсолатеральной префронтальной коры, индуцированное стимуляцией тета-выброса, выявляет полушарную асимметрию в высвобождении дофамина в полосатом теле во время задачи смены установки: исследование ПЭТ с TMS - [(11) C] раклопридом. Eur. J. Neurosci. 28, 2147–2155. DOI: 10.1111 / j.1460-9568.2008.06501.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кобер, Х., Менде-Седлецки, П., Кросс, Э. Ф., Вебер, Дж., Мишель, В., Харт, К. Л. и др. (2010). Префронтально-полосатый путь лежит в основе когнитивной регуляции влечения. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 14811–14816. DOI: 10.1073 / pnas.1007779107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крингельбах, М.Л., О’Догерти, Дж., Роллс, Э. Т., и Эндрюс, К. (2003). Активация орбитофронтальной коры головного мозга человека на раздражитель жидкой пищи коррелирует с его субъективной приятностью. Cereb. Cortex 13, 1064–1071. DOI: 10.1093 / cercor / 13.10.1064

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кумар, С., Грюндейс, Ф., Бранд, К., Хванг, Х. Дж., Менерт, Дж., И Плегер, Б. (2016). Различия в островке и пре- / лобных реакциях при переоценке пищи у худых и тучных людей. Фронт. Гм. Neurosci. 10: 233. DOI: 10.3389 / fnhum.2016.00233

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лапента, О. М., Сирве, К. Д., Де Маседо, Э. К., Френи, Ф. и Богжио, П. С. (2014). Транскраниальная стимуляция постоянным током модулирует ингибирующий контроль с индексом ERP и снижает потребление пищи. Аппетит 83, 42–48. DOI: 10.1016 / j.appet.2014.08.005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоуренс, Н.С., Хинтон, Э. С., Паркинсон, Дж. А., Лоуренс, А. Д. (2012). Реакция Nucleus accumbens на пищевые сигналы предсказывает последующее употребление закусок у женщин и повышение индекса массы тела у женщин с пониженным самоконтролем. Neuroimage 63, 415–422. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2012.06.070

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lefaucheur, J. P., Gurruchaga, J. M., Pollin, B., Von Raison, F., Mohsen, N., Shin, M., et al. (2008). Результат двусторонней стимуляции субталамического ядра при лечении болезни Паркинсона: корреляция с интраоперационной записью нескольких единиц, но не с типом анестезии. Eur. Neurol. 60, 186–199. DOI: 10.1159 / 000148246

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Липс, М. А., Вейнгаарден, М. А., Ван Дер Гронд, Дж., Ван Бучем, М. А., Де Гроот, Г. Х., Ромбоут, С. А. и др. (2014). Функциональная связность в состоянии покоя областей мозга, участвующих в когнитивном контроле, мотивации и вознаграждении, усиливается у полных женщин. Am. J. Clin. Nutr. 100, 524–531. DOI: 10.3945 / ajcn.113.080671

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Любисавлевич, М., Максуд, К., Бжекич, Дж., Ооммен, Дж., И Нагелькерке, Н. (2016). Долгосрочные эффекты многократной транскраниальной стимуляции постоянным током префронтальной коры (tdcs) на тягу к пище у молодых людей с нормальным и избыточным весом. Стимул мозга. 9, 826–833. DOI: 10.1016 / j.brs.2016.07.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоу, К. Дж., Холл, П. А., и Стейнс, В. Р. (2014). Влияние непрерывной стимуляции тета-выброса левой дорсолатеральной префронтальной коры на управляющую функцию, тягу к еде и потребление закусок. Психосом. Med. 76, 503–511. DOI: 10.1097 / PSY.0000000000000090

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоу, К. Дж., Стейнс, В. Р., Маноккио, Ф., и Холл, П. А. (2018). Нейрокогнитивные механизмы, лежащие в основе тяги к еде и потребления закусок. Комбинированное исследование непрерывной стимуляции тета-всплеска (cTBS) и ЭЭГ. Neuroimage 177, 45–58. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2018.05.013

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоу, К.Дж., Винсент, К., и Холл, П. А. (2017). Влияние неинвазивной стимуляции мозга на тягу к еде и потребление: метааналитический обзор. Психосом. Med. 79, 2–13. DOI: 10.1097 / PSY.0000000000000368

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луиджес, Дж., Ван ден Бринк, В., Феенстра, М., Ван ден Мункхоф, П., Шурман, П. Р., Шипперс, Р., и др. (2012). Глубокая стимуляция мозга при зависимости: обзор потенциальных целей для мозга. Мол. Психиатрия 17, 572–583.DOI: 10.1038 / mp.2011.114

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Macedo, I.C, De Oliveira, C., Vercelino, R., Souza, A., Laste, G., Medeiros, L.F., et al. (2016). Повторная транскраниальная стимуляция постоянным током снижает тягу к пище у крыс линии Вистар. Аппетит 103, 29–37. DOI: 10.1016 / j.appet.2016.03.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Макговерн, Р. А., Шихи, Дж. П., Захария, Б. Э., Чан, А.К., Форд Б. и Макханн Г. М. II (2013). Неизменные результаты безопасности при проведении операций по глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона, несмотря на децентрализацию лечения. J. Neurosurg. 119, 1546–1555. DOI: 10.3171 / 2013.8.JNS13475

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Меул А., Лутц А., Фогеле К. и Кублер А. (2012). У женщин с обостренными симптомами пищевой зависимости наблюдаются ускоренные реакции, но без нарушения тормозного контроля, в ответ на изображения высококалорийных пищевых сигналов. Ешь. Behav. 13, 423–428. DOI: 10.1016 / j.eatbeh.2012.08.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Минокоши Ю., Алкьер Т., Фурукава Н., Ким Ю. Б., Ли А., Сюэ Б. и др. (2004). АМФ-киназа регулирует потребление пищи, реагируя на гормональные и питательные сигналы в гипоталамусе. Природа 428, 569–574. DOI: 10.1038 / nature02440

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мишра, Б. Р., Саркар, С., Прахарадж, С. К., Мехта, В. С., Диведи, С., и Низами, С. Х. (2011). Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция в психиатрии. Ann. Индийский акад. Neurol. 14, 245–251. DOI: 10.4103 / 0972-2327.

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Черногория, Р. А., Окано, А. Х., Кунья, Ф. А., Гургель, Дж. Л., Фонтес, Э. Б., и Фаринатти, П. Т. (2012). Транскраниальная стимуляция постоянным током префронтальной коры, связанная с аэробными упражнениями, изменяет аспекты ощущения аппетита у взрослых с избыточным весом. Аппетит 58, 333–338. DOI: 10.1016 / j.appet.2011.11.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мортон Г. Дж., Каммингс Д. Э., Баскин Д. Г., Барш Г. С. и Шварц М. В. (2006). Центральная нервная система контролирует потребление пищи и массу тела. Природа 443, 289–295. DOI: 10.1038 / nature05026

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мюллер, М. Б., Тоски, Н., Кресс, А. Э., Пост, А., и Кек, М.Э. (2000). Длительная повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция увеличивает экспрессию мозгового нейротрофического фактора и мРНК холецистокинина, но не мРНК нейропептида тирозина в определенных областях мозга крыс. Нейропсихофармакология 23, 205–215. DOI: 10.1016 / S0893-133X (00) 00099-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Muller, U.J., Voges, J., Steiner, J., Galazky, I., Heinze, H.J., Moller, M., et al. (2013). Глубокая стимуляция прилежащего ядра мозга для лечения зависимости. Ann. Акад. Sci. 1282, 119–128. DOI: 10.1111 / j.1749-6632.2012.06834.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мерфи, К. М., Стоек, М. К., и Маккиллоп, Дж. (2014). Взаимосвязь импульсивных черт личности, пищевой зависимости и индекса массы тела. Аппетит 73, 45–50. DOI: 10.1016 / j.appet.2013.10.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нахас, З., Тенебак, К. К., Козел, А., Speer, A.M, Debrux, C., Molloy, M., et al. (2001). Эффекты ТМС на головной мозг, доставляемые через префронтальную кору у взрослых с депрессией: роль частоты стимуляции и расстояния катушка-кора. J. Neuropsychiatry Clin. Neurosci. 13, 459–470. DOI: 10.1176 / jnp.13.4.459

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниче, М. А., и Паулюс, В. (2000). Изменения возбудимости, вызванные в моторной коре человека слабой транскраниальной стимуляцией постоянным током. Дж.Physiol. 527 (Pt 3), 633–639. DOI: 10.1111 / j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ницше, М.А., и Паулюс, В. (2001). Устойчивое повышение возбудимости, вызванное транскраниальной стимуляцией моторной коры постоянного тока у людей. Неврология 57, 1899–1901. DOI: 10.1212 / WNL.57.10.1899

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пейдж, А.Дж., Симондс, Э., Пейрис, М., Блэкшоу, Л.А., и Янг, Р.Л. (2012). Периферические нейронные мишени при ожирении. Br. J. Pharmacol. 166, 1537–1558. DOI: 10.1111 / j.1476-5381.2012.01951.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паньони Г., Зинк К. Ф., Монтегю П. Р. и Бернс Г. С. (2002). Активность вентрального полосатого тела человека связана с ошибками предсказания вознаграждения. Nat. Neurosci. 5, 97–98. DOI: 10.1038 / nn802

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панебьянко, М., Ригби А., Уэстон Дж. И Марсон А. Г. (2015). Стимуляция блуждающего нерва при парциальных припадках. Кокрановская база данных Syst. Ред. , 2002 г .: CD002896. DOI: 10.1002 / 14651858.CD002896.pub2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пирс, Р. К., и Вассолер, Ф. М. (2013). Глубокая стимуляция мозга для лечения зависимости: фундаментальные и клинические исследования и потенциальные механизмы действия. Психофармакология 229, 487–491. DOI: 10.1007 / s00213-013-3214-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Погарелл, О., Koch, W., Popperl, G., Tatsch, K., Jakob, F., Zwanzger, P., et al. (2006). Высвобождение дофамина в полосатом теле после префронтальной повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции при большой депрессии: предварительные результаты динамического исследования [123I] IBZM SPECT. J. Psychiatr. Res. 40, 307–314. DOI: 10.1016 / j.jpsychires.2005.09.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рахман А., Реато Д., Арлотти М., Гаска Ф., Датта А., Парра Л. С. и др. (2013). Клеточные эффекты острой стимуляции постоянным током: соматические и синаптические терминальные эффекты. J. Physiol. 591, 2563–2578. DOI: 10.1113 / jphysiol.2012.247171

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ричард, Дж. М., Кастро, Д. К., Дифеличеантонио, А. Г., Робинсон, М. Дж., И Берридж, К. С. (2013). Отображение мозговых цепей вознаграждения и мотивации: по стопам Энн Келли. Neurosci. Biobehav. Ред. 37, 1919–1931. DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2012.12.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роллс, Э.Т., Скотт, Т. Р., Сенкевич, З. Дж., И Яксли, С. (1988). Чувствительность нейронов лобной глазной вкусовой коры макак не зависит от голода. J. Physiol. 397, 1–12. DOI: 10.1113 / jphysiol.1988.sp016984

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роман, С., Аджил, А., Перан, М., Альваро-Галуэ, Э., Руис-Охеда, Ф. Дж., Фернандес-Васкес, Г., и др. (2015). Коричневая жировая ткань и новые терапевтические подходы к лечению метаболических нарушений. Пер. Res. 165, 464–479. DOI: 10.1016 / j.trsl.2014.11.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Руис-Товар, Дж., И Ллаверо, К. (2016). Долгосрочный эффект чрескожной электрической нейростимуляции дерматома t6 для снижения аппетита и потери веса у пациентов с ожирением. Surg. Laparosc. Endosc. Перкутан. Tech. 26, 212–215. DOI: 10.1097 / SLE.0000000000000271

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Руис-Товар, Дж., Оллер И., Диез М., Зубиага Л., Арройо А. и Кальпена Р. (2014). Чрескожная электрическая нейростимуляция дерматома Т6 для снижения аппетита и потери веса у пациентов с патологическим ожирением. Obes. Surg. 24, 205–211. DOI: 10.1007 / s11695-013-1091-z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саламоне, Дж. Д., Пардо, М., Йон, С. Е., Лопес-Крус, Л., Санмигель, Н., и Корреа, М. (2016). Мезолимбический дофамин и регуляция мотивированного поведения. Curr. Верхний. Behav. Neurosci. 27, 231–257. DOI: 10.1007 / 7854_2015_383

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шлогль, Х., Хорстманн, А., Виллринджер, А., и Штумволл, М. (2016). Функциональная нейровизуализация при ожирении и потенциал для разработки новых методов лечения. Ланцет Диабет Эндокринол. 4, 695–705. DOI: 10.1016 / S2213-8587 (15) 00475-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шульте, Э.М., Грило, К.М., Гирхардт А. Н. (2016). Общие и уникальные механизмы, лежащие в основе компульсивного переедания и аддиктивных расстройств. Clin. Psychol. Ред. 44, 125–139. DOI: 10.1016 / j.cpr.2016.02.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шикора, С. А., Тули, Дж., Эррера, М. Ф., Кульсенг, Б., Бранкатисано, Р., Ков, Л. и др. (2016). Прерывистая блокада блуждающего нерва для улучшения показателей ожирения, сердечно-сосудистых факторов риска и гликемического контроля у пациентов с сахарным диабетом 2 типа: результаты двухлетнего исследования VBLOC DM2. Obes. Surg. 26, 1021–1028. DOI: 10.1007 / s11695-015-1914-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шикора С. А., Вулф Б. М., Аповиан К. М., Анвари М., Сарвер Д. Б., Гиббонс Р. Д. и др. (2015). Устойчивая потеря веса с блокадой блуждающего нерва, но не с имитацией: 18-месячные результаты испытаний на перезарядку. J. Obes. 2015: 365604. DOI: 10.1155 / 2015/365604

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Малая, д.М., Бендер, Г., Велдхёйзен, М. Г., Руденга, К., Нахтигал, Д., и Фелстед, Дж. (2007). Роль орбитофронтальной коры головного мозга человека в обработке вкуса и аромата. Ann. Акад. Sci. 1121, 136–151. DOI: 10.1196 / annals.1401.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смолл Д. М., Джонс-Готман М., Заторре Р. Дж., Петридес М. и Эванс А. С. (1997). Обработка вкуса: больше, чем сумма его частей. Neuroreport 8, 3913–3917.DOI: 10.1097 / 00001756-199712220-00014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смолл, Д. М., Велдхёйзен, М. Г., Фелстед, Дж., Мак, Ю. Э. и Макглон, Ф. (2008). Разделяемые субстраты для упреждающей и потребляемой химической чувствительности к пищевым продуктам. Нейрон 57, 786–797. DOI: 10.1016 / j.neuron.2008.01.021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смолл, Д. М., Зальд, Д. Х., Джонс-Готман, М., Заторре, Р. Дж., Пардо, Дж.В., Фрей С. и др. (1999). Кортикальные вкусовые области человека: обзор данных функциональной нейровизуализации. Нейроотчет 10, 7–14. DOI: 10.1097 / 00001756-199

0-00002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смолл Д. М., Заторре Р. Дж., Дагер А., Эванс А. К. и Джонс-Готман М. (2001). Изменения активности мозга, связанные с употреблением шоколада: от удовольствия к отвращению. Мозг 124, 1720–1733. DOI: 10.1093 / мозг / 124.9.1720

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стайс, Э., Спур, С., Бохон, К., Смолл, Д. М. (2008). Связь между ожирением и притупленной реакцией полосатого тела на пищу регулируется аллелем TaqIA A1. Наука 322, 449–452. DOI: 10.1126 / science.1161550

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стокель, Л. Э., Веллер, Р. Э., Кук, Э. У. III, Твиг, Д. Б., Ноултон, Р. К., и Кокс, Дж. Э. (2008). Широко распространенная активация системы вознаграждения у полных женщин в ответ на изображения высококалорийной пищи. Neuroimage 41, 636–647.DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2008.02.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Страфелла А. П., Паус Т., Барретт Дж. И Дагер А. (2001). Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция префронтальной коры головного мозга человека вызывает выброс дофамина в хвостатом ядре. J. Neurosci. 21: RC157.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Сурова, А. Д., Зиомбер, А., Чжицки, М., Мильори, А., Каспер, К., и Щербовска-Боруховска, М.(2018). Молекулярные и элементарные эффекты, лежащие в основе биохимического действия транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS) при контроле аппетита. Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 195, 199–209. DOI: 10.1016 / j.saa.2018.01.061

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Табер М. Т., Дас С. и Фибигер Х. С. (1995). Корковая регуляция субкортикального высвобождения дофамина: посредничество через вентральную тегментальную область. J. Neurochem. 65, 1407–1410.DOI: 10.1046 / j.1471-4159.1995.65031407.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан Д. В., Стипендиаты Л. К., Смолл Д. М. и Дагер А. (2012). Сигналы от еды и лекарств активируют похожие области мозга: метаанализ функциональных МРТ-исследований. Physiol. Behav. 106, 317–324. DOI: 10.1016 / j.physbeh.2012.03.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томас, Дж. М., Хиггс, С., Дориш, К. Т., Хансен, П.К., Хармер, К. Дж., И Маккаб, К. (2015). Сытость ослабляет активность BOLD в областях мозга, участвующих в вознаграждении, и увеличивает активность дорсолатеральной префронтальной коры: исследование фМРТ на здоровых добровольцах. Am. J. Clin. Nutr. 101, 697–704. DOI: 10.3945 / ajcn.114.097543

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Угер, Р., Йоганатан, Д., Могг, А., Эранти, С. В., Треже, Дж., Кэмпбелл, И. К. и др. (2005). Влияние повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции левой префронтальной области на тягу к еде. Biol. Психиатрия 58, 840–842. DOI: 10.1016 / j.biopsych.2005.05.043

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вайник У., Дагер А., Дубе Л. и сотрудники Л. К. (2013). Нейроповеденческие корреляты индекса массы тела и пищевого поведения у взрослых: систематический обзор. Neurosci. Biobehav. Ред. 37, 279–299. DOI: 10.1016 / j.neubiorev.2012.11.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Валь-Лайе, Д., Aarts, E., Weber, B., Ferrari, M., Quaresima, V., Stoeckel, L.E., et al. (2015). Подходы к нейровизуализации и нейромодуляции для изучения пищевого поведения и профилактики и лечения расстройств пищевого поведения и ожирения. Neuroimage Clin. 8, 1–31. DOI: 10.1016 / j.nicl.2015.03.016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Voges, J., Waerzeggers, Y., Maarouf, M., Lehrke, R., Koulousakis, A., Lenartz, D., et al. (2006). Глубокая стимуляция головного мозга: долгосрочный анализ осложнений, вызванных аппаратным и хирургическим оборудованием, из одного центра. J. Neurol. Нейрохирургия. Психиатрия 77, 868–872. DOI: 10.1136 / jnnp.2005.081232

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wang, G.J., Volkow, N.D., Logan, J., Pappas, N.R., Wong, C.T., Zhu, W., et al. (2001). Дофамин мозга и ожирение. Ланцет 357, 354–357. DOI: 10.1016 / S0140-6736 (00) 03643-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Whiting, D. M., Tomycz, N. D., Bailes, J., De Jonge, L., Lecoultre, V., Wilent, B., et al. (2013). Боковая стимуляция глубокого мозга в области гипоталамуса при рефрактерном ожирении: пилотное исследование с предварительными данными о безопасности, массе тела и энергетическом обмене. J. Neurosurg. 119, 56–63. DOI: 10.3171 / 2013.2.JNS12903

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вигерт, Дж. С., Пулин, М., Джи, К. Э., и Ортнер, Т. Г. (2018). Судьба синапсов гиппокампа зависит от последовательности событий, вызывающих пластичность. Элиф 7: e39151, DOI: 10.7554 / eLife.39151

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xie, J., Adamec, D., Decullier, E., Bin-Dorel, S., Mertens, P., Polo, G., et al. (2010). Соответствуют ли эффекты, измеренные интраоперационной и послеоперационной макростимуляцией STN при болезни Паркинсона? J. Neurol. 257, 1453–1456. DOI: 10.1007 / s00415-010-5543-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яксли, С., Роллс, Э. Т., и Сенкевич, З.Дж. (1988). Чувствительность нейронов островковой вкусовой коры макак не зависит от голода. Physiol. Behav. 42, 223–229. DOI: 10.1016 / 0031-9384 (88)

-1

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йокум, С., Стайс, Э. (2013). Когнитивное регулирование тяги к пище: влияние трех когнитивных стратегий переоценки на нервную реакцию на вкусную пищу. Внутр. J. Obes. 37, 1565–1570. DOI: 10,1038 / ijo.2013.39

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йокум, С., Стайс, Э. (2017). Первоначальный набор жира в организме связан с изменениями объема мозга у подростков: воксельное морфометрическое исследование с повторными измерениями. Ожирение 25, 401–407. DOI: 10.1002 / oby.21728

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зальд Д. Х., Ли Дж. Т., Флюгель К. В. и Пардо Дж. В. (1998). Аверсивная вкусовая стимуляция активирует лимбические цепи у человека. Мозг 121 (Pt 6), 1143–1154. DOI: 10.1093 / мозг / 121.6.1143

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Заторре Р. Дж., Джонс-Готман М., Эванс А. С. и Мейер Э. (1992). Функциональная локализация и латерализация обонятельной коры человека. Природа 360, 339–340. DOI: 10.1038 / 360339a0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, К., Вэй, Н. Л., Ван, Ю., Ван, X., Чжан, Дж. Г., и Чжан, К.(2015). Глубокая стимуляция мозговой оболочки прилежащего ядра вызывает эффекты против ожирения у крыс с ожирением с изменением нейротрансмиссии дофамина. Neurosci. Lett. 589, 1–6. DOI: 10.1016 / j.neulet.2015.01.019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Что такое неинвазивная или инвазивная стимуляция мозга? - humm

В последнее время наблюдается большой интерес к стимуляции глубокого мозга, в основном из-за недавней демонстрации с участием свиней и известного основателя.Если вы мало что знаете об этой другой компании, в «Подождите, но почему» есть подробные объяснения. Об этом будущем продукте важно знать, что он требует глубокой мозговой или инвазивной стимуляции. Мы подумали, что это идеальное время для того, чтобы подробнее рассказать о двух вещах, относящихся к гумм-пятнам: инвазивная и неинвазивная системы и системы с открытым или замкнутым контуром.

Инвазивные и неинвазивные

NIH предоставляет хороший исторический обзор нейростимуляции, даже отмечая, что в древние времена люди использовали такие инструменты, как электрическая рыба, для стимуляции тела с целью облегчения боли, головной боли и т. Д. страдания.Эти исторические пути были вне тела, то есть неинвазивными.

Постоянно развивающиеся технологии, более глубокое понимание работы мозга и постоянные исследования открывают новые возможности для расширения области возможного и желательного в мире нейростимуляции. По мере роста области нейростимуляции становится важным определить, как и где будет применяться стимуляция, с какой целью и с каким результатом. Некоторые устройства находятся вне тела, а другие имплантируются в сам мозг.

В технологии Хамма используется tACS (транскраниальная переменная стимуляция), при которой электрический импульс проходит через череп, воздействуя на ваши тета-волны. В частности, пластырь Хумма надевается на лоб, а электрическая стимуляция проходит через кости, жидкость и сам мозг и представляет собой неинвазивную стимуляцию. Транскраниальный буквально означает доставленный за пределы черепа. Проще говоря, стимуляция Хумма применяется к поверхности головы и не требует хирургического вмешательства, имплантации каких-либо устройств или какой-либо стимуляции, физически применяемой непосредственно к мозгу.(Для получения дополнительной информации о том, как работает пластырь Хамма, прочтите нашу техническую документацию.)

Напротив, существует инвазивная стимуляция, также известная как стимуляция глубокого мозга. Это методы, которые обычно включают операцию по имплантации электрода глубоко в мозг для передачи электрических импульсов с высокой частотой. Глубокая стимуляция мозга используется для лечения болезней Паркинсона, Альцгеймера, депрессии, дистонии, болезни Хантингтона, Туретта и других состояний. Недавно его начали изучать для лечения зависимости и помощи слепым пациентам, но из-за сложности этих видов лечения легко увидеть, что очень немногие люди участвуют в этих испытаниях.Любое лечение этих типов должно проводиться совместно с квалифицированными медицинскими работниками.

Как неинвазивные, так и инвазивные методы изучаются для лечения широкого спектра проблем, состояний и заболеваний, а также для потенциального положительного воздействия на обучение, память и общие когнитивные улучшения. Были проведены значительные исследования, в частности, по tCS (транскраниальной стимуляции) как на переменном, так и на постоянном токе с целью получения положительного воздействия.Наше собственное двойное слепое исследование показало улучшение рабочей памяти на 20%. Дополнительную информацию см. В официальном документе Humm.

Сравнение систем с замкнутым контуром и разомкнутым контуром

Существует еще одна ключевая концепция нейростимуляции: системы с замкнутым контуром и системы с разомкнутым контуром. В статье, озаглавленной «Нейростимуляция с замкнутым контуром: клинический опыт», авторы Феличе Т. Сан и Марта Дж. Моррелл описывают различия:

В то время как большинство доступных сегодня систем нейростимуляции обеспечивают стимуляцию по замкнутому циклу (т.е., терапия проводится в соответствии с заранее запрограммированными настройками и не зависит от изменений клинических симптомов пациента или основного заболевания), системы нейростимуляции с замкнутым контуром, которые модулируют или адаптируют терапию в ответ на физиологические изменения, могут обеспечить более эффективную и эффективная терапия.

В настоящее время хамм-патчи представляют собой разомкнутую систему. Наш первый продукт, хамм-патч, имеет одну настройку, обеспечивающую стимуляцию с частотой 6 Гц. Хотя мы поможем людям, носящим продукт, с программным обеспечением улучшить впечатления, это никоим образом не изменит природу стимуляции.

Другие продукты, в частности устройства, предназначенные для помощи при заболеваниях, необходимо изменить, чтобы обеспечить более эффективную терапию. Например, одна недавно одобренная терапия в США для помощи людям с эпилепсией основана на замкнутой системе.

Устройства нейростимуляции могут быть инвазивными или неинвазивными, замкнутыми или разомкнутыми, и часто предназначены для лечения серьезных основных медицинских или психологических состояний, в то время как некоторые из них предназначены только для полезных и дополнительных целей.Хамм-пластырь - это неинвазивное устройство с открытым контуром, предназначенное для увеличения рабочей памяти.

Хотя со временем инвазивная стимуляция может стать более приемлемой, ее инвазивный характер может затруднить принятие людьми и привыкание к ней. Хамм, напротив, представляет собой простую повязку, которую носят на лбу, которая настраивает мозговые волны для оптимального обучения и сосредоточения - без какой-либо операции.

Нам не терпится поделиться с вами нашим устройством, когда мы запустим его в 2021 году! А пока, счастливое мышление.

Что такое инвазивная процедура? Определение для информирования о дизайне исследования, обобщении доказательств и отслеживании исследований

Введение

Инвазивные процедуры, включая хирургические вмешательства, имеют фундаментальное значение для здравоохранения. Ежегодно во всем мире выполняется не менее 230 миллионов процедур, и их количество, вероятно, будет расти в связи с расширением применения минимально инвазивных методов и методов визуализации.1 Несмотря на объем предпринятых инвазивных процедур, количество и качество рандомизированных контролируемых исследований (РКИ) в этом районе исторически было плохо.В статьях, посвященных исследованию качества хирургических РКИ, неоднократно демонстрировались ограничения в дизайне и проведении исследований, такие как набор, обеспечение качества вмешательств и ослепление персонала исследования2–4. В отсутствие доказательств хорошо спланированных и проведенных РКИ клиническая практика во многом обусловлены личными предпочтениями, опытом и анекдотами. Это приводит к вариациям и неравенству между хирургами, центрами и регионами в отношении показаний и типов выполняемых инвазивных процедур.5–7

Проведение исследований по инвазивным процедурам

В Великобритании ситуация начала улучшаться. Количество и качество финансируемых РКИ в хирургии растет, чему способствовали методологические достижения и заметный сдвиг в культуре исследований. Королевский колледж хирургов Англии вложил средства в центры хирургических испытаний8, и были созданы сети хирургов, ведущих научные исследования.9 В результате этой деятельности за последние 5 лет было проведено около 50 новых хирургических рандомизированных контролируемых испытаний и более 150 новых главных и главных исследователей.В результате число пациентов, участвующих в хирургических РКИ, увеличилось вдвое.10 Хотя эти улучшения в основном касались хирургии, основные принципы являются общими для инвазивных процедур, проводимых в других клинических дисциплинах, таких как кардиология, гастроэнтерология и радиология. Чтобы максимизировать возможности, предоставляемые этими инициативами, теперь необходимо точно понимать, что подразумевается под инвазивной процедурой, путем разработки прозрачного и практичного определения.

Почему важно определять инвазивные процедуры?

Четкое определение инвазивных процедур дает несколько преимуществ.Это (1) обеспечит выбор подходящих методов для дизайна исследования, (2) упростит синтез доказательств и (3) повысит точность категоризации и отслеживания исследовательской деятельности.

Планирование исследований для оценки инвазивных процедур

Оценка инвазивных процедур требует применения определенных методов для оптимизации дизайна и проведения испытаний. Они отличаются от тех, что требуются в фармацевтических исследованиях. Одно из основных отличий заключается в том, что инвазивные процедуры представляют собой сложные вмешательства с множеством взаимодействующих частей, которые могут действовать независимо или взаимозависимо, чтобы влиять на результаты.11 Конкретные особенности дизайна включают необходимость итеративной разработки на ранних этапах исследований перед проведением основного испытания. Это может включать установление параметров стандартизации вмешательства, методы ослепления персонала и участников исследования и оценку соблюдения протоколов лечения. Проблемы на более поздних этапах исследований (например, РКИ) включают набор персонала и необходимость учета навыков и опыта оператора на индивидуальном и / или центральном уровне. Эти особенности являются общими для исследований, оценивающих все типы инвазивных процедур, независимо от анатомической области или клинической дисциплины, и признание этого позволит оптимизировать дизайн и проведение исследования и прояснить требования к руководству.

Оптимизация синтеза доказательств

Разработка и применение общего определения инвазивных процедур может сделать систематический поиск литературы более эффективным и чувствительным. Это особенно актуально для обзоров, исследующих группы процедур. Например, обзор, объединяющий данные о хирургических вмешательствах при определенном состоянии, может сделать разные выводы в зависимости от используемого определения хирургического вмешательства. Подобные проблемы очевидны и для методических обзоров хирургических вмешательств в целом.

Другая проблема заключается в том, что в настоящее время невозможно проводить поиск исследований инвазивных процедур без разработки обширных списков ключевых слов, поскольку такие термины, как «хирургия» и «инвазивная процедура», не всегда идентифицируют релевантные документы. В этом случае может быть трудно воспроизвести поиск, поскольку авторы определяют хирургию по-разному, используя разные стратегии и медицинские предметные заголовки (MeSH) .4 12 13 Общее определение инвазивных процедур, связанное с рабочей стратегией поиска и термином MeSH, облегчило бы эти обзоры, минимизируя количество извлеченных нерелевантных документов и снижение риска пропуска соответствующих документов.

Отслеживание исследований

Точное отслеживание исследований, включающих инвазивные процедуры, имеет жизненно важное значение для стратегической приоритезации будущих РКИ. Отслеживание может помочь продемонстрировать результаты финансирующим органам, выявить пробелы в доказательствах, предоставить средства для недостаточно изученных областей и сократить отходы исследований. Общее определение инвазивных процедур предоставит прозрачную информацию об исследовательской деятельности и будет способствовать точной категоризации исследований.

Существующие определения

В настоящее время не существует общепринятого определения инвазивной процедуры, а термины хирургия и «интервенционная процедура» характеризуются непоследовательно.Некоторые определения включают только процедуры, которые физически изменяют анатомию2, включают рассечение, выполняются в стерильной среде или используют анестезию.4 Каждая из этих процедур имеет ограничения. Например, требование, чтобы процедуры физически изменяли анатомию, исключают инвазивные диагностические процедуры (например, лапароскопию, артроскопию). В определениях, указывающих, что процедуры должны включать разрез, будут отсутствовать те, которые выполняются через естественные отверстия (например, эндоскопия) или с использованием чрескожных методов (например, катетеризация сердца), которые также являются инвазивными.Потребность в стерильной среде и / или анестетике также потенциально исключила бы эти типы процедур из определения.

Дальнейшие определения хирургии основаны на персонале, участвовавшем в исследовании, независимо от характера вмешательства, так что любое исследование с участием хирургов считается хирургическим.14 Это создает проблемы, поскольку исследования фармацевтических вмешательств, проводимых хирургическим пациентам, будут считаться '' хирургические », тогда как они фактически требуют методов исследования и управления, подходящих для оценки фармацевтических вмешательств, а не инвазивных хирургических процедур.

Предложение по исчерпывающему определению инвазивных процедур

Мы предлагаем определение инвазивных процедур, которое устраняет ограничения тех, которые доступны в настоящее время. Наше определение было разработано на основе анализа 3946 статей за последнее десятилетие. Первоначально предварительное определение было создано на основе существующих определений и применялось к множеству документов, описывающих все типы процедур. Предварительное определение постоянно обновлялось и применялось итеративно ко всем статьям, тем самым подтверждая, что окончательное определение может применяться ко всему спектру инвазивных процедур (вставка 1).Определение состоит из трех ключевых компонентов: (1) метод доступа к телу, (2) инструменты и (3) требования к навыкам оператора. Это определение включает все типы инвазивных процедур независимо от метода доступа к телу (разрез, естественное отверстие или чрескожный доступ) или клинической дисциплины (например, акушерская, кардиологическая, стоматологическая, интервенционная радиология и т. Д.). Важно отметить, что определение исключает лекарственные препараты, за исключением случаев, когда их введение происходит в рамках инвазивной процедуры (и, следовательно, требует навыков оператора).

Вставка 1

Предлагаемое определение инвазивной процедуры

  • Инвазивная процедура - это процедура, при которой целенаправленный / преднамеренный доступ к телу достигается через разрез, чрескожную пункцию, где помимо иглы для пункции используются инструменты, или инструменты через естественное отверстие. Он начинается, когда достигается проникновение в тело, и заканчивается, когда инструмент извлекается, и / или закрывается кожа. Инвазивные процедуры выполняются обученными медицинскими работниками с использованием инструментов, в том числе эндоскопов, катетеров, скальпелей, ножниц, устройств и трубок.

  • Если инвазивные процедуры также включают введение лекарственного препарата, они могут быть отнесены к категории «инвазивных процедур», когда для его введения в организм требуются навыки оператора, то есть когда выполняется внутреннее действие. для введения продукта или продукт вводят в заданную анатомическую область, например, Zhu et al. 15 Существуют также процедуры, требующие умения оператора направить что-либо внутри тела (например, электромагнитное излучение в глаз) без разреза, чрескожного прокола или использования инструментов через естественное отверстие.Эти типы процедур не подпадают под определение инвазивной процедуры.

Перспективы пациентов

Три пациента, которые ранее перенесли инвазивные процедуры, предоставили отзывы о предлагаемом определении инвазивных процедур. Пациенты заявили, что их взгляд на инвазивные процедуры не был сосредоточен на том, как был получен доступ к телу, а скорее на том, что «дело не в порезе, а в том, что что-то проникает в ваше тело». Один пациент заявил: «Хирургия - это не только резание ... Я думаю, что это довольно старомодный взгляд.Сейчас существует больше процедур, которые могут не включать резку, и их необходимо включить в определение ». Кроме того, цель инвазивной процедуры, будь то диагностическая или терапевтическая, не была выражена как важный критерий определения процедуры как инвазивной, и поэтому не была включена в предложенное определение.

Заключение

Мы предлагаем комплексный способ определения инвазивных процедур. Согласование и применение определения этого фундаментального аспекта здравоохранения имеет решающее значение для оптимизации дизайна и проведения исследования, облегчения синтеза доказательств и улучшения отслеживания исследовательской деятельности.

Преимущества неинвазивных методов по сравнению с телеметрией для анализа дистресса на мышиной модели рака поджелудочной железы

Основные моменты

Была оценена пригодность методов для анализа дистресса у лабораторных мышей.

Неинвазивные телеметрические методы и сравнивались на модели ортотопического рака поджелудочной железы.

Имплантация передатчика вызвала больший стресс, чем лапаротомия плюс инъекция клеток карциномы.

Рост опухоли вызвал очень легкое расстройство.

Неинвазивные методы для анализа бедствия показали лучшую производительность, чем телеметрия.

Реферат

Проспективная оценка степени тяжести требуется по закону во многих странах для обеспечения высококачественных исследований наряду с высокими стандартами благополучия лабораторных животных. Мыши и крысы, наиболее распространенные лабораторные виды, являются животными-жертвами, которые обычно подавляют признаки боли и страдания.Следовательно, для адекватной количественной оценки бедствия необходимы высокочувствительные параметры считывания. В настоящем исследовании сравнивалась эффективность различных неинвазивных методов определения дистресса животных, таких как измерение веса тела, оценка дистресса, фекальных метаболитов кортикостерона, рытье и гнездование, с непрерывным мониторингом частоты сердечных сокращений, температуры тела и активности с помощью телеметрии. Был сравнен дистресс, вызванный двумя хирургическими вмешательствами, и описана нагрузка, вызванная ростом опухоли.Имплантация передатчика вызвала больший стресс, чем лапаротомия плюс инъекция клеток карциномы в поджелудочную железу. Удивительно, но во время роста опухоли не наблюдалось значительного увеличения дистресса. Анализ кривой рабочих характеристик приемника показал, что некоторые неинвазивные параметры бедствия, то есть оценка бедствия и роющая активность, показали несколько лучшие характеристики для количественной оценки бедствия, чем наиболее подходящие параметры, измеренные с помощью телеметрии. Из-за большой нагрузки, связанной с имплантацией телеметрического устройства, в будущих исследованиях следует отдавать предпочтение неинвазивным методам оценки дистресса у лабораторных животных после хирургических вмешательств.

Ключевые слова

Телеметрия

Бедствие

Оценка серьезности

Мыши

Модели животных

Рак поджелудочной железы

Сокращения

TI

Имплантация передатчика

CI

Метаболизм фациальных клеток

FCI

НПВП

нестероидные противовоспалительные препараты

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы.Опубликовано Elsevier B.V. от имени Каирского университета.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Сравнение инвазивных и неинвазивных электромагнитных методов оценки влажности почвы по модели дамбы | Журнал геофизики и инженерии

Аннотация

Инфильтрация воды через модель дамбы в контролируемых условиях затопления и дренажа была исследована с использованием гравиметрического метода отбора проб почвенной воды и электромагнитных методов, в частности георадара (GPR), применяемого в различных формах, рефлектометрии во временной области с интеллектуальными микроэлементами (TRIME-TDR) и рефлектометрия в пространственно-временной области (S-TDR).Эксперименты на модели проводились в два этапа. На первом этапе модель была затоплена водой с разными уровнями от 0 до 1,25 м над водонепроницаемым основанием модели. На втором этапе характеристики временных изменений содержания воды были исследованы в течение 65 дней по мере того, как паводковая вода стекала с уровня 1,25 м. Модель дамбы построена на грунте супесчаного класса текстуры. Целью эксперимента было выяснить, могут ли инвазивные и неинвазивные методы на основе георадара количественно наблюдать и правильно отслеживать временные изменения объемного содержания воды (VWC) в насыпных плотинах.Значения VWC от различных методов очень хорошо соответствовали, особенно с низкими значениями VWC. Сравнение с VWC гравиметрического отбора проб почвенной воды показало удовлетворительную воспроизводимость. Характерные несоответствия регистрировались при более высоких значениях VWC. В условиях насыщения только инвазивные методы могли дать разумные значения VWC. После сброса самого высокого уровня паводка фазу дренажа можно охарактеризовать двумя инвазивными методами, основанными на методах TDR и GPR.

s1"> 1 Введение

Недавние наводнения в нескольких частях мира привлекли особое внимание к безопасности таких защитных сооружений, как плотины, бассейны для защиты от наводнений и плотины на насыпях. С одной стороны, безопасность этих конструкций зависит от состава конструкции, а с другой стороны, от гидравлических условий, действующих внутри конструкции из-за внешней гидравлической нагрузки. Знание этих условий жизненно важно для получения информации о безопасности конструкции и для прогнозирования при оценке риска наводнений и других связанных неопределенностей.Геофизические методы применяются для исследования инженерно-геологических структур, и они предоставляют несколько операционных методов для определения распределения влаги внутри конструкций, что является важным параметром состояния в геотехнике. Информация о структурном составе и гидравлическом состоянии дамбы необходима, если должны быть созданы хорошие системы мониторинга и прогнозирования для защиты конструкции, например, на основе числовых инструментов.

Томография электрического сопротивления (ERT) широко применяется для исследования структурного состава; однако георадар (GPR) становится более заметным, когда возникает озабоченность по поводу однородности структуры (Barner и др. 2001).Для оценки гидравлического состояния плотин насыпей с точки зрения распределения влаги и утечек часто используются измерения температуры (Dornstädter 1996, Perzlaier et al 2007). В сочетании с другими геофизическими методами этот метод недавно стал использоваться для оценки процессов эрозии внутри насыпей (Johansson 2007). Используя традиционные методы, гидравлическое состояние внутри насыпей определяется с помощью наблюдательных скважин или поровых манометров для получения информации в определенных точках.Однако эти методы часто предоставляют только частичную информацию, поскольку ненасыщенные условия, количественно определяемые распределением содержания воды над фреатической поверхностью, не поддаются определению. Эти ненасыщенные условия сильно влияют на гидравлические и механические процессы.

За последние два десятилетия были разработаны различные методы, как инвазивные, так и неинвазивные, для мониторинга пространственной и временной изменчивости влажности почвы. Однако существует лишь несколько геофизических методов, которые до сих пор использовались для количественного определения содержания воды внутри насыпей и дамб (Scheuermann и др. 2009, Rings и др. 2008).В настоящем исследовании рассматриваются два электромагнитных метода, а именно рефлектометрия во временной области (TDR) и георадар, которые предоставляют надежную информацию об объемном содержании воды в водоудерживающих структурах. Хотя TDR уже был введен в качестве альтернативного метода измерения содержания воды в насыпях, применение методов георадара для этой цели не очень распространено. Основная причина того, почему методы георадара обычно не используются, заключается в трудностях, связанных с определением времени прохождения неуправляемой волны.Однако методы, основанные на георадарах, преодолевают эти трудности, особенно там, где предусмотрены дополнительные меры для легкого отражения передаваемой волны. Например, исследованию структуры дамбы способствует введение геотехнических разведочных скважин. Часто эти работы сопровождаются георадиолокационными измерениями, которые выполняются перед буровыми работами с целью локализации неоднородных зон. Когда детали структуры дамбы известны, применение метода георадара для измерения содержания воды становится намного проще.Другой способ успешного применения методов на основе георадара на насыпях - использование уже существующих искусственных объектов, таких как трубопроводы и наблюдательные скважины, в конструкции, которая может быть использована для этой конкретной задачи.

В этой статье результаты методов TDR сравниваются с результатами инвазивных и неинвазивных методов георадара. Цель этих измерений состоит в том, чтобы проверить надежность результатов определения содержания воды в почве при различных уровнях паводка в попытке продолжить долгосрочный мониторинг и наблюдение за насыпями как водоудерживающими сооружениями.Для исследования были применены два разных метода, основанных на TDR, а именно рефлектометрия во временной области с интеллектуальными микроэлементами (TRIME-TDR) и рефлектометрия в пространственно-временной области (S-TDR). Рассмотрены методы на основе георадара: съемка с общей средней точкой (CMP), с общим выносом (CO) и с помощью волноводного зондирования (GWS).

s2"> 2 Электромагнитные методы и теоретические основы

s2-1"> 2.1 Электромагнитные методы

Благодаря своей надежности и скорости обращения, традиционный метод TDR использовался для измерения содержания влаги в почве многими авторами (Topp et al 1980, Topp and Davis 1985, Kachanoski et al 1990, Persson and Berndtsson 1998, Huisman et al 2001, Jones et al 2002, Schlaeger 2005, Scheuermann et al 2005), среди многих других.Принцип работы рефлектометра с интеллектуальными микроэлементами (TRIME-TDR) аналогичен принципу работы традиционной аналоговой системы. Однако, в отличие от последнего, который записывает всю кривую напряжения и на основе этого определяет время прохождения отраженного импульса в двух направлениях, первый использует алгоритм, который записывает время прихода определенных уровней напряжения. TRIME-TDR - это запатентованный товарный знак компании IMKO, Германия. Этот метод использовался рядом исследователей (Stacheder et al 1994, 1997, Debruyckere et al 1996, Beldring et al 1999, Laurent et al 2001, 2005, Evett et al 2002) для измерения влажности почвы.Evett и др. (2002), а также Laurent и др. (2005) сообщили о среднеквадратичных отклонениях (RMSD) (0,1–0,7) м 3 м -3 с TRIME-TDR по сравнению с VWC. значения от гравиметрического отбора проб почвенной воды. Чтобы использовать всю информацию из кривой напряжения, измеренной TDR, недавно был разработан алгоритм восстановления (Schlaeger 2005). Он позволяет быстро вычислять профили влажности почвы по удлиненным и электрически изолированным зондам на основе одно- или двусторонних измерений TDR.Эта технология, включая устройства и датчики, а также алгоритм реконструкции и процедуры калибровки, уже была представлена ​​как S-TDR (Becker 2004, Huebner et al 2005, Becker et al 2008, Scheuermann et al 2008, 2009 ). До сих пор S-TDR применялся для разных целей. Система предупреждения о наводнениях была разработана Беккером (2004) и Шеделом (2006) на основе S-TDR с использованием трехстержневых зондов с открытым концом. Scheuermann (2008) использовал S-TDR для исследования динамики содержания воды в ненасыщенных почвах.Метод S-TDR в основном использовался для наблюдения изменений содержания воды в моделях дамб с использованием плоских ленточных кабелей в качестве зондов (Scheuermann и др. 2009, Wörsching и др. 2006). Для применения S-TDR в песке RMSD ± 0,02 м 3 м -3 по сравнению с другими косвенными измерениями сообщил Scheuermann и др. (2009).

Георадар, который в нормальном режиме является неинвазивным электромагнитным методом, предлагает различные методы съемки в зависимости от цели исследования.При съемке CMP передатчик и приемник перемещаются в противоположных направлениях на равных расстояниях от центрального местоположения. Тиллард и Дюбуа (1994) и Гривз и др. (1996) сообщили об отклонениях содержания влаги в почве порядка 10% при обследованиях ОГТ. Grote и др. (2003) применили метод CMP с использованием антенн 900 МГц и 450 МГц для оценки VWC со среднеквадратичной ошибкой около 0,011–0,017 м 3 м -3 . Другие исследователи (Davis and Annan 1989, Fischer et al 1992, Greaves et al 1996, Du 1996, van Overmeeren et al 1997, Berktold et al 1998, Endres et al 2000, Nakashima et al. al 2001, Huisman et al 2003, Galagedara et al 2004) и несколько других успешно применили съемки CMP для оценки VWC на ​​малых глубинах.Обследования CMP требуют много времени; однако они необходимы. Это связано с тем, что определение радиолокационных скоростей дает скоростно-глубинную модель геологической среды. Такую модель можно использовать для вывода диэлектрических свойств и последующей оценки VWC почвы. Съемка CO предлагает относительно ограниченные возможности построения изображений геологической среды, поскольку каждая позиция вдоль профиля дает только одну трассу смещения. Тем не менее, CO, пожалуй, наиболее часто используемая георадарная съемка из-за скорости сбора и обработки данных.Исследования CO часто сочетаются с CMP для определения VWC почвы (Du and Rummel 1994, Lesmes et al 1999, Galagedara et al 2005). Наконец, исследование GWS - это инвазивное применение метода георадара в режиме, аналогичном режиму обычного TDR. Этот метод регистрирует VWC, используя данные времени двустороннего отражения от нижнего конца металлического стержня, который опускается в почву с постоянным приращением через вертикальную трубку доступа (Игель и др. 2001, Шмальхольц и др. 2004, Преко и Вильгельм 2006, Преко и Рингс 2007).

s2-2"> 2.2 Теоретические основы

Скорость v (ω) электромагнитной волны в среде-хозяине зависит от ее угловой частоты ω, скорости света в вакууме c , относительной диэлектрической проницаемости ε r , относительной магнитной проницаемости μ r и электропроводность основной среды σ. Математически v (ω) определяется выражением 1, где c = 3 × 10 8 мс -1 , ε r - отношение диэлектрической проницаемости ε (F m -1 ) основной среды до диэлектрической проницаемости свободного пространства ε 0 (8.854 × 10 -12 F m -1 ), μ r - магнитная проницаемость среды хозяина μ (NA -2 ) по отношению к проницаемости свободного пространства μ 0 (4π × 10 -7 NA -2 ), σ / ωε - тангенс угла потерь материала, ω = 2π f (рад с -1 ) и f - линейная частота (s -1 ) . В среде с низкими потерями (когда σ -1 ) и в диапазоне частот 0,01–1 ГГц, который типичен для георадара, влияние σ пренебрежимо мало с σ / ωε ≪ 1 (Дэвис и Аннан, 1989). .Для немагнитных материалов на частотах радара применяется μ r = 1 (Daniels et al 1988). В этих условиях скорость v (ω) практически не зависит от ω, а уравнение (1) упрощается до 2 Таким образом, скорость электромагнитных волн в среде с низкими потерями в основном контролируется относительной диэлектрической проницаемостью. Относительная диэлектрическая проницаемость воды (в диапазоне частот МГц – ГГц) составляет около 80, а воздуха - 1, в то время как диэлектрическая проницаемость наиболее распространенных геологических материалов находится в диапазоне 3–10 (т.е.грамм. Дэвис и Аннан 1989). Большой контраст диэлектрической проницаемости в этом диапазоне частот позволяет применять электромагнитные методы для определения VWC. Петрофизические зависимости, разработанные для конкретных грунтов в лаборатории или с соответствующими правилами смешивания (такими как CRIM (Shen и др. 1985), Hanai – Bruggeman – Sen (Hanai 1961, Sen et al 1981) или Maxwell Garnett (Sihvola и Alanen 1991)) или эмпирические зависимости (Topp et al 1980), затем можно использовать для связи диэлектрической проницаемости с содержанием воды в почве.В настоящем исследовании неизменно применялись только калибровочные функции для конкретных почв. Содержание влаги в почве играет доминирующую роль в распространении электромагнитных волн. Когда распространяющаяся электромагнитная волна, нормально падающая в среду, встречает неоднородности в ε r , μ r и σ, часть падающей энергии отражается. Сила отражения зависит от величины изменения электрических и магнитных свойств. Если предположить, что существует немагнитная среда с низкими потерями, коэффициент отражения R выражается как (Брюстер и Аннан, 1994) 3, где Z 1 , Z 2 , ε r 1 , ε r 2 и v 1 , v 2 - это соответственно импедансы, относительные диэлектрические проницаемости и скорости слоев почвы 1 и 2 непосредственно выше и ниже неоднородности ⁠. R определяет, насколько резким может быть граничное отражение. Внезапное изменение ε r с глубиной дает резкий сигнал отражения, тогда как расширение импульса является результатом постепенного изменения ε r (van Dam и др. 2002). Уравнение (3) показывает, что фаза электромагнитной волны на границе остается неизменной, когда v 2 > v 1 . Однако существует фазовый сдвиг на 180 °, когда v 2 v 1 .Во всех случаях R имеет значения от +1 до -1. Моделирование ряда геологических материалов в R показывает, что георадар чувствителен к изменениям в соотношении отложений / воздуха / пресной воды (Neal 2004). Ряд авторов (van Overmeeren 1994, Endres et al 2000, Doolittle et al 2000) успешно использовали георадар для обнаружения пограничного слоя между зоной вадозы и насыщенной зоной.

s3"> 3 Исследования с использованием дамбы модели

s3-1"> 3.1 Описание участка и эксперимент с наводнением

Эксперименты проводились на крупномасштабной модели дамбы, построенной в лаборатории Теодора Ребока Института управления водными ресурсами и речными бассейнами Университета Карлсруэ, Германия. Высота модели составляла 1,4 м, а верхняя и нижняя стороны модели были наклонены под углом 1: 2,5. При ширине гребня 1 м общая ширина дамбы составляла 8 м, а длина около 2,3 м. Во избежание обхода воды по границе модели внешняя стенка была наклонена под небольшим углом 2 °.На верхней стороне дамбы находился бассейн с регулируемым уровнем воды. Дополнительную информацию о конструкции модели и ее оснащении можно найти в Wörsching et al (2006).

Модель была построена на основе глинистого песка класса текстуры (USDA 1975) с набухающей глиной около 5% и пределом усадки 9,4% массового содержания воды. Пределы Аттерберга определить не удалось из-за низкой пластичности. Плотность твердых частиц составляла 2,71 г / см -3 .Максимальная объемная плотность в сухом состоянии образца почвы, полученная с помощью стандартных процедур уплотнения, определяет плотность по проктору. Эта плотность, важная составляющая геотехнической инженерии, зависит от содержания влаги в почве. Обычно почвы с низким содержанием набухающей глины имеют высокую плотность проктора. Плотность дамбы по проктору составила 1,92 г / см -3 с содержанием воды 10,2% по массе. Плотность речных дамб обычно составляет около 85% от прокторной плотности рассматриваемого образца почвы.

Модель была построена в несколько этапов, в которых использовалось в общей сложности 13 слоев почвы из одного и того же материала, но разной толщины. Эти слои уплотнялись индивидуально с помощью стандартных устройств с целью получения плотности, сопоставимой с плотностями, преобладающими в реальных дайках. В таблице 1 показаны слои грунта с использованной толщиной, достигнутой насыпной плотностью в сухом состоянии и их положением в модели дамбы. Как видно из таблицы 1, полученные объемные плотности сухого вещества лежат в диапазоне 83–90% от плотности по проктору.Соответствующие гидравлические свойства грунта различаются в зависимости от плотности. Насыщенная гидравлическая проводимость составляла 1,4 × 10 -6 м с -1 при 80% плотности по проктору и 1 × 10 -7 м с -1 при 100% плотности по проктору. Кроме того, важными гидравлическими свойствами почвы, необходимыми для анализа временных изменений содержания воды по отношению к гидравлическим граничным условиям в зоне водяного потока выше и ниже уровня воды, являются характеристическая кривая грунтовых вод, показанная на рисунке 1, и заданная ненасыщенная гидравлическая проводимость. на рисунке 2.Кривая характеристик воды в почве дает информацию о капиллярных силах, ожидаемых для почвы в ненасыщенном состоянии. Как видно из рисунков 1 и 2, обе кривые также зависят от плотности почвы. Здесь зависящая от плотности насыщенная гидравлическая проводимость была определена с использованием функции пористости Козени / Кармана ϕ 3 ⋅ (1 - ϕ) -2 (Kozeny 1927, Carman 1937) на основе измеренных значений проводимости. Эти зависящие от плотности гидравлические свойства грунта необходимо учитывать при анализе гидравлических процессов внутри дамбы.

Таблица 1

Строительство модели дамбы со слоями суглинистого грунта различной мощности и сухой насыпной плотности.

4

32

Слой почвы Толщина слоя почвы (м) Глубина от гребня (м) Насыпная плотность в сухом состоянии (г см -3 )
1 (первый слой в гребне) 0,115 0,115 1,61 ± 0,05
2 0,110 0,225 1.61 ± 0,05
3 0,105 0,330 1,67 ± 0,06
4 0,110 0,440 1,68 ± 0,04 1,68 ± 0,04 9143 9143 9143 9143 9143 914 9143 9143 9143 9143 0,06
6 0,120 0,670 1,69 ± 0,02
7 0,115 0,785 1,72 ± 0,02
8.110 0,895 1,68 ± 0,03
9 0,100 0,995 1,74 ± 0,12
10 0,085 1,080

3 9143

1,80 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 1 1.200 1,73 ± 0,08
12 0,085 1,285 1,69 ± 0,09
13 (последний слой на основании) 0.115 1,400 1,64 ± 0,05
9143 9143 5 914 914 9143 914 9143 914 1 143 914
Слой почвы Толщина слоя почвы (м) Глубина от гребня (м) Насыпная плотность в сухом состоянии (г см -3 43) 9
1 (первый слой в гребне) 0,115 0,115 1,61 ± 0,05
2 0,110 0,225 1,61 ± 0,05 3143
0,330 1,67 ± 0,06
4 0,110 0,440 1,68 ± 0,04
5 0,110 0,550

± 0,06

9141,110 0,670 1,69 ± 0,02
7 0,115 0,785 1,72 ± 0,02
8 0,110 0.895 1,68 ± 0,03
9 0,100 0,995 1,74 ± 0,12
10 0,085 1,080 1,7314 ± 0,03 1,73 ± 0,08
12 0,085 1,285 1,69 ± 0,09
13 (последний слой на основе) 0,115 1.400 1,64 ± 0,05
Таблица 1

Построение модели дамбы со слоями суглинистого грунта различной мощности и сухой насыпной плотности.

Слой почвы Толщина слоя почвы (м) Глубина от гребня (м) Насыпная плотность в сухом состоянии (г см -3 )
1 (первый слой гребня) 0,115 0,115 1,61 ± 0,05
2 0.110 0,225 1,61 ± 0,05
3 0,105 0,330 1,67 ± 0,06
4 0,110 0,440 914 ± 914 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 0,550 1,66 ± 0,06
6 0,120 0,670 1,69 ± 0,02
7 0,115 0.785 1,72 ± 0,02
8 0,110 0,895 1,68 ± 0,03
9 0,100 0,995 1,7414 ± 0143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9148 1,73 ± 0,03
11 0,120 1.200 1,73 ± 0,08
12 0,085 1,285 1.69 ± 0,09
13 (последний слой на основании) 0,115 1,400 1,64 ± 0,05
Слой почвы Толщина слоя почвы (м) 914 от гребня м ) Насыпная плотность в сухом состоянии (г см -3 )
1 (первый слой в гребне) 0,115 0,115 1,61 ± 0,05
2 0.110 0,225 1,61 ± 0,05
3 0,105 0,330 1,67 ± 0,06
4 0,110 0,440 914 ± 914 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 0,550 1,66 ± 0,06
6 0,120 0,670 1,69 ± 0,02
7 0,115 0.785 1,72 ± 0,02
8 0,110 0,895 1,68 ± 0,03
9 0,100 0,995 1,7414 ± 0143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9148 1,73 ± 0,03
11 0,120 1.200 1,73 ± 0,08
12 0,085 1,285 1.69 ± 0,09
13 (последний слой на основании) 0,115 1,400 1,64 ± 0,05

Рисунок 1

Характеристическая кривая грунтовых вод материала дайки: экспериментальные результаты (символы) и параметризация Муалема / ван Генухтена (линии, Муалем, 1976, ван Генухтен, 1980) для средней плотности (сплошная линия, ρ d = 1,76 г см -3 ) и для высокой плотности (штриховая линия, ρ d = 1.95 г см -3 ).

Рисунок 1

Характеристическая кривая грунтовых вод материала дамбы: экспериментальные результаты (символы) и параметризация Муалема / ван Генухтена (линии, Муалем 1976, ван Генухтен 1980) для средней плотности (сплошная линия, ρ d = 1,76 г см -3 ) и для высокой плотности (штриховая линия, ρ d = 1,95 г см -3 ).

Рисунок 2

Ненасыщенная гидропроводность материала дамбы для среды (сплошная линия, ρ d = 1.76 г см -3 ) и высокой плотности (пунктирная линия, ρ d = 1,95 г см -3 ) с использованием параметризации Муалема / ван Генухтена.

Рисунок 2

Ненасыщенная гидропроводность материала дамбы для средней (сплошная линия, ρ d = 1,76 г см -3 ) и высокой плотности (пунктирная линия, ρ d = 1,95 г cm -3 ) с использованием параметризации Муалема / ван Генухтена.

Для расчета VWC по диэлектрической проницаемости почвы были проведены два калибровочных эксперимента.Калибровочная функция θ для конкретной почвы (уравнение (4)), показанная на рисунке 3, использовалась для анализа электромагнитных измерений: 4 Рисунок 3 показывает, что функция калибровки для конкретной почвы хорошо согласуется с эмпирической зависимостью Topp и др. ( 1980), что оправдывает применение уравнения Топпа для многих почв.

Рисунок 3

Значения VWC, измеренные в результате двух экспериментов по калибровке грунта дайки (символы) и кривые подгонки: индивидуальная подгонка (сплошная линия) и эмпирическая зависимость Топпа (пунктирная линия).

Рис. 3

Значения VWC, измеренные в результате двух экспериментов по калибровке грунта дайки (символы) и кривые аппроксимации: индивидуальная аппроксимация (сплошная линия) и эмпирическая зависимость Топпа (пунктирная линия).

Модель была затоплена из бассейна со стороны верхнего течения с разными уровнями воды на 0,4 м, 0,8 м и 1,25 м над основанием. Таким образом, последний уровень воды был всего на 0,15 м ниже гребня дайки. Измерения, проведенные Wörsching и др. (2006) с использованием плоских ленточных кабелей в качестве зондов TDR, распределенных в модели дамбы, показали, что модель достигла приблизительно стационарного состояния через 24 часа.Следовательно, после каждой фазы затопления дамбу оставляли в покое на 7 дней, после чего ожидалось, что она придет в стационарное состояние с постоянной поверхностью фреатических отложений. Затем были проведены наблюдения с использованием методов CO, GWS, CMP, TRIME-TDR и S-TDR. Объемное содержание воды определялось с помощью обычного гравиметрического отбора проб почвы до и после затопления. Далее представлены настройка и производительность различных методов, а также полученные результаты.

s3-2"> 3.2 Гравиметрический отбор проб почвенной воды

Гравиметрический отбор проб почвенной воды является принятым эталонным методом определения влажности почвы. Однако использование средней объемной плотности почвы, эффекта уплотнения и способа обработки образца почвы может изменить свойства почвы и, таким образом, внести серьезные источники ошибок в измерения. В начале эксперимента, непосредственно перед установкой первого уровня воды, образцы грунта были взяты из тела дамбы на разной глубине с помощью простого цилиндрического пробоотборника, объем которого составлял примерно 50 см 3 .Процедуру повторили в конце эксперимента после осушения дамбы. Таким образом, можно было отобрать образцы почвы в более или менее ненарушенном состоянии для определения их объемной плотности в сухом состоянии, которая необходима для расчета VWC на ​​основе гравиметрического или массового содержания воды (таблицы 2 и 3). В этой связи следует отметить, что расположение скважин для образцов грунта находилось на расстоянии около 30 см от места проведения электромагнитных измерений. В соответствии с международными стандартами массовое содержание воды определяется путем сушки в печи в течение 24 часов при 105 ° C.

Таблица 2

Характеристика грунта модели дамбы до затопления.

1,84 914 914

1,133 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 –0,551

Глубина от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0,155–0,205 0,180 1,69 3,8 0,064 37.6
0,243–0,293 0,268 1,70 4,2 0,071 37,3
0,352–0,402 0,377 0,377 0,526 1,73 4,8 0,083 36,2
0,660–0,710 0,685 1,85 5.6 0,104 31,7
0,786–0,836 0,811 1,95 7,2 0,140 28,0
0,873–014833
0,873–14814 99814 99814
0,873–14814 914 914 814 914 914 9143 30,6

33

9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143

0,833 914 914 914 914 914 9143 914 914 914 9143 9143 9143 9143 914 914 914 914 914 914 914 914 –0,898

Глубина от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0.155–0,205 0,180 1,69 3,8 0,064 37,6
0,243–0,293 0,268 33 1,70 4,2 1,84 4,8 0,088 32,1
0,501–0,551 0,526 1,73 4,8 0,083 36.2
0,660–0,710 0,685 1,85 5,6 0,104 31,7
0,786–0,836 0,811 0,898 1,88 7,6 0,143 30,6
Таблица 2

Характеристика грунта модели дамбы до затопления.

– 0,214 0,214 .70

32

514

33

9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143

0,833 914 914 914 914 914 914 914 914 9143 9143 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 –0,898

Интервал глубин от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0,155–0,205 0,180 1,69 3,8 0,064 37,614
4,2 0,071 37,3
0,352–0,402 0,377 1,84 4,8 0,088 32,1
0,501 0,083 36,2
0,660–0,710 0,685 1,85 5,6 0,104 31,7
0,786–0.836 0,811 1,95 7,2 0,140 28,0
0,873–0,898 0,898 1,88 7,6 0,114 3043 914 934 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 гребень (м) Глубина от гребня дайки (м) Насыпная плотность в сухом состоянии (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0.155–0,205 0,180 1,69 3,8 0,064 37,6
0,243–0,293 0,268 33 1,70 4,2 1,84 4,8 0,088 32,1
0,501–0,551 0,526 1,73 4,8 0,083 36.2
0,660–0,710 0,685 1,85 5,6 0,104 31,7
0,786–0,836 0,811 0,898 1,88 7,6 0,143 30,6
Таблица 3

Характеристика почвы модели дамбы после 48 дней осушения.

33 33 .70

1433 0,414

9143 9143 9143 9143 9143

0,097

Интервал глубин от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0,150–0,200 0,175 1,64 4,3 0,071 39,5 9143
4,9 0,083 37,3
0,349–0,399 0,374 1,70 5,5 0,093 37,3
0,433
0,414 35,1
0,550–0,600 0,575 1,75 6,2 0,109 35,4
0,670–0.720 0,695 1,72 6,8 0,118 36,5
0,764–0,814 0,789 1,78 7,2 0,12149143 7,2 0,1214914 9143 1,96 9,0 0,176 27,7

0,08374 914 914 914 914 914 9143 9143 914 914 914

914 914 914 914 914 914

914 932 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 814 –0,814

Интервал глубин от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) 33 Насыпная плотность в сухом состоянии (г см

05-3 -39120) Массовое содержание воды (%)

VWC (m 3 m -3 ) Пористость (%)
0.150–0,200 0,175 1,64 4,3 0,071 39,5
0,270–0,320 0,295 1,70 4,9 0,08374 914 914 914 4,9 1,70 5,5 0,093 37,3
0,460–0,510 0,485 1,76 5,5 0,097 35.1
0,550–0,600 0,575 1,75 6,2 0,109 35,4
0,670–0,720 0,695 0,695 0,789 1,78 7,2 0,129 34,3
0,850–0,900 0,875 1,96 9.0 0,176 27,7
Таблица 3

Характеристика почвы модели дамбы после 48 дней осушения.

4 9143 9143
Глубина от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0,150–0,200 0.175 1,64 4,3 0,071 39,5
0,270–0,320 0,295 1,70 4,9 0,083 37,3 37,3
9144 9143 4 5,5 0,093 37,3
0,460–0,510 0,485 1,76 5,5 0,097 35,1
0.550–0,600 0,575 1,75 6,2 0,109 35,4
0,670–0,720 0,695 3 1,72 6,8

9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 4 9143 9143 1,78 7,2 0,129 34,3
0,850–0,900 0,875 1,96 9,0 0,176 27.7

33394,3

33 39143

34 9143 9143 9143 0.295 – 914–914
Глубина от гребня дайки (м) Глубина от гребня дайки (м) Сухая насыпная плотность (г см -3 ) Массовое содержание воды (%) VWC (м 3 м -3 ) Пористость (%)
0,150–0,200 0,175 1,64 4,3 0,071 0,071
1,70 4,9 0,083 37,3
0,349–0,399 0,374 1,70 5,5 0,93 37,314
37,314 4 5,5 0,097 35,1
0,550–0,600 0,575 1,75 6,2 0,109 35,4
0.670–0,720 0,695 1,72 6,8 0,118 36,5
0,764–0,814 0,789 3,78 7,2 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 9143 0143 9143 9143 1,96 9,0 0,176 27,7

Результаты отбора проб почвы показаны в таблицах 2 и 3. VWC θ определялся по массовому содержанию воды w , насыпной плотности в сухом состоянии ρ d и плотность воды ρ w при θ = w ⋅ ρ d / ρ w .Пористость ϕ рассчитывалась из плотности твердых частиц ρ s и объемной плотности в сухом состоянии по формуле ϕ = 1 - ρ d / ρ s .

По сравнению с исходной объемной плотностью сухого материала модели (см. Таблицу 1), плотности остались почти неизменными в верхней части поперечного сечения, но со временем увеличивались на больших глубинах. Эти изменения плотности можно отнести к неравномерным оседаниям в результате перегруппировки частиц грунта из-за действия сил плавучести во время предыдущих экспериментов по затоплению.В частности, к мгновенным осадкам может привести первое затопление насыпи. Хотя почва содержит лишь небольшое количество набухающей глины, около 5%, незначительные изменения объема, связанные с процессами усадки, наблюдались в прошлом на поверхности земли, особенно в местах, которые были почти насыщены из-за прежних процессов просачивания. Однако ожидается, что эти изменения объема не играют какой-либо доминирующей роли в наблюдаемых здесь изменениях плотности.

VWC, определенный на основе гравиметрического отбора проб почвенной воды, является основой для количественного сравнения с данными, полученными на основе использованных геофизических методов.

s3-3"> 3.3 Георадарные измерения

Георадарные измерения были проведены с использованием методов съемки CO, GWS и CMP на гребне модели дамбы с помощью радиолокационного оборудования SIR-3 от Geophysical Survey Systems Incorporated. Использовались моностатические антенны с центральными частотами 500 МГц и 900 МГц, а данные обрабатывались с помощью программного пакета REFLEXW (Sandmeier 2007).

Измерения СО проводились с помощью антенны 500 МГц. Блок протянут по гребню дамбы (≈2.Длиной 3 м) с постоянной скоростью. Отражения от границ слоя почвы появлялись на радарограмме в виде горизонтальных полос (рис. 4). Данные CO обрабатывались с помощью REFLEXW путем первоначального создания файла основных данных, содержащего информацию о 1D-распределении глубины отдельных слоев почвы, отображаемых на радарограмме в виде вертикального столбца с цветными полосами (рисунок 4). Размеры слоев почвы и их расположение, представленные столбцом, были почти идентичны измеренным расстояниям на радарограмме.Длины полос слоев были скорректированы вручную, чтобы соответствовать границам слоев на радарограмме. Впоследствии VWC был получен из двумерного интервального распределения скорости-глубины в отдельных слоях почвы.

Рис. 4

Радарограмма модели дамбы из съемки CO с вертикальным столбцом, указывающим предполагаемую толщину слоев почвы.

Рис. 4

Радарограмма модели дамбы из съемки CO с вертикальным столбцом, показывающим предполагаемую толщину слоев почвы.

Эксперименты GWS проводились с помощью вертикальной спусковой трубы, предварительно установленной на модели дамбы. Он служил проходом для металлического стержня длиной около 1,4 м и внешним диаметром 38 мм, градуированного с интервалами 2,5 см. Нижний конец этого стержня служил отражателем для передаваемого сигнала георадара. Затем моностатическая антенна на 500 МГц была расположена близко (≈1 см) к трубке доступа с металлическим стержнем посередине между приемником и передатчиком. Это положение сохранялось на протяжении всего эксперимента.Затем металлический стержень опускали в трубку доступа с интервалом 2,5 см. Направленные волны, распространяющиеся вдоль стержня, отражались от нижнего конца стержня к приемной антенне из-за контраста импеданса между этим концом и средой под ним (рис. 5).

Рис. 5

Радарограмма из обзора GWS. Выборки представлены пунктирными линиями.

Рис. 5

Радарограмма из обзора GWS. Выборки представлены пунктирными линиями.

Когда штанга была опущена с глубины d i на глубину d f , интервальная скорость v i , f была рассчитана по разнице времен пробега направленной волны. t i и t f , соответственно, принимая 5 Интервальные скорости, вычисленные с помощью уравнения (5), были очень чувствительны к положению и времени пикировок отражения. Чтобы уменьшить ошибки обработки, в v i , f (в результате небольшого расстояния 2.5 см) были рассчитаны средние значения бегущих гармоник для трех интервальных скоростей. Например, средняя гармоническая скорость v (10, 15), рассчитанная на глубинах от 10 до 15 см, была присвоена глубине 12,5 см. Затем средняя гармоническая скорость была связана с диэлектрической проницаемостью почвы с помощью уравнения (2), а затем была определена VWC с помощью уравнения (4). Дальнейшие измерения были проведены на модели дамбы этим методом в течение 65 дней после того, как паводковая вода стекала с наивысшего уровня в 1.25 мес.

Измерения CMP с использованием антенн 500 МГц и 900 МГц в двух конфигурациях. В одной конфигурации антенна на 500 МГц передает, а антенна на 900 МГц принимает, и наоборот. Антенны размещались параллельно друг другу на начальном расстоянии 0,2 м, а затем перемещались в противоположных направлениях с постоянным шагом 0,1 м. Из-за механической проблемы было невозможно выполнить обследование ОГТ на дамбе при уровне затопления 1,25 м.

В методе CMP используется прямая земная волна (которая распространяется через почву непосредственно между передатчиком и приемником), что позволяет рассчитывать скорости радиолокационных волн через почву даже при отсутствии отражающей поверхности (например, при отсутствии отражающей поверхности).грамм. Du 1996, Greaves и др. 1996, van Overmeeren и др. 1997, Berktold и др. 1998, Huisman и др. 2003). Ключом к этому анализу является правильное различение воздушных и прямых наземных волн от других фаз и правильная калибровка нулевого времени (т.е. времени, соответствующего точке пересечения воздушных и прямых наземных волн на радарограмма).

Скорость прямой земной волны определялась по времени пробега воздушной и прямой земной волн.Если принять Δ t как измеренную разницу во времени между двумя волнами, то, добавив эту разницу во времени к расчетному времени распространения t AW воздушной волны, можно было рассчитать время распространения t GW прямой земной волны. Таким образом, если передающая и приемная антенны разделены расстоянием x с t AW = c / x и ⁠, то скорость прямой земной волны v рассчитывается с использованием 6 и из уравнения (2), относительная диэлектрическая проницаемость грунта ε r задается путем взятия 7

. Основой для различения воздушных и прямых земных волн от других фаз сигнала является тот факт, что воздушная волна распространяется с самой высокой скоростью. из 0.3 м нс -1 , в то время как амплитуда прямой земной волны спадает с расстоянием с большей скоростью, чем амплитуда других фаз. Кроме того, воздушные и земные волны имеют противоположные фазы (Du 1996).

При обработке данных был проведен скоростной анализ подобия (Yilmaz 1987), были выбраны отражения на диаграмме подобия и, наконец, была получена глубинно-скоростная модель дамбы. Уравнение (3) действовало как руководство для выбора правильных фаз отражения на диаграмме подобия (рисунок 6).Например, если скорость распространения электромагнитной волны уменьшалась при переходе от слоя почвы 1 к слою 2, то была выбрана отрицательная фаза отраженной волны в слое почвы 2. Обратное было при увеличении скорости от 1 до 2.

Рисунок 6

( a ) Анализ скорости CMP, показывающий одномерную скоростную модель (сплошная линия: интервальная скорость, пунктирная линия: среднеквадратичная скорость), ( b ) гиперболические адаптации (обозначены стрелками), ( c ) изображение подобия с отметками скорости, обозначенными крестиками.

Рисунок 6

( a ) Анализ скорости ОГТ, показывающий одномерную скоростную модель (сплошная линия: интервальная скорость, пунктирная линия: среднеквадратичная скорость), ( b ) гиперболические адаптации (обозначены стрелками), ( c ) изображение подобия с отметками скорости, обозначенными крестиками.

s3-4"> 3.4 Измерения TDR

Измерения TRIME-TDR были выполнены с помощью зонда доступа к трубке TRIME-T3, который представляет собой портативное коммерческое TDR-устройство с батарейным питанием, произведенное IMKO.Он состоит из зонда длиной около 18 см, снабженного высокочастотным кабелем длиной около 2,5 м. Зонд опускался в предварительно установленную трубку доступа, которая также использовалась для измерений GWS, с интервалом 10 см. Устройство вырабатывало высокочастотный импульс (до 1 ГГц), который генерировал электромагнитную волну вдоль зонда. Затем он определил скорость распространяющейся направленной волны по времени прохождения отраженной волны. VWC можно было легко прочитать на панели дисплея. После выпуска паводковой воды измерения продолжались с использованием этого метода в течение 65 дней.

Датчик доступа TRIME-T3 использует стандартную калибровку для определения VWC. Следовательно, зонд необходимо было откалибровать в соответствии с конкретными свойствами материала модели дамбы. Это было сделано на основе значений VWC, полученных при гравиметрическом отборе проб почвенной воды, с использованием насыпных плотностей сухих проб почвы. Впоследствии измеренные данные о содержании воды TRIME-T3 θ T (m 3 m -3 ) были скорректированы с помощью полиномиального уравнения третьего порядка: 8, где θ C - скорректированное значение.Использование этой функции калибровки сделало ненужным использование функции калибровки для конкретного грунта (уравнение (4)), показанной на рисунке 3.

Для измерений S-TDR на модели дамбы в качестве удлиненной передачи использовались кабели с плоской лентой. линий. Эти кабели были проложены вертикально в разных местах в одном поперечном сечении модели дамбы, а также горизонтально на основании модели (см. Wörsching и др. 2006). Для настоящих исследований только измерения от одного плоского кабеля 1.Обсуждаются вертикально установленные в гребне дамбы длиной 28 м. Таким образом, измерения сопоставимы с неинвазивными измерениями GPR, представленными ранее.

Переключатели постоянного тока (DC) были расположены на обоих концах плоского ленточного кабеля для изменения электрических граничных условий. Полученные рефлектограммы использовались, чтобы легко определить время прохождения по кабелю с помощью простого анализа сигнала. Трассы TDR были записаны с обоих концов плоского кабеля с использованием TDR 100 от Campbell Scientific.С одной стороны, преимуществом двусторонних измерений является независимое восстановление электрических параметров, емкости и проводимости, которые влияют на распространение волны. С другой стороны, двусторонние измерения улучшают пространственное разрешение, особенно с длинными датчиками.

Основным принципом S-TDR является преобразование кривой TDR в качестве выходного сигнала в профиль влажности почвы вдоль датчика посредством обратного моделирования. На основе телеграфных уравнений распространение сигнала TDR вдоль датчика решается как прямая задача для известных начальных и граничных условий и оцененных распределений емкости и проводимости вдоль датчика.Результат моделирования сравнивается с реальной трассой TDR, и алгоритм оптимизации используется для изменения электрических параметров, емкости и проводимости до тех пор, пока трассы TDR не будут достаточно хорошо совпадать. Алгоритм реконструкции подробно описан Schlaeger (2002, 2005). На основе наилучшей оценки распределения емкости распределение диэлектрической проницаемости рассчитывается с использованием модели емкости для плоского кабеля (см. Huebner и др. 2005). Распределение содержания влаги в почве затем может быть рассчитано на основе этой модели с использованием калибровочной функции для конкретной почвы, показанной на рисунке 3 (уравнение (4)).

s3-5"> 3.5 Анализ ошибок

Для георадара, использующего данные о земных волнах, фокус для правильной оценки θ заключается в правильном определении фаз воздушной и земной волн по радарограмме, а также в правильном определении скорости земной волны. Из-за используемых экранированных антенн и небольшой длины гребня в большинстве случаев было трудно распознать воздушную волну по радарограмме. Это привело к отклонениям в калибровке нулевого времени данных CMP, а затем и в θ.

RMSD Δ v , равное 0,01 м нс -1 , было вычислено в скорости прямой земной волны v путем определения скорости несколько раз на радарограмме. Если принять во внимание типичную скорость распространения 0,12 м нс -1 , соответствующую диэлектрической проницаемости ε r , равной 6,25, то уравнения (2) и (4) дают 9 и 10, где e = 9,31 × 10 - 2 ⋅ ε -0,6906 r = 0,026 м 3 м -3 из уравнения (4).Для данных GWS несколько упражнений по выбору времен прохождения отраженной фазы из радарограммы показали максимальное отклонение около 5%. Из уравнения (5) получаем 11 и 12, что с помощью уравнения (4) в конечном итоге приводит к 13, где ε r равно 6,25 и | Δ t / t | составляет 5%.

В TDR анализ времени пробега намного проще из-за направленной волны и известной длины используемого датчика. Также в S-TDR определение времени прохождения по-прежнему является жизненно важным моментом в процедуре реконструкции.Хотя в представленном исследовании время пробега определяется с использованием простого анализа сигналов на основе трассировок TDR для различных граничных условий вместо использования метода касательной, ошибки все же могут быть преобладающими, которые необходимо учитывать подробно. Более того, что касается обратного моделирования измерения TDR, существуют неопределенности, которые довольно трудно определить количественно. По этой причине продолжаются исследования с целью количественной оценки точности измерений S-TDR.Сравнение с измерениями TRIME-TDR на модели дамбы в естественном масштабе, построенной из песка, показало различия VWC примерно ± 0,02 м 3 м -3 (см. Scheuermann и др. 2009). Чтобы уменьшить ошибку измерений TRIME-TDR в представленном исследовании, было проведено несколько измерений и было вычислено среднее значение.

Наконец, следует упомянуть, что VWC, определенный на основе метода отбора проб почвы, используемого в качестве эталона, также включает конкретную ошибку.Гравиметрическое содержание влаги в почве, измеренное методом сушки в печи, является довольно точным. Однако значения объемной плотности в сухом состоянии включают отклонения от среднего, которые могут быть довольно высокими, как видно из таблицы 1. Поскольку для каждой глубины был взят только один образец, было невозможно рассчитать их отклонения. Из-за низкого массового содержания воды в образцах почвы до и после испытания на наводнение максимальное отклонение ± 0,005 м 3 м -3 в VWC можно оценить на основе отклонений объемной плотности сухого вещества в таблице 1. .По сравнению с возможными ошибками методов, основанных на георадарах и рефлектометрах, это отклонение незначительно и поэтому не будет рассматриваться в дальнейшем в анализе.

s4"> 4 Результаты

s4-1"> 4.1 Статистическое исследование измерений до затопления

Перед затоплением модели дамбы были применены пять электромагнитных методов для определения VWC ниже гребня дамбы, чтобы сравнить их результаты с результатами гравиметрического отбора проб грунтовых вод.Для всех методов определенные значения RMSD показывают удивительно хорошую воспроизводимость. Значения VWC и их стандартные отклонения были определены для положений электромагнитных зондирований. Соответствующие линии регрессии показаны на рисунке 7. Глубины гравиметрического отбора проб см. В таблице 2.

Рисунок 7

Сравнение VWC от гравиметрического отбора проб почвенной воды с данными исследований TRIME-TDR, S-TDR, GWS, CO и CMP.

Рисунок 7

Сравнение VWC от гравиметрического отбора проб почвенной воды с данными исследований TRIME-TDR, S-TDR, GWS, CO и CMP.

Статистическое исследование показывает, что коэффициенты корреляции находятся между 0,83 и 0,96, так что корреляция результатов электромагнитных методов с результатами гравиметрического отбора проб почвенной воды может быть установлена, хотя уклон м всегда меньше 1. Однако это исследование показывает, что начало координат (0, 0) находится за пределами границ 95% вероятности линий S-TDR- и CO-регрессии.

Более подробное исследование, которое включает стандартные отклонения электромагнитных измерений, дает χ 2 -значения для каждого метода.С семью данными и пятью степенями свободы уменьшенные значения χ 2 позволяют нам составить следующий список ранжирования: TRIME-TDR, GWS, CMP, CO, S-TDR, с TRIME-TDR, GWS и CMP, показывающий надежная регрессия к гравиметрическому VWC, тогда как результаты метода CO и S-TDR должны быть каким-то образом смещены.

Метод CO не кажется очень подходящим для применения на модели по сравнению с методом CMP. Постоянное смещение, используемое в методе CO, скорее всего, не подходит для применения через гребень дамбы.При использовании метода S-TDR причиной смещения может быть разное расположение гравиметрических образцов и измерительного зонда. Хотя места находились на одном и том же продольном разрезе гребня дамбы, они находились на некотором расстоянии друг от друга.

Следует отметить, что этот статистический анализ действителен только для измерений перед экспериментом по затоплению, характеризующим начальное гидравлическое состояние дамбы. Результаты статистического анализа представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты статистического исследования электромагнитных измерений в сравнении с результатами отбора проб почвы перед паводковым экспериментом.

914
Использованный метод RMSD (м 3 м -3 ) χ 2 -значение (%) R 2 -значение1414% 43
TRIME-TDR 0,026 0,58 93
S-TDR 0.025 648 79
GWS 0,016 2,0 69
CO 0,012 125 7914 1434 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 34
(%)

33

Используемый метод RMSD (м 3 м -3 ) χ 2 -значение (%) R 2

3

TRIME-TDR 0.026 0,58 93
S-TDR 0,025 648 79
GWS 0,016 2,0 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 79
CMP 0,014 5,2 91
Таблица 4

Результаты статистического исследования электромагнитных измерений в сравнении с результатами отбора проб почвы перед паводковым экспериментом.

914

0,016 934 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 0.012

Использованный метод RMSD (м 3 м -3 ) χ 2 -значение (%) R 2 -значение1414% 43
TRIME-TDR 0,026 0,58 93
S-TDR 0,025 648 79
GWS 125 79
CMP 0,014 5,2 91
S-T14025
Используемый метод RMSD (м 20 3143 -значение (%) R 2 -значение (%)
TRIME-TDR 0,026 0,58 93 01443
648 79
GWS 0,016 2,0 69
CO 0,012 125 7914 1434 914 914 914 914 914 914 914 914 9143 7914 914 914 914 914 914 914 914 34
Таблица 5

Процентное изменение VWC для выбранных глубин после 65 дней дренажа.

.4
VWC замена после дренажа
Глубина от гребня (м) GWS TRIME-TDR
0,054 0,093
0,8 0,137 0,132
1,1 0,099 0,086
14143
Глубина от гребня (м) GWS TRIME-TDR
0,4 0,054 0,093
0.8 0,137 0,132
1,1 0,099 0,086
Таблица 5

Процентное изменение VWC для выбранных глубин после 65 дней дренажа.

054
Замена VWC после дренажа
Глубина от гребня (м) GWS TRIME-TDR
0,093
0,8 0,137 0,132
1,1 0,099 0,086

914 934 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 914 Глубина от гребня (м)

GWS TRIME-TDR
0,4 0,054 0,093
0.8 0,137 0,132
1,1 0,099 0,086

s4-2"> 4.2 Измерения профиля содержания воды до и во время эксперимента по затоплению

На рисунках 8 (a) - (d) показано распределение VWC с глубиной до и во время ситуаций затопления. На рисунке 8 (а) представлены исходные условия перед началом эксперимента по затоплению вместе с результатами образцов почвы, приведенными в таблице 2.Распределение VWC на ​​рисунке 8 (b) было измерено в стационарных условиях при уровне паводка 0,4 м (1,0 м ниже гребня дамбы) и на рисунках 8 (c) и (d) при уровнях паводка 0,8 м и 1,25 м. , соответственно.

Рисунок 8

Распределение ОСВ до и во время фаз затопления: ( a ) до затопления, ( b ) после уровня затопления 0,4 м, ( c ) 0,8 м, ( d ) 1,25 м с пористостью распределение в насыщенной области с учетом отклонения плотности 0.05 г см -3 .

Рисунок 8

Распределение VWC до и во время фаз затопления: ( a ) до затопления, ( b ) после уровня затопления 0,4 м, ( c ) 0,8 м, ( d ) 1,25 м с Распределение пористости в насыщенной зоне с учетом отклонения плотности 0,05 г / см -3 .

Рисунок 8 (a) показывает, что значения VWC, определенные различными методами, удовлетворительно соответствуют для низкой влажности, а также в сравнении с результатами образцов почвы, как обсуждалось ранее.По сравнению с методами измерения на основе георадара TRIME-TDR и S-TDR показали более низкие значения VWC. Это может быть связано с режимами установки трубки доступа и плоского кабеля для TRIME-TDR и S-TDR, соответственно. В то время как кабели с плоской лентой были проложены во время строительства модели, трубка доступа была установлена ​​впоследствии путем перфорации. Для обоих методов объем выборки ограничен глубиной в несколько сантиметров по длине датчика, при этом наибольшее влияние происходит вблизи датчика.Следовательно, мелкомасштабные нарушения в почве имеют гораздо большее влияние на результаты измерений, чем при использовании методов, основанных на георадарах. В случае трубы доступа почва вокруг трубы может быть уплотнена, тогда как почва вокруг кабеля с плоской лентой может быть рыхлой из-за несовершенного уплотнения. Однако это предположения, которые следует учитывать в будущих исследованиях. Кроме того, в случае S-TDR время пробега, определенное с помощью переключателей постоянного тока, может быть немного меньше, чем время пробега, вычисленное с использованием метода касательной, что в конечном итоге приводит к меньшей средней диэлектрической проницаемости.

На результаты датчика TRIME-TDR влияет его больший объем выборки. Зонд определяет VWC в среднем диапазоне расстояний, который соответствует его длине (≈18 см). Для небольших VWC измерения TRIME-TDR очень хорошо соответствуют результатам S-TDR. С увеличением уровня воды измеренные значения VWC становятся намного меньше значений, измеренных с помощью S-TDR. Это наблюдение подтверждает предположение об изменениях плотности, упомянутых ранее, поскольку они становятся более очевидными при высоких значениях VWC.

Особенно примечательно то, что измерения S-TDR показывают самое высокое содержание воды на стадии самого высокого уровня воды (рисунок 8 (d)). Согласно таблицам 2 и 3 измеренная пористость значительно превышает 30%. Среднее значение пористости составляет примерно 35%. При полном насыщении VWC соответствует пористости почвы. В зависимости от пористости, ожидаемое распределение VWC в насыщенной зоне также показано на рисунке 8 (d) с учетом отклонения в объемной плотности сухого вещества, равного 0.05 г см -3 . Исходя из предположения, что около 10% общего объема пор остается занятым воздухом (Fredlund and Rahardjo, 1993), можно ожидать максимум VWC 0,315 м 3 м -3 . Тогда, исходя из этого, измерения S-TDR кажутся несколько завышенными. С другой стороны, значения VWC, измеренные другими методами, слишком низкие. Например, метод CO показывает особенно низкие значения VWC в водонасыщенной зоне. Причиной этого, вероятно, является неинвазивный характер методов на основе георадара.В случае неуправляемых волн влияние верхних слоев на распространение волн на некоторых глубинах кажется более сильным, чем там, где используется линия передачи. В случае GWS измеренные значения VWC находятся в том же диапазоне, что и результаты TRIME-TDR, вероятно, потому, что они были измерены с помощью той же трубки доступа. Хотя инвазивные методы использовались в разных местах гребня дайки, они показывают уменьшение VWC на ​​глубине z = 0,7 м ниже гребня дайки.Это также очевидно из распределения VWC, рассчитанного из распределения плотности.

Наклоны переходов от насыщенных к ненасыщенным условиям, указывающие на капиллярную полосу, почти идентичны для измерений на основе TDR, а также для обзора GWS. Невозможно было зафиксировать этот плавный переход неинвазивными методами. В этом контексте следует отметить, что уровень фреатической линии ниже гребня дайки всегда ниже, чем уровень воды выше по течению.

Колебания оценок VWC от GWS на малых интервалах глубин (рисунки 8 (a) - ( d )) также распознаются в результатах измерений S-TDR. Это произошло из-за небольшого интервала глубин (т.е. 2,5 см), на котором определялись интервальные скорости для измерений GWS. Этот интервал глубин был очень чувствителен к небольшим изменениям времени пробега. Однако есть изменения плотности с глубиной, вызванные слоистой структурой модели, которая также влияет на измерения содержания воды.

Из измерений профиля содержания воды можно сделать вывод, что все методы смогли охарактеризовать распределение влажности в начале фазы затопления эксперимента. Отличительные различия стали заметны с увеличением значений VWC. Результаты методов TRIME-TDR и GWS показывают, что методы TDR и GPR удовлетворительно совместимы при измерениях содержания воды. Оба метода также дали хорошие результаты в статистическом анализе по сравнению с результатами гравиметрического отбора проб грунтовой воды, характеризующих начальные гидравлические условия (см. Таблицу 4).Таким образом, они были окончательно выбраны для анализа временных изменений содержания воды во время дренажной фазы эксперимента.

s4-3"> 4.3 Временное развитие VWC после эксперимента с затоплением

Чтобы исследовать вопрос о том, может ли измерительная система GWS на основе георадара правильно характеризовать гидравлическое поведение материала дамбы или нет, временное развитие VWC изменяется во время процесса дренажа в трех выбранных местах для Через 65 дней после того, как вода стечет с наивысшего уровня 1.25 мес. Эти местоположения обсуждаются с учетом преобладающих гидравлических условий из начальной стационарной ситуации, соответствующей данному уровню воды (рисунок 8 (d)), ожидаемых изменений содержания воды с учетом характеристической кривой почвенной воды (рисунок 1) и ненасыщенного гидравлическая проводимость (рисунок 2).

  • В первом месте на глубине z = 0,4 м от гребня дамбы почва все еще находится в частично насыщенном состоянии (с VWC 0.136 м 3 м -3 с GWS и 0,163 м 3 м -3 с TRIME-TDR), что означает, что ожидаемые изменения содержания воды незначительны. Мы пришли к выводу, что скорость уменьшения содержания воды должна быть медленной из-за низкой ненасыщенной гидравлической проводимости для данного VWC.

  • Гидравлическая проводимость во втором месте на глубине z = 0,8 м изначально намного выше (0,257 м 3 м -3 с GWS и 0.233 м 3 м -3 с TRIME-TDR). При объемной плотности сухого вещества в этом месте приблизительно 1,95 г / см -3 (см. Таблицу 2), гидравлическая проводимость фактически соответствует насыщенной гидравлической проводимости 9 × 10 -8 мс -1 (см. Рис. 2). ). Через определенное время это место следует осушить, оставив намного меньшее количество воды. Следовательно, соответствующая разница в содержании воды в этом месте должна была быть самой высокой из всех точек.Это утверждение основано на характеристической кривой почвенной влаги на рисунке 1, показывающей распределение содержания воды в вадозной зоне над уровнем воды. В условиях равновесия матричный отсос соответствует геодезической высоте над уровнем воды. Однако после дренажа переходные условия все еще преобладают. По этой причине характеристическая кривая почвенной влаги, приведенная на рисунке 2, не соответствует точно, хотя ее можно использовать для ориентации.

  • Последнее местоположение - z = 1.1 м ниже гребня дамбы, что означает 0,3 м выше водонепроницаемого основания. Начальные значения VWC здесь: 0,241 м 3 м -3 с GWS и 0,235 м 3 м -3 с TRIME-TDR. Преобладающая насыпная плотность в сухом состоянии на этой глубине не измерялась. Однако ожидается, что она будет в том же диапазоне, что и насыпная плотность в сухом состоянии при z = 0,8 м. Рассматривая еще раз характеристическую кривую влажности почвы, это место должно оставаться в капиллярной кайме с более высоким содержанием воды, приблизительно равным 0.15 м 3 м -3 (см. Рис. 1), когда площадь выше осушена. В этом месте гидравлическая проводимость изначально должна быть такой же, как и на глубине z = 0,8 м. Начальная скорость изменения содержания воды должна быть меньше, чем на глубине z = 0,8 м, поскольку ожидается, что большое количество воды будет стекать с почти постоянным высоким содержанием воды и, следовательно, с гидравлической проводимостью.

На рисунках 9 (a) и (b) показано временное изменение содержания воды в этих местах, измеренное с помощью TRIME-TDR и GWS, соответственно.Хотя GWS дает более высокое содержание воды на глубине 0,8 м, чем результаты, измеренные с помощью TRIME-TDR, оба метода показывают аналогичное временное изменение содержания воды во всех трех точках, и результаты очень хорошо соответствуют на глубинах 1,1 м и 0,4 м от гребень дамбы. Изменения содержания воды на разных глубинах удовлетворительно соответствуют обоим методам измерения (см. Таблицу 6). В этой связи следует иметь в виду, что TRIME-TDR обеспечивает среднее объемное содержание воды на длине 18 см, которая охватывает довольно большую площадь капиллярной каймы, показанной на рисунке 1.Это также является причиной относительно высокого начального VWC 0,164 м 3 м -3 на глубине z = 0,4 м, когда дренаж начинается. С помощью обеих систем можно было регистрировать изменения содержания воды, как и ожидалось, согласно качественному физическому анализу почвы, представленному выше.

Таблица 6

Временные характеристики VWC модели дайки на выбранных глубинах во время дренирования.

Глубина от гребня (м) Тип исследования Функция подгонки VWC Скорость уменьшения VWC dθ / d т 3 м -3 h -1 )
0.4 GWS θ = -5,53 × 10 -3 log e t + 0,12 4,69 × 10 -4 t -1
914 R 2 = 0,81
0,4 TRIME-TDR θ = -7,02 × 10 -3 log e t + 0,11 1,22 -63 9106 9120 9120 9120 т -1
R 2 = 0.99
0,8 GWS θ = -1,27 × 10 -2 log e t + 0,21 1,25 × 10 -3 t -114206

-3
R 2 = 0,79
0,8 TRIME-TDR θ = -1,28 × 10 -2 журнал e 0,13 + 910 × 10 -3 т -1
R 2 = 0.74
1,1 GWS θ = -2,09 × 10 -2 log e t + 0,30 4,52 × 10 -4 t 6 34 34
R 2 = 0,99
1,1 TRIME-TDR θ = -2,18 × 10 -2 log e
+
910 × 10
-4 т -1
R 2 = 0.96
Глубина от гребня (м) Тип съемки Функция подгонки VWC Степень уменьшения VWC dθ / d т 3 м -3 --3 9120 1 )
0,4 GWS θ = -5,53 × 10 -3 log e t + 0,12 4,69 × 10 -4 91–1206 91–12062063 –4 91–12062063 91
R 2 = 0.81
0,4 TRIME-TDR θ = -7,02 × 10 -3 log e т + 0,11 1,22 × 10 -3 -1 4
R 2 = 0,99
0,8 GWS θ = -1,27 × 10 -2 log68 9106 912 912 912 912 910 912 914 e 912 912 912 912 914 × 10 -3 т -1
R 2 = 0.79
0,8 TRIME-TDR θ = -1,28 × 10 -2 log e t + 0,18 1,35 × 10 -3 -1

6 9120

R 2 = 0,74
1,1 GWS θ = -2,09 × 10 -2206 log +0,32 9148 914 914 910 910 914 910 914 910 912 × 10 -4 т -1
R 2 = 0.99
1,1 TRIME-TDR θ = -2,18 × 10 -2 log e t + 0,31 3,42 × 10 -4 -1

64 9120

R 2 = 0,96
Таблица 6

Временная характеристика модели дамбы на выбранных глубинах во время осушения.

Глубина от гребня (м) Тип исследования Функция подгонки VWC Скорость уменьшения VWC dθ / d т 3 м -3 h -1 )
0.4 GWS θ = -5,53 × 10 -3 log e t + 0,12 4,69 × 10 -4 t -1
914 R 2 = 0,81
0,4 TRIME-TDR θ = -7,02 × 10 -3 log e t + 0,11 1,22 -63 9106 9120 9120 9120 т -1
R 2 = 0.99
0,8 GWS θ = -1,27 × 10 -2 log e t + 0,21 1,25 × 10 -3 t -114206

-3
R 2 = 0,79
0,8 TRIME-TDR θ = -1,28 × 10 -2 журнал e 0,13 + 910 × 10 -3 т -1
R 2 = 0.74
1,1 GWS θ = -2,09 × 10 -2 log e t + 0,30 4,52 × 10 -4 t 6 34 34
R 2 = 0,99
1,1 TRIME-TDR θ = -2,18 × 10 -2 log e
+
910 × 10
-4 т -1
R 2 = 0.96
Глубина от гребня (м) Тип съемки Функция подгонки VWC Степень уменьшения VWC dθ / d т 3 м -3 --3 9120 1 )
0,4 GWS θ = -5,53 × 10 -3 log e t + 0,12 4,69 × 10 -4 91–1206 91–12062063 –4 91–12062063 91
R 2 = 0.81
0,4 TRIME-TDR θ = -7,02 × 10 -3 log e т + 0,11 1,22 × 10 -3 -1 4
R 2 = 0,99
0,8 GWS θ = -1,27 × 10 -2 log68 9106 912 912 912 912 910 912 914 e 912 912 912 912 914 × 10 -3 т -1
R 2 = 0.79
0,8 TRIME-TDR θ = -1,28 × 10 -2 log e t + 0,18 1,35 × 10 -3 -1

6 9120

R 2 = 0,74
1,1 GWS θ = -2,09 × 10 -2206 log +0,32 9148 914 914 910 910 914 910 914 910 912 × 10 -4 т -1
R 2 = 0.99
1,1 TRIME-TDR θ = -2,18 × 10 -2 log e t + 0,31 3,42 × 10 -4 -1

64 9120

R 2 = 0,96

Рисунок 9

Временный VWC во время дренажа для выбранных глубин z 0,4 ​​м, 0,8 м и 1.1 м для съемок ( a ) TRIME-TDR, ( b ) GWS.

Рисунок 9

Временный VWC во время дренажа для выбранных глубин z 0,4 ​​м, 0,8 м и 1,1 м для ( a ) TRIME-TDR, ( b ) GWS съемок.

Основываясь на временной эволюции содержания воды на разных глубинах, можно оценить гидравлическую проводимость почвы как функцию VWC. Однако в настоящем исследовании рассматривается и сравнивается только реакция на понижение уровня воды.Используя простую логарифмическую функцию, можно было согласовать временное развитие измеренных данных TRIME-TDR и GWS. Мгновенные скорости снижения VWC были рассчитаны на основе первых двух начальных измерений и соответствующего временного интервала. Параметры функций и коэффициенты детерминации приведены в таблице 6.

Как и ожидалось, самые высокие мгновенные скорости снижения происходят для изменений содержания воды на 0,8 м ниже гребня дамбы, где TRIME-TDR и GWS хорошо соответствуют.Скорость снижения, наблюдаемая на высоте 1,1 м, была намного ниже. В первоначально ненасыщенной зоне на глубине 0,4 м наблюдается расхождение между результатами TRIME-TDR и GWS, которое является результатом высокого среднего значения VWC, первоначально измеренного с помощью TRIME-TDR. Тем не менее, обе системы смогли охарактеризовать временное гидравлическое поведение материала дамбы.

5 Обсуждение

Как правило, эксперимент по затоплению можно разделить на три основных этапа: (i) начальные гидравлические условия перед экспериментом по затоплению, (ii) затопление модели дамбы на разных уровнях воды и (iii) фаза осушения.

Распределение содержания воды, измеренное в начале эксперимента, показывает, что результаты отдельных методов измерения удовлетворительно соответствуют (рис. 8 (а)). Статистическое сравнение результатов гравиметрического измерения содержания воды в образцах почвы с результатами, полученными с помощью электромагнитных методов, показывает, что методы на основе георадара могут надежно использоваться для измерения распределения содержания воды, по крайней мере, с низкой степенью насыщения. Значения VWC, измеренные методом гравиметрического отбора проб почвенной воды, в среднем немного выше, чем значения, измеренные методами TDR.В целом, значения VWC, измеренные косвенно, и значения, полученные непосредственно из образцов почвы, достаточно хорошо соответствуют, учитывая, что метод гравиметрического отбора проб почвенной воды измеряет все количество воды в данном образце почвы, тогда как другие методы принципиально более чувствительны к свободной воде. . Неопределенности, связанные с результатами, зависели, с одной стороны, от правильного определения времени прохождения, особенно для методов георадара на основе наземных волн, а с другой стороны, от разницы в плотности вокруг датчика или трубки, соответственно, при использовании инвазивных методов.

Значительные различия между результатами измерений стали заметны во время эксперимента по заводнению, когда материал дамб становился все более и более насыщенным. Неинвазивные методы показали гораздо более низкие значения VWC, чем измеренные с помощью инвазивных методов. Это особенно заметно на самом высоком уровне воды, когда большие различия в VWC наблюдались ниже фреатической поверхности в насыщенной зоне (рисунок 8 (d)). Это наблюдение можно объяснить только качественно. Основываясь на физическом и техническом анализе почвы, можно найти различные причины для этого наблюдения.

  • По своей природе инвазивные методы более чувствительны к изменениям содержания воды. Так обстоит дело, например, с методами на основе TDR из-за прямого контакта между датчиком и почвой. Хотя GWS частично зарегистрировал значения VWC, которые были несколько слишком низкими, можно было наблюдать переход от ненасыщенных к насыщенным условиям. Однако этот переход был локализован на глубине 0,2 м глубже, чем наблюдаемый с помощью методов на основе TDR. То же самое справедливо для характерного уменьшения VWC из-за изменений плотности, зарегистрированных с помощью TRIME- и S-TDR на глубине z = 0.7 мес. В целом можно сделать вывод, что с помощью методов, основанных на георадарах, GWS дает более надежные результаты из-за отчетливых отражений, которые метод дает на известных глубинах.

  • Низкий VWC, измеренный с помощью неинвазивных методов на основе георадара, связан с неопределенностью в определении времени прохождения по слоям. Как упоминалось ранее, постоянное смещение метода CO может быть не очень подходящим для измерения содержания влаги в почве вдоль гребня дамбы. Кроме того, толщина, использованная для анализа, могла быть изменена из-за глобальных осаждений дамбы в результате действия сил плавучести.

  • Различия между методами TRIME-TDR и S-TDR на основе TDR предположительно вызваны разной плотностью вокруг датчика. В случае S-TDR датчик был установлен во время строительства дамбы, тогда как трубка доступа для TRIME-зонда была установлена ​​после строительства путем перфорации. Вероятно, что почва была уплотнена около трубы, что привело к уменьшению объема пор. В этой связи всегда следует иметь в виду, что инвазивные методы применялись в одном продольном разрезе гребня дайки, но в разных местах.Тем не менее, оба метода TDR смогли измерить переход от ненасыщенных к насыщенным условиям и воспроизвести падение объемного содержания воды, вызванное уменьшением насыпной плотности в сухом состоянии (см. Рисунок 8 (d)). Однако только значения VWC, измеренные S-TDR, находились в диапазоне, близком к пористости почвы.

Для самого высокого уровня воды только инвазивные методы смогли определить значения VWC в диапазоне 85–95% от объема пор, наблюдение, которое мы считаем разумным для (большинства) «насыщенных» почв.Поэтому их использовали для наблюдения за процессом дренажа после понижения уровня воды. Применялись методы TRIME-TDR на основе TDR и GWS на основе георадара. Временное гидравлическое поведение во время фазы дренажа может быть правильно охарактеризовано с использованием обоих методов с точки зрения начальной скорости снижения VWC и абсолютных различий в содержании воды в разных местах.

6 Резюме и выводы

Различные инвазивные и неинвазивные методы электромагнитных измерений использовались для наблюдения за содержанием воды в крупномасштабной модели дамбы во время эксперимента по затоплению.В качестве неинвазивных методов измерения использовались методы на основе георадара, в частности, съемка с общей средней точкой (CMP) и с общим удалением (CO). В качестве инвазивной модификации метода георадара было применено волноводное зондирование (GWS). Кроме того, использовались методы на основе рефлектометрии во временной области (TDR), такие как TDR с интеллектуальными микроэлементами (TRIME-TDR) в качестве обычного метода и пространственный TDR (S-TDR) в качестве нового сложного метода.

Обычно функция калибровки для конкретной почвы играет решающую роль в правильном определении VWC.В представленном исследовании использовалась калибровочная функция, не зависящая от плотности. Поскольку различия в плотностях, преобладающие в модели дайки, довольно велики, следует использовать калибровочные функции, определенные с конкретными плотностями. Кроме того, при использовании инвазивных методов необходимо учитывать правильную установку.

По результатам эксперимента можно сделать следующие выводы.

  • При низком содержании воды как инвазивные, так и неинвазивные методы могли правильно измерить распределение содержания воды.Фактически, неинвазивные методы смогли обеспечить удивительно хорошую воспроизводимость VWC, взятого из проб почвы.

  • Для более высокого содержания воды в почти насыщенных условиях только инвазивные методы дали более разумные результаты.

  • Неинвазивные методы CMP и CO не дали результатов, когда преобладали условия насыщения. Только методы на основе TDR показали значения VWC в разумном диапазоне насыщения. Метод GWS дал значения VWC, которые были несколько заниженными.

  • Оба инвазивных метода, GWS и TRIME-TDR, смогли охарактеризовать временное гидравлическое поведение материала дамбы во время фазы дренажа.

Представленный эксперимент можно рассматривать как предварительное расследование. Будущие междисциплинарные исследования должны проводиться двумя способами:
  • Для оптимизации определения VWC и количественной оценки неопределенностей неинвазивных методов, когда они используются в почти насыщенных условиях, эксперименты должны проводиться в постоянных условиях с хорошо известными параметры, касающиеся плотности, структуры модели и гидравлической ситуации.Это исследование следует провести еще раз, сравнивая его с показанными инвазивными методами, а также с дополнительными методами и устройствами, например, для измерения давления поровой воды.

  • В реальных плотинах следует применять инвазивные и неинвазивные методы. Здесь CMP и CO следует использовать только при наличии достаточного количества отражателей в исследуемой конструкции. В этом можно убедиться с помощью соответствующего предварительного обследования, например инженерно-геологические изыскания.

Пункты мониторинга, уже оснащенные системами измерения S-TDR, доступны на реке Эльба в Саксонии-Анхальт и на реке Унструт в Тюрингии.В рамках междисциплинарного проекта используются как инвазивные, так и неинвазивные методы для улучшения методов инверсии для определения распределения содержания воды.

Благодарности

Мы очень благодарны К. Джей Сандмайеру и Фолькеру Майеру за жизненно важную роль, которую они сыграли в завершении этой работы. Мы также благодарим Бориса Леманна и Вернера Хельма из Департамента управления водными ресурсами и сельской инженерии Университета Карлсруэ за разрешение проводить наши эксперименты в лаборатории Теодора Ребока и за оказанную нам неоценимую помощь.Кроме того, мы благодарны нашим студентам-ассистентам Леону Буркарду и Морицу Швингу за их значительную помощь во время полевых исследований. Стипендия Целевого фонда образования Ганы (GETFUND) позволила первому автору остаться в Университете Карлсруэ, Германия, что также выражается признательностью. Наконец, мы хотели бы выразить нашу глубокую благодарность рецензентам этой статьи за их бесценные комментарии.

Список литературы

,,. ,

2001

Использование неинвазивной геофизики для оценки ущерба земляным дамбам близ Дейтона, штат Огайо, в результате закапывания животных животными

SAGEEP Proc.

. ,

2004

Рефлектометрия в пространственной временной области для мониторинга переходных профилей влажности Кандидатская диссертация

,

Институт управления водными ресурсами и речными бассейнами, Университет Карлсруэ

,,,,. ,

2008

Рефлектометрия в пространственной временной области (пространственный TDR) - принципы, ограничения и точность

Первая Европейская конференция. по ненасыщенным почвам Тр. Int. Symp.

Дарем, 2–4 июля

Лондон

Тейлор и Фрэнсис

,,.,

1998

Определение подповерхностной влажности земной волной георадаром

Proc. 7-й Int. Конф. Наземный радар

Лоуренс, Канзас, США

Канзас

Лаборатория радиолокационных систем и дистанционного зондирования, Канзасский университет

(стр.

675

-

80

),. ,

1994

Подземный радиолокационный контроль контролируемого выброса ДНАПЛ: РЛС 200 МГц

,

Geophysics

, vol.

59

(стр.

1211

-

21

) http: // dx.doi.org/10.1190/1.144367

485X. ,

1937

Поток жидкости через зернистые слои

,

Транс. Inst. Chem. Англ.

, т.

15

стр.

150

,,. ,

1988

Введение в подземный радар

,

IEE Proc.

, т.

135

(стр.

278

-

315

),,,. ,

2000

Улучшенная радиолокационная интерпретация глубин водного зеркала и структуры потока грунтовых вод с помощью прогнозных уравнений

8th Int.Конф. Наземный радар

Голд-Кост, Австралия

, т.

, том 4084

(стр.

488

-

93

). ,

1996

Обнаружение внутренней эрозии в насыпных плотинах

Proc. ICOLD Conf.

Флоренция

(стр.

87

-

101

). ,

1996

Определение содержания воды в недрах с помощью прямой земной волны с помощью георадара

,

Докторская диссертация Университет Людвига-Максимилиана, Мюнхен

,.,

1994

Разведывательные исследования влажности в недрах с помощью георадара

GPR 94 Proc. 5-й Int. Конф. по GPR

Китченер, ON

, т.

том 3

(стр.

1241

-

8

),,,. ,

2002

Сравнение измерений рассеяния нейтронов, емкости и TDR влажности почвы на четырех континентах

17-й Всемирный конгресс почвоведения

Бангкок, Таиланд 14–21 августа

, т.

том 5

(стр.

1021: 1

-

10

),. ,

1993

,

Почвенная механика ненасыщенных почв

Нью-Йорк

Wiley

,,. ,

2004

Измерение и моделирование глубины проникновения георадарной земной волны в условиях переходной влажности почвы

Proc. 10-й Int. Конф. on Ground Penetrating Radar

Делфт, Нидерланды, 21–24 июня 2004 г.

(стр.

505

-

8

),,,. ,

1996

Изменения скорости и водосодержания, оцененные с помощью многоэкранного георадара

,

Geophysics

, vol.

61

(стр.

683

-

95

) http://dx.doi.org/10.1190/1.14439961070485X,,. ,

2003

Оценка объемного содержания воды в масштабе месторождения с использованием методов георадиолокации грунтовых волн

,

Водные ресурсы. Res.

, т.

39

стр.

1321

http://dx.doi.org/10.1029/2003WR00204500431397. ,

1961

Теория диэлектрика межфазной поляризации для двухфазных смесей

,

Бюл. Inst. Chem. Res.

, т.

39

(стр.

341

-

67

),,,,,,. ,

2005

Расширенные методы измерения в TDR для определения влажности почвы

,

Электромагнитная акваметрия

.

Берлин

Springer

(стр.

317

-

47

),,,. ,

2003

Измерение влажности почвы с помощью георадара: обзор

,

Vadose Zone J.

, vol.

2

(стр.

476

-

91

),,,.,

2001

Измерения влажности почвы в различных масштабах: точность рефлектометрии во временной области и георадар

,

J. Hydrol. (Амстердам)

, т.

24

(стр.

548

-

58

),,,,,,. ,

2001

Методы определения влажности почвы георадаром

Учеб. 4-й Int. Конф. по взаимодействию электромагнитных волн с водой и влажными веществами

Weimar. 13–16 мая

г. (стр.

484

-

91

). ,

2007

Обнаружение внутренней эрозии плотин насыпей по измерениям температуры, удельного сопротивления и SP

,

Внутренняя эрозия плотин и их оснований

,.

Лондон

Тейлор и Фрэнсис

(стр.

133

-

49

),,. ,

2002

Принципы и приложения измерения рефлектометрии во временной области

,

Hydrol. Proc.

, т.

16

(стр.

141

-

53

) http: // dx.doi.org/10.1002/hyp.51308856087109

,. ,

1990

Полевые масштабы хранения воды в почве по бесконтактным измерениям объемной электропроводности

,

Кан. J. Почвоведение.

, т.

70

(стр.

537

-

41

). ,

1927

Капиллярность почвенных вод

Proc. Академия наук

Вена

, т.

vol 136

(стр.

272

-

3

),,,,. ,

2001

Об использовании системы TDR TRIME-tube для определения влажности почвы

TDR 2001: 2nd Int.Symp. и семинар по рефлектометрии во временной области для инновационных геотехнических приложений

Evanston, IL

(стр.

82

-

94

),,,,. ,

2005

Мониторинг профиля воды в почве с помощью коммерческой системы TDR: сравнительные полевые испытания и лабораторная калибровка

,

Vadose Zone J.

, vol.

4

(стр.

1030

-

6

) http://dx.doi.org/10.2136/vzj2004.0144,,. ,

1999

Картирование диэлектрической проницаемости местности: Георадиолокационные измерения приповерхностной влажности почвы

Proc.SAGEEP'99

Окленд, Калифорния

(стр.

575

-

82

),. ,

1998

Влияние текстуры и электропроводности на температурную зависимость в рефлектометрии во временной области

,

Soil Sci. Soc. Являюсь. J.

, т.

62

(стр.

887

-

98

),,. ,

2007

Обнаружение внутренней эрозии водоудерживающих сооружений: плотин, дамб и дамб

Промежуточный отчет Eur. Рабочая группа ICOLD

Фрайзинг, 17–19 сентября

.(стр.

193

-

207

),. ,

2007

Контроль объемного содержания воды в модели дамбы с использованием электрических и электромагнитных методов

Proc., 3rd Int. Конф. по инновационным измерениям влажности в исследованиях и практике

Карлсруэ, Германия

(стр.

75

-

82

),. ,

2006

Мониторинг объемной обводненности модели дамбы с использованием георадарных методов

Proc. 2-й Int. Конф. по инновационному измерению влажности в исследованиях и практике

Карлсруэ, Германия

(стр.

65

-

71

),,,. ,

2008

Мониторинг влажности почвы на модели дамбы с использованием томографии удельного электрического сопротивления

,

Near Surf. Geophys.

, т.

6

(стр.

123

-

32

). ,

2007

REFLEXW - программа для обработки и интерпретации георадарных, сейсмических и скважинных данных

. ,

2006

Шаги к обновлению ранних предупреждений о паводковых водах с помощью онлайн-измерений влажности почвы

,

PhD Thesis Inst.по управлению водными и речными бассейнами, Университет Карлсруэ, Германия

. ,

2008

Динамика водности ненасыщенных почв - результаты лабораторных и экспериментальных исследований in situ

1-я Европейская конф. по ненасыщенным почвам // Тр. Int. Symp.

Дарем, 2–4 июля

Лондон

Тейлор и Фрэнсис

,,,,,,. ,

2008

Рефлектометрия в пространственной временной области (Spatial TDR) - для использования в геогидравлике и геотехнике

1st European Conf.по ненасыщенным почвам // Тр. Междунар. Symp.

Дарем, 2–4 июля

Лондон

Тейлор и Фрэнсис

,,,,,. ,

2009

Рефлектометрия в пространственной временной области и ее применение для измерения распределения содержания воды вдоль плоских ленточных кабелей в полномасштабной модели дамбы

,

Water Resour. Res.

, т.

45

стр.

W00D24

,,,. ,

2005

Измерение содержания влаги в материале с высоким уровнем электрических потерь с помощью рефлектометрии во временной области

Proc.6-я конф. по взаимодействию электромагнитных волн с водой и влажными веществами, ISEMA

Веймар, Германия, 29 мая – 1 июня 2005 г.

. ,

2002

Инверсия измерений TDR для восстановления пространственно распределенных физических параметров грунта

Публикации Института механики грунтов и механики горных пород

Университет Карлсруэ, Германия

, vol.

, том 156

(стр.

1

-

189

). ,

2005

Метод быстрой TDR-инверсии для восстановления пространственной влажности почвы

,

Hydrol.Earth Sys. Sci.

, т.

9

(стр.

481

-

92

),,,. ,

2004

Отображение распределения содержания воды внутри лизиметра с использованием томографии GPR

,

Vadose Zone J.

, vol.

3

(стр.

1106

-

15

),,. ,

1981

Самоподобная модель осадочных пород с приложением к диэлектрической проницаемости стеклянных шариков

,

Geophysics

, vol.

46

(стр.

781

-

95

) http://dx.doi.org/10.1190/1.14412151070485X,,. ,

1994

Новая система рефлектометрии во временной области (TRIME) для измерения влажности почвы и электропроводности

Symp. и семинар по рефлектометрии во временной области в приложениях для окружающей среды, инфраструктуры и горнодобывающей промышленности. Специальная публикация - Отчет Горного управления США: SP 19-94

(стр.

56

-

65

),,,. ,

1997

Измерение влажности почвы с помощью рефлектометрии во временной области

Отчет конференции 9

Weimar

(стр.

39

-

50

),. ,

1985

Измерение влажности почвы с помощью рефлектометрии во временной области (TDR): полевые исследования

,

Soil Sci. Soc. Являюсь.

, т.

49

(стр.

19

-

24

),,. ,

1980

Электромагнитное определение измерения влажности почвы в коаксиальных линиях электропередачи

,

Водные ресурсы. Res.

, т.

16

(стр.

574

-

82

) http: // dx.doi.org/10.1029/WR016i003p0057400431397

USDA

. ,

1975

Таксономия почв: основная система классификации почв для проведения и интерпретации обследований почв

,

Справочник по сельскому хозяйству

, vol.

vol 436

Вашингтон, округ Колумбия

Служба охраны почв

,,,,. ,

2002

Радиолокационные отражения от осадочных структур в вадозной зоне

,

Наземный радиолокатор в отложениях: (Специальная публикация Геологического общества, том 211)

,.

Лондон

Геологическое общество

(стр.

257

-

73

). ,

1980

Уравнение в замкнутой форме для прогнозирования гидравлической проводимости ненасыщенных грунтов

,

Soil Sci. Soc. Являюсь. J.

, т.

44

(стр.

892

-

8

). ,

1994

Георадар для гидрогеологии

,

First Break

, т.

12

(стр.

401

-

8

),,. ,

1997

Георадар для определения объемной влажности почвы: результаты сравнительных измерений на двух полигонах

,

Дж.Hydrol.

, т.

197

(стр.

316

-

38

) http://dx.doi.org/10.1016/S0022-1694 (96) 03244-100221694,,,,. ,

2006

Пространственное измерение влажности TDR в крупномасштабной модели дамбы суглинистого грунта

Proc. TDR 2006

Purdue University

. ,

1987

Обработка сейсмических данных

,

Геофизические исследования

, т.

vol 2

Tulsa, OK

SEG

© 2009 Нанкинский институт геофизических исследований

Неинвазивные методы - визуализация археологии Визуализация археологии

Неинвазивные археологические методы

Археологические методы: неинвазивные исследования и исследования

1 .Магнитометрия с помощью магнитометра
Процесс магнитометрии определяет изменения, которые происходят в магнитных свойствах почвы. На магнитные свойства почвы можно повлиять сжиганием таких материалов, как кирпич, и засыпкой различных почв с течением времени.

2. Томография электрического сопротивления
Процесс, который занимает много времени, однако томография электрического сопротивления (ERT) может предоставить подробную информацию об изменениях в стратографии и геологии на больших глубинах и на больших равнинах.

3. Удельное сопротивление
Удельное сопротивление работает с помощью механизма, который пропускает электрический ток между двумя датчиками. Эти датчики измеряют время, необходимое для прохождения тока между мобильными и статическими датчиками. Быстро протекающее течение идентифицирует канаву, а медленно движущееся течение идентифицирует стену или дорожку.

4. Радиолокатор наземного наблюдения
Этот метод используется для наблюдения за тем, что находится под землей. Луч радара проходит через землю, и проводятся измерения, чтобы вычислить, сколько времени требуется лучу радара, чтобы отразиться.Трехмерное изображение объектов под землей создается до глубины около 10 метров. Этот процесс не получил широкого распространения, потому что он дорогостоящий, а обработка данных сложна.

5. Геохимическая съемка
Образцы почвы отбираются с верхнего уровня почвы с помощью кернового устройства. После того, как образцы собраны, их отправляют в лабораторию, где они превращаются в гранулы. Эти гранулы пропускаются через устройство EDX-RF, которое анализирует элементный состав образцов керна.количество элементов в каждой пробе керна дает представление о том, какие события имели место в том месте, где была собрана проба. Районы с высоким уровнем фосфатов относятся к районам, где содержался домашний скот. Области с высоким содержанием кальция предполагают могильники или отложения осадочных пород.

6. Обнаружение света и определение дальности (LiDAR)
LiDAR (обнаружение света и определение дальности) дистанционно собирает 3-
пространственных данных облака точек поверхности Земли. Эта технология быстрая, относительно дешевая и может быстро нанести на карту обширные территории, даже если они покрыты густой растительностью.

(PDF) Неинвазивные методы изучения американских и европейских барсуков - обзор

Proulx and Do Linh San 333

Организация и демография барсуков (Meles meles) в Беловежской пуще, Польша,

и влияние дождевых червей по плотности барсуков в Европе. Канадский зоологический журнал

81: 74–87.

Кригер, Т. Дж., П. Дж. Уайт, Сил США, и Дж. Р. Тестер. 1990. Патологические реакции лисиц

рыжих на плацдармы.Журнал управления дикой природой 54: 147–160.

Круук Х. 1978. Пространственная организация и территориальное поведение европейского барсука Meles

meles. Журнал зоологии 184: 1–19.

Круук, Х. и Т. Пэриш. 1981. Специализация кормления европейского барсука Meles meles в

Шотландии. Журнал экологии животных 50: 773–788.

Лампе Р. П., 1982. Пищевые привычки барсуков в восточной части центральной Миннесоты. Журнал дикой природы

Менеджмент 46: 790–795.

Лара-Ромеро, К., Э. Виргос и Э. Ревилья. 2012. Плотность поселения как оценка плотности популяции

европейского барсука Meles meles. Обзор млекопитающих 42: 78–84.

Лонг, Р. А., Т. М. Донован, П. Маккей, В. Дж. Зелински и Дж. С. Бузас. 2007. Сравнение

собак для обнаружения помета, фотоаппаратов и волосяных ловушек для обследования плотоядных животных. Журнал дикой природы

Management 71: 2018–2025.

Лонг, Р. А. и П. Маккей. 2012. Неинвазивные методы обследования куниц, соболей и

шеров.Страницы 320–342 в К. Б. Обри, В. Дж. Зелински, М. Г. Рафаэле, Г. Пру и С. В.

Бускерк, редакторы. Биология и охрана куниц, соболей и овчарок. Новый синтез.

Cornell University Press, Итака, Нью-Йорк, США.

Лонг, Р. А., П. Маккей, Дж. К. Рэй и В. Дж. Зелински. 2008b. Обобщение и будущие исследования

потребностей. Страницы 313–325 в редакторах Р. А. Лонга, П. Маккея, В. Дж. Зелински и Дж. К. Рэя.

Неинвазивные методы обследования хищников.Island Press, Вашингтон, округ Колумбия, США.

Лонг, Р. А., П. Маккей, В. Дж. Зелински и Дж. К. Рэй. 2008a. Неинвазивные методы обследования

для хищников. Island Press, Вашингтон, округ Колумбия, США.

Lucherini, M., and G. Crema. 1995. Сезонные изменения в пищевых привычках барсуков в альпийской долине

. Гистрикс 7: 165–171.

Макдональд Д. У. 1984. Анкетный опрос мнений и действий фермеров в отношении

диких животных на сельскохозяйственных угодьях.Страницы 171–177 в Д. Дженкинсе, редакторе. Сельское хозяйство и окружающая среда.

ITF, Кембридж, Великобритания.

Macdonald, D. W., C. D. Buesching, P. Stopka, J. Henderson, S.A. Ellwood и S.E.Baker.

2004. Встречи двух симпатичных хищников: красных лисиц (Vulpes vulpes) и европейских

барсуков (Meles meles). Зоологический журнал 263: 385–392.

MacKay, P., W. J. Zielinski, R.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *