Aktywność spontaniczna i potencjały wywołane Co to jest eeG? elektroencefalografia, czyli badanie mierzące aktywność elektryczną w mózgu generowaną przez skupiska komórek nerwowych określonych obszarów
móz gu, jest swego rodzaju testem diagnostycznym (bada-niem funkcjonalnym), który wykrywa impulsy elektryczne w mózgu. Przeprowadzając je wykorzystuje się neurolo-giczną informację zwrotną. komputer rejestruje indywi-dualne wzorce aktywności elektrycznej oraz zmiany prze-pływu krwi w mózgu i zamienia je na sygnały (wzmocnione przez czułą, wielokanałową aparaturę około 1 000 000 razy) w postaci fal generowanych przez mózg o różnej częstotli-wości wyładowań i różnych amplitudach, będących efektem czynności bioelektrycznej kory mózgowej, a każdy rodzaj fali świadczy o innej aktywności kory mózgu.
Tradycyjnie rozróżnia się dwie podstawowe dziedziny elektroencefalografii, mianowicie badanie spontanicznej aktywności elektrycznej mózgu oraz badanie potencjałów wywołanych (eP). Aktywność spontaniczna mózgu (pod-stawowa), czyli aktywność kory wywołana ciągłą pracą mózgu, bez zewnętrznych bodźców wyzwalających, to fale (rytmy) o różnej częstotliwości (w zakresie 1–100 Hz) i amplitudzie (5–kilkaset μV). Fale alfa występują zazwy-czaj w okolicy ciemieniowo -potylicznej i pochodzą głów-nie z ośrodków wzrokowych, ich częstotliwość mieści się w granicach 8–13 Hz, amplituda 30–100 μV. Ich stłumienie następuje podczas percepcji wzrokowej (wówczas pojawia się w to miejsce rytm beta), natomiast przy braku bodźców wzrokowych fale te przeważają. Zmiana taka określana jest mianem desynchronizacji rytmu eeG i uważana jest za wskaźnik wzbudzenia komórek kory. Fale te są podsta-wowym rytmem eeG, charakterystycznym dla człowieka w stanie relaksu. Fale beta występują zazwyczaj w okolicy czołowej, o częstotliwości 14–60 Hz i amplitudzie, rytm poniżej 30 μV. Związane są z aktywnością kory. Fale theta o częstotliwości 4–7 Hz są związane z fazą snu ReM oraz fale delta o częstotliwości mniejszej niż 4 Hz, związane z fazą snu NReM. Rytmy theta i delta zasadniczo nie wystę-pują w stanie czuwania u osób dorosłych (ich obecność może wskazywać na patologię). Powyższy podział to klasyfika-cja podstawowa rytmów eeG. Wystąpienie jakiejkolwiek patologii – zniszczone komórki, upośledzone przewodzenie chemiczne – będzie opóźniać lub przyspieszać szybkość ich przepływu, zwiększać lub zmniejszać amplitudę, zmieniać konfigurację lub ich kształt, dlatego też analiza aktywności spontanicznej jest szeroko wykorzystywana w elektroen-cefalografii klinicznej, a w przypadku niektórych chorób (np. padaczki, zaburzeń neurologicznych) zapis eeG może mieć decydujące znaczenie w diagnozie.
Potencjały wywołane (eP), to badanie wykorzystu-jące zmiany czynności bioelektrycznej naszego OUN pod wpływem wielokrotnie zadawanego bodźca o określonej modalności. Sygnał podawany i rejestrowany jest za pomocą elektrod rozmieszczonych, między innymi, na powierzchni czaszki, a wykorzystanie aparatury wzmacniającej i uśred-niającej umożliwia wyselekcjonowanie sumarycznej odpo-wiedzi z szumu tła spontanicznej czynności bioelektrycznej i zarejestrowanie jej w postaci charakterystycznej krzywej.
Analiza tej odpowiedzi obejmuje identyfikację jej poszcze-gólnych składowych, które generowane są przez określone
struktury OUN, oraz takie parametry jak pomiar latencji, czyli czasu, jaki upłynął pomiędzy zadziałaniem bodźca a odpowiedzią, oraz amplitudy. I właśnie za pomocą tych trzech parametrów: polarności (pozytywnej lub negatywnej), amplitudy oraz czasu utajenia (latencji) charakteryzowane są potencjały wywołane, a przy ich segregacji można posłu-żyć się klasyfikacją opartą na modalności bodźca. Zmiany tych parametrów stanowią wskaźnik utajonych uszkodzeń struktur układu nerwowego w przebiegu różnych schorzeń, a dynamika ich zmian, bardziej niż badania neuroobra-zowe, odpowiadają klinicznemu ich przebiegowi, jednakże nie charakteryzują zespołu ich przyczyn. Wyróżnia się:
potencjały wzrokowe (VeP), potencjały słuchowe (AeP) oraz somatosensoryczne (SeP). W przypadku aktywności spontanicznej przedmiotem analizy są zmiany potencjału elektrycznego w takiej postaci, w jakiej są generowane przez duże populacje komórek mózgu. Natomiast w przypadku badania eP analizowane są zmiany potencjału pozostające w ścisłym związku czasowym z określonymi zdarzeniami, na przykład z ekspozycją bodźca sensorycznego, aktywno-ścią motoryczną lub aktywnoaktywno-ścią poznawczą osoby badanej.
„Pobudzenie” pacjenta odbywa się na drodze rutynowych codziennych czynności (bodźce wzrokowe, słuchowe lub dotykowe) i nie jest bardziej szkodliwe niż codzienność. Aby zaobserwować tak specyficzne zmiany, na ogół niewielkie, należy je najpierw wyodrębnić z czynności spontanicz-nej, najczęściej stosuje się technikę uśredniania. Technika uśredniania opiera się na kilku podstawowych założeniach:
spontanicznej aktywności eeG (szumy), która ma charakter losowy; wartości sygnału (potencjału wywołanego), jedna-kowej we wszystkich próbach; sygnał i szum są nieskore-lowane ze sobą (są adekwatne). Spełnienie tych warunków daje prawidłowość, że w miarę wzrostu liczby prób średnia wartość szumu będzie dążyła do zera, podczas gdy średnia wartość sygnału pozostanie bez zmian. Technika ta wymaga rejestracji wielu odcinków elektroencefalogramu, pozosta-jących w ścisłej relacji czasowej do wybranego zdarzenia, wielokrotnie replikowanego w niezmienionej postaci. Zare-jestrowany sygnał jest mierzony (próbkowany) w stałych odstępach czasowych, po czym jego wartość w każdym punkcie czasowym jest uśredniana.
Rejestracja sygnału EEG
W celu unormowania prowadzonych badań elektrofi-zjologicznych Międzynarodowa Federacja Neurofizjologii klinicznej (IFCN) opracowała zestaw wytycznych doty-czących zarówno sprzętu, jak i metod oraz samego pro-cesu prowadzenia badań elektrofizjologicznych, co pozwala na porównywanie wyników pomiarów prowadzonych w róż-nych laboratoriach.
Obecnie, do zaobserwowania fizjologicznej czynności w eeG, przyjmuje się jako konieczne użycie co najmniej 16 równolegle zapisywanych kanałów. Natomiast dodatkowe kanały wykorzystuje się do rejestracji innych sygnałów fizjologicznych. Wspomagająco, do sprzętu diagnostycz-nego eeG stosuje się fotostymulator.
W standardowym badaniu eeG wykorzystuje się zwykle 19 elektrod (2 x 8 + 3 na środku, lub 21; ilość w pewnym zakresie wystarczająca dla celów kliniczno - diagnostycz-nych) i odpowiada to 19 standardowym miejscom na skórze głowy pacjenta, w których są mocowane, rutynowo zgod-nie z „systemem 10–20” (standard zaproponowany przez H.H. Jaspera w 1958 r.) lub „10–10” (zwiększona „gęstość”
elektrod przez wykorzystanie już tylko 10% odległości).
W układzie 10–10 zmieniono system nazewnictwa dla elek-trod T3/T4 oraz T5/T6 odpowiednio na T7/T8 oraz P7/P8.
Wskazana liczba elektrod pozwala na umiejscowienie 1–3 elektrod nad każdym z głównych płatów mózgowych: 3 pary elektrod nad płatami czołowymi, 2–3 par elektrod nad okolicami skroniowymi, po parze nad płatami poty-licznymi i ciemieniowymi oraz okolicą centralną oraz 3–5 elektrod w linii pośrodkowej mózgu.
Pod względem ingerencji, eeG jest w zasadzie bada-niem nieinwazyjnym, jednakże w części przypadków, głów-nie u chorych z padaczką wymagającą leczenia operacyj-nego, zapis krzywej eeG może być rejestrowany za pomocą elektrod śródczaszkowych (przykładowo nosowo -gardłowej, klinowej, bębenkowej), a także bezpośrednio z powierzchni kory mózgowej (elektrokortykografia).
Do rejestracji badania wykorzystuje się zbiór montaży powszechnie stosowanych w pracowniach eeG. Takim domyślnym montażem początkowym jest montaż referen-cyjny (stosuje się również montaż typu bipolarnego, zwany różnicowym, w którym połączenia elektrod przebiegają w prostych liniach, w równych odległościach), przy czym elektroda referencyjna z reguły umieszczana jest między elektrodami Cz i Pz (zastosowanie połączonych uszu, jako elektrody referencyjnej, nie jest wskazane).
Warunkiem właściwej rejestracji jest konieczność wzmocnienia sygnału, a następnie oczyszczenia ze wszyst-kich artefaktów (głównie fal o wysokiej częstotliwości), co jest następstwem bardzo niskiej amplitudy sygnału, się-gającej rzędu zaledwie dziesiątek μV, oraz oporność elektrod kilku kΩ. Także ten obszar podlega ścisłym wytycznym, co do poziomu szumów, impedancji, zakresu dynamiki czy pasma przenoszenia sygnału.
Rejestrację danych należy przeprowadzać przy próbko-waniu przynajmniej 3 razy większym od rozległości reje-strowanego pasma, przykładowo 100 próbek/sekundę dla pasma 35 Hz i dalej 200 próbek/sekundę dla pasma 70 Hz.
Rozdzielczość to minimum 11 bitów na próbkę, szum poniżej 2 μV dla pasma 0,5–100 Hz. Obecnie wykorzystywanymi nośnikami danych, uzyskanymi z rejestracji eeG, są -ROM oraz DVD -ROM, a sam system powinien umoż-liwiać zobrazowanie informacji z zapisu na ekranie, jak również w formie papierowej. Co do szczegółów dokumen-tacji z badania eeG, to również i zasób jej zawartości pod-lega określonym wymogom. I tak, dokumentacja z badania eeG winna zawierać, obok danych zapisanych z badania, imię i nazwisko pacjenta, jego wiek, numer identyfika-cyjny, nazwisko bądź inicjały osoby wykonującej badanie, a co do zapisu, to w karcie badania należy umieścić datę
przeprowadzenia badania, czas zapisu, datę ostatniego incy-dentu napadowego, zachowanie pacjenta oraz informację o przyjmowanych przez pacjenta leków.
Standardowe badanie powinno trwać co najmniej 30 min z uwagi na możliwość okresowego wystąpienia niskonapięciowej aktywności mózgu oraz powinno zawierać co najmniej 20 min zapisu wolnego od artefaktów (fizjolo-gicznych, mechanicznych lub zewnętrznych oraz technicz-nych), a sam zapis aktywowany może być reakcją otwarcia - zamknięcia oczu – „reakcją zatrzymania” (O -Z, Rz), jak również hiperwentylacją (Hv, trwającą 3 min, polegającą na głębokim oddychaniu z określoną szybkością, około 20/min, poza sytuacjami klinicznymi, w których istnieją przeciwwskazania do jej przeprowadzenia: poważna cho-roba serca, płuc, anemia sierpowata, świeże krwawienie czy nadciśnienie śródczaszkowe, lub aktywacja -fotostymulacją (FT/FS, stosując bodźce świetlne o czę-stotliwości 1–60 błysków/sekundę), deprywacją snu czy badaniem w śnie, oraz powinien zawierać krótkie fragmenty zapisu z zastosowaniem wybranej metody aktywacji. Celem powyższego jest uzyskanie danych na temat ujawnienia się lub też nasilenia istniejących dotychczas nieprawidłowości.
Zastosowanie hiperwentylacji może zwiększyć efektywność zobrazowania w krzywej eeG iglic, fal ostrych, zespołów iglica–fala wolna, fala ostra–fala wolna czy też wyraź-niejszego zlokalizowania zwolnienia czynności lub late-ralizacji zmian. Natomiast fotostymulacja jest szczególnie przydatna u tych pacjentów, u których istnieje podejrzenie występowania napadów padaczkowych sprowokowanych bodźcem świetlnym. Najefektywniejszą częstotliwością jest zastosowanie 10–18 błysków/sekundę. Aktywacja metodą fotostymulacji daje możliwość zarejestrowania w zapisie eeG odpowiedzi świetlnodrgawkowej, z synchronicznym wysokonapięciowym wyładowaniem iglic lub wieloiglic, lub też odpowiedzi fotomiokloninej, złożonej z wieloiglic występujących zgodnie z rytmem podawanych bodźców świetlnych. W przypadku badania eeG, w którym przebieg krzywej jest prawidłowy, bez odchyleń od standardowego zapisu, lub też stwierdzone nieprawidłowości są nieznaczne, stosuje się deprywację snu jako metodę aktywacji. Proce-dura przygotowania i przeprowadzenia badania wymaga dopilnowania, aby pacjent nie przespał całej nocy. Samo badanie trwa, standardowo, 1–2 godz. i jak w rutynowym badaniu w stanie czuwania, stosuje się aktywację Hv, FS lub reakcją blokowania, przy czym pozwala się pacjen-towi na zaśnięcie. Jednakże najefektywniejszą formą akty-wacji, ujawniającą ogniska padaczkowe i ubytkowe, jest aktywacja snem fizjologicznym. Metoda ta jest szczegól-nie przydatna w dużych napadach nocnych i w padaczce skroniowej. Stosowana głównie w przypadku dzieci oraz u ruchliwych dorosłych. Znaczenie diagnostyczne mają tutaj takie grafoelementy, jak iglice, fale ostre i zespoły iglica–fala wolna (o charakterystyce wyładowań w dalszej części niniejszej pracy).
Podczas przeprowadzania badania eeG, należy pamię-tać o kontrolowaniu poziomu świadomości osoby badanej.
W przypadku braku reakcji ze stałym zapisem eeG ze strony pacjenta, stosuje się stymulację dodatkowymi bodźcami, a rekcja na ich zadanie powinna być odnotowana w kar-cie badania.
Badanie eeG przeprowadzane jest również przy podej-rzeniu śmierci mózgu. I tu, Amerykańskie Towarzystwo Neurofizjologii klinicznej, zebrało i usystematyzowało informacje w tym zakresie. Ciszę bioelektryczną mózgu scharakteryzowano jako brak aktywności w zapisie eeG na poziomie powyżej 2 μV, przy sygnale rejestrowanym z pary elektrod oddalonych od siebie o 10 lub więcej cen-tymetrów, przy impedancji elektrod w zakresie 0,1–10 kΩ.
W streszczeniu „Minimalne wymagania techniczne dla badań eeG przeprowadzanych przy podejrzeniu śmierci mózgu według Amerykańskiego Towarzystwa Neurofizjo-logii klinicznej” zaprezentowano wytyczne:
1. Do badania należy wykorzystywać pełen zestaw elektrod łącznie z elektrodami Fz, Cz, Pz. Użycie jedno-kanałowych urządzeń eeG, wykorzystywanych zwykle do monitorowania poziomu znieczulenia, jest niedopusz-czalne w procedurze określania śmierci mózgu. Choć zwykle nie jest to zalecane, dopuszcza się użycie elektrod igłowych podczas badania ciszy bioelektrycznej mózgu.
2. Zgodnie z definicją, impedancja elektrod powinna zawierać się w przedziale 100 Ω–10 kΩ.
3. Przed przeprowadzeniem badania należy sprawdzić spójność całego systemu rejestracji, a więc nie tylko wzmac-niaczy, ale także elektrod i połączeń. Poprawność działania poszczególnych elektrod można sprawdzić poprzez deli-katne dotykanie ołówkiem do elektrody w celu wytworze-nia sztucznego sygnału testowego.
4. Zgodnie z definicją, odległość pomiędzy elektro-dami powinna wynosić minimum 10 centymetrów. Dlatego w oparciu o system 10–20 zaleca się stosowanie podwój-nych odległości międzyelektrodowych. Przykładowo, dla montażu podłużnego należy wykonać połączenia Fp1 -C3, F3 -P3, C3 -O1 itp.
5. Wyświetlana czułość sygnału powinna być zwiększona do wartości co najmniej 2 μV/mm. W praktyce zaleca się jednak stosowanie czułości na poziomie 1–1,5 μV/mm.
Badanie powinno trwać co najmniej 30 min z uwagi na możliwość okresowego występowania niskonapięciowej aktywności mózgu.
6. Filtry powinny być ustawione w ten sposób, aby przepuszczać pasmo o zakresie 1–30 Hz. Zaleca się rów-nież stosowanie filtra Notch dla tłumienia częstotliwości 50 Hz.
7. Z uwagi na niskie amplitudy rejestrowanych sygnałów, do oceny poprawności badania i rejestrowanych artefaktów, konieczne staje się wykorzystanie dodatkowych technik, takich jak: rejestracja sygnału ekG, chwilowe odłączenie wspomagania oddychania, umieszczenie na reku dodatko-wej pary elektrod w celu oceny artefaktów pochodzących z otoczenia, blokowanie aktywności mięśniowej, ocena szu-mów poprzez dołączenie dodatkowej rezystancji (sztuczny pacjent).
8. W czasie badania należy przeprowadzić intensywne stymulacje somatosensoryczne, dźwiękowe i wizualne.
Należy poprawnie odróżnić uzyskane sygnały aktywności eeG od sygnałów fizjologicznych niepochodzących z mózgu i artefaktów, które nie są sygnałami fizjologicznymi.
9. Technicy wykonujący tego rodzaju badanie powinni posiadać najwyższe kwalifikacje i działać pod nadzorem elektroencefalografisty.
10. W przypadku powstania wątpliwości badanie należy powtórzyć.