Badania elektrofizjologiczne i ich zastosowanie w medycynie

Badania elektrofizjologiczne polegają na działaniu określonym bodźcem na receptowy narządów zmysłów, które wykazują dzięki temu aktywność bioelektryczną (potencjały wywoławcze). Dysponują one niewielkim napięciem, od 0,5mV do 100mV. Wykorzystując specjalne wzmacniacze, prądy są rejestrowane przy pomocy elektrod. W praktyce klinicznej najczęściej rejestrowane są prądy powstające przy pobudzeniu narządu wzroku (potencjały wzrokowe), czucia (potencjały czuciowe) i słuchu (potencjały słuchowe).¹

Elektrokardiografię rozwinął holenderski fizjolog Willem Einthove, za co otrzymał nagrodę Nobla. Angielskim akronimem nazwy „elektrokardiogram” jest w prawdzie ECG, jednak powszechnie jest używany skrót EKG przez wzgląd na Einthovena. EKG to metoda diagnostyczna pozwalająca na określić fazy pobudzenia, przerost serca, arytmię, uszkodzenie mięśnia sercowego, oraz niedokrwienie i martwicę mięśnia sercowego. Metoda ta niestety nie dostarcza informacji o mechanicznej czynności serca.²

Banie elektrofizjologiczne serca (EPS) polega na wewnątrzsercowej rejestracji EKG oraz stymulacji serca w wybranych obszarach. Przeważnie „wymagane jest wprowadzenie do serca kilku elektrod, umiejscawianych w następujących punktach górnej części prawego przedsionka okolicy pęczka Hisa oraz wierzchołka prawej komory, czasem również w zatoce wieńcowej.”³ EPS wykonywane jest najczęściej u chorych z rozpoznaną arytmią oraz chorych z objawami sugerującymi zaburzenie rytmu serca.⁴

Elektroencefalografia (EEG), została wprowadzona w latach trzydziestych ubiegłego wieku przez Hansa Bergera. Istota tej metody polega na rejestrowa­niu oraz analizowaniu prądów czynnościowych mózgu. W tym celu na skórze głowy umieszczona zostaje pewna liczba elektrod według ustalonego międzynarodo­wego schematu (tzw. schemat 10-20).⁵ Na powierzchni skóry głowy umieszczone zostaje 19 elektrod odbierających. „Nad każdą półkulą mózgu znajduje się po 8 elektrod, a trzy elektrody przystawione są do skóry w linii środkowej. Nad korą mózgu płatów czołowych zostaje umieszczonych 7 elektrod (Fp_1, Fp_2,Fp₃,Fp₄,Fp₇,Fp₈ i Fp_z), na pograniczu płatów czołowych i ciemieniowych trzy elektrody (C₃,C_4, C_z), nad płatami ciemieniowymi trzy elektrody(P₃,P_4, P_z), nad płatami skroniowymi 4 elektrody (T₃,T₄,T₅) i nad płatami potylicznymi 2 elektrody (O_1, O₂).”⁶ „Zależnie od liczby elektrod i kanałów aparatu otrzymuje się zapis złożony z kilku do kilkunastu krzywych.”⁷ Reje­strowany jest najpierw zapis spoczynkowy (badany siedzi albo leży nieruchomo z zamkniętymi oczami) oraz zapis po zastosowaniu metod aktywujących, np. fotostymulacji, hiperwentylacji, znaczne rzadziej rozmaitych środków farmakologicznych oraz snu fizjologicznego. EEG składa się z różnych elementów graficznych, które odpowiadają pewnym zjawiskom bioelektrycznym mózgu. Główną częścią składową EEG jest fala, tzn. prosta, krótkotrwała zmiana różnicy po­tencjałów. Jeśli dana fala powtarza się wielokrotnie, mówi się o odpowied­nim rytmie.⁸

Wyróżnia się następujące fale:

Fale α (alfa) o częstotliwości 8-13 Hz, występuje najczęściej w okolicy ciemieniowo-potylicznej i amplitudzie do 50µV.

Fale β (beta) o częstotliwości 14-60 Hz, występują w okolicy czołowej oraz posiadają amplitudę mniejszą od 30 µV. Fale alfa oraz beta to zasadnicze rodzaje fal rejestrowane u człowieka spoczywającego, czuwającego, leżącego lub siedzącego nieruchomo z zamkniętymi oczami.⁹

„Fale theta o częstotliwości 4-7 Hz, fale δ (delta) o częstotliwości 0,5-3 Hz, fale ostre o czasie trwania 80-200 ms., złożone elementy, np. zespoły iglicy z falą wolną o częstotliwości 3 Hz, wieloiglice, wieloiglice z falą wolną i in.”¹⁰

Nieprawidłowy, czyli patologiczny, elektroencefalogram charakteryzuje się następującymi cechami :

1. zniekształceniem rytmu podstawowego α ,

2. zanikiem rytmu podstawowego w całym zapisie, lub jego części,

3. asymetrię zapisu.

4. pojawienie się fal patologicznych w sposób zogniskowany, lub rozlany oraz napadowy, bądź ciągły

Nieznaczne zmiany „patologiczne”, są często spotykane, nie mają jednak istotnego znaczenia w diagnostyce.

W obliczu rozwoju metod obrazowania, rola klasycznej elektroencefalografii wyraźnie zmalała, jednak nadal jest istotna w diagnostyce niektórych chorób, zwłaszcza padaczki, encefalopatii metabolicznych, stanów pourazowych, oraz w przypadku bólów głowy.

Kluczowe znaczenie mają również badania poligraficzne, które polegają na jednoczesnym zapi­sywaniu EEG, EKG, EMG, oddechu, tętna, ruchów gałek ocznych, szczególnie gdy zapis prowadzony jest w sposób ciągły i trwa wiele godzin. Pozwala nam analizować zjawiska zachodzące w czasie snu i wykrywanie np. bezdechu sennego lub też innej patologii snu.¹¹ EEG w zasadzie jest badaniem nieinwazyjnym, jednak w niektórych przypadkach głównie u osób chorych z padaczką, wymagających leczenia operacyjnego, zapis może być rejestrowany za pomocą elektrod śródczaszkowych (np. nosowo-gardłowej, bębenkowej, klinowej), jak również bezpośrednio z powierzchni kory mózgowej.¹²

Potencjał wywołany (ang. evoked potentials). Powszechnie wiadomo, iż każdy bodziec (dotyk, dźwięk, czy też światło) o krótkim czasie trwania spowoduje bioelek­tryczną odpowiedź mózgową składającą się z potencjału wczesne­go, po którym ujawniony zostaje komponent późny w postaci fal.¹³ Potencjał ten „charakteryzuje się szeregiem załamków ujemnych i dodatnich. Kształt uzyskuje się u wszystkich ludzi potencjału wywołanego jest indywidualny dla każdego człowieka chodź szereg załamków zarówno dodatnich jak i ujemnych uzyskuje się u wszystkich ludzi”¹⁴ Badanie potencjałów wywołanych w okolicach mózgu umożliwia nam subtelną analizę czynności danych ośrod­ków oraz dróg, po których biegną do nich bodźce i pozwala na wykrycie nawet niewielkich zaburzeń. W stwardnieniu rozsianym potencjały wywołane w odpowiedzi na bodźce wzrokowe często wykazują uszkodzenie drogi wzrokowej przed ujawnieniem się zmian klinicznych. Ma to ogromne znaczenie we wczesnej diagnostyce, ponieważ nie jest to objaw swoisty dla stwardnienia rozsianego.

Elektromiografia (EMG) jest to badanie prądów czynnościowych mięśni. Badanie to polega na wprowadzeniu do mięśni elektrod igłowych i zapisywaniu bioprądów tych mięśni w spoczynku, jak również podczas różnie stopniowanego wysiłku. W warunkach prawidłowych, czyli w sytuacji spoczynku nie występuje w mięśniach żadna czynność bioelektrycz­na. Jednak w trakcie minimalnego ruchu odbiera się tzw. zapis prosty, złożony z po­jedynczych potencjałów. Tymczasem przy maksymalnym wysiłku pojawia się zapis inteferencyjny, w którym nakładają się na siebie potencjały licznych jednostek ruchowych. Analizuje się też kształt, amplitudę i czas trwania pojedynczych potencjałów. ¹⁵„W uszkodzeniu neuronu ruchowego obwodowego pojawia się tzw. zapis neurogenny (m.in. obecność różnych potencjałów spoczynkowych, zapis prosty przy maksymalnym wysiłku, wydłużenie czasu trwania i wzrost am­plitudy pojedynczych potencjałów). W uszkodzeniu pierwotnie mięśniowym zapis (tzw. zapis miogenny) ma inny charakter (brak czynności spoczynkowej, niskie i krótkie potencjały, pojawianie się zapisu interferencyjnego po lekkim wysiłku).”¹⁶ Elektromiografia ma podstawowe znaczenie przede wszystkim w diag­nostyce chorób mięśni, rdzenia kręgowego i obwodowego układu nerwowego. Elektromiografia pozwala:

1. stwierdzić, czy dany niedowład wiotki ma charakter czynnościowy czy organiczny,

2. wykryć niewielkie uszkodzenia,

3. określić obszaru uszkodzenia, zwłaszcza uchwycenie jego rozlanego charakteru, jeśli klinicznie obserwuje się zajęcie jednego nerwu lub mięśnia,

4. umiejscowić proces chorobowy, zwłaszcza jeśli chodzi o porażenia mięśni, nerwów obwodowych i rdzenia; przy uszkodzeniu nerwu, jest badanie szybkości przewodnictwa umożliwia to, dokładne ustalenie miejsca uszkodzenia,

5. śledzenie dynamiki procesu chorobowego.

Elektronystagmografia polega na rejestracji zmian natężenia pola elektrycznego, jakie powstają podczas ruchów gałek ocznych. Rogówka jest naładowana dodatnio, natomiast siatkówka ujemnie, dlatego między nimi wytwa­rza się pole elektryczne, którego linie sił ulegają zmianie podczas ruchów gałek ocznych. Rozmieszczenie elektrod odbiorczych w okolicach skroniowych daje możliwość rejestrowania ruchów gałek ocznych, a tym sa­mym oczopląsu. Specjalistyczna aparatura rejestrująca nosi nazwę eletronystag-mografu, natomiast sam zapis oczopląsu - elektronystagmogramu (ENG). Do spowodowania oczopląsu stosuje się obroty, zmiany położenia głowy, drażnienie kaloryczne. Po uzyskaniu zapisu poddaje się ocenie się czas trwania reak­cji, amplitudę, liczbę wychyleń gałek ocznych, pole zapi­su i szybkość kątową. Metoda ta jest pomocna przede wszystkim w diagnostyce zawrotów głowy.¹⁷

Elektroretinografia ERG jest to odpowiedź elektryczna oka na pobudzenie określonym bodźcem świetlnym. Jej głównym źródłem są znajdujące się w siatkówce pręciki i czopki.¹⁸ W warunkach fizjologicznych, pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną warstwą siatkówki oka występuje stały potencjał spoczynkowy, który zmienia swoją wartość pod wpływem działania bodźca świetlnego. Zmiana ta powoduje pojawienie się czynnościowego potencjału elektrycznego złożonego z fazy szybkiej i wolnej, a jego rejestracja umożliwia wykreślenie elektroretinogramu. Badanie to pozwala na przeprowadzenie obiektywnej oceny wrażliwości siatkówki na światło. Przy odpowiedniej adaptacji oka możliwe jest przeprowadzenie niezależnej oceny dla pręcików i czopków. Badanie to jako obiektywna metoda pomiarowa jest bardzo często wykonywane u małych dzieci. ERG pozwala na zdiagnozowanie zmian organicznych zachodzących w siatkówce, które są wywołane toksycznymi uszkodzeniami siatkówki, schorzeniami tapetoretinalnymi, chorobami zwyrodnieniowymi naczyń siatkówki

Elektrookulografia EOG stosowana jest do diagnostyki schorzeń siatkówki i jest uzupełnieniem badania ERG, szczególnie w niektórych chorobach plamki żółtej. Określany w czasie tego badania potencjał czynnościowy rejestrowany jest podczas wymuszonych ruchów oka, a jego amplituda zależy od położenia gałki ocznej. Wynikiem tego badania jest krzywa zaprezentowana na rys .1.

rys .1 Krzywa badania EOG

Elektromiografia (EMG) jest to metoda diagnostyczna stosowana w okulistyce. Polega ona na rejestracji potencjałów elektrycznych które powstają we włóknach mięśni oczu w trakcie ich skurczu wywołanego przez świetlny impuls wymuszający. Badanie to stosuje się do diagnozowania: porażenia czy też niedowładów mięśni oczu, współpracy obuocznej podczas ruchów dowolnych i odruchowych, przewodnictwa we włóknach ruchowych i czuciowych nerwów obwodowych, uszkodzenia mięśni oczu w zakończeniach nerwowo-mięśniowych.

Eletronystagmografia ENG jest to najrzadziej stosowane badanie elektrofizjologiczne narządu wzroku. Wykorzystywane jest ono do oceny oczopląsu, przede wszystkim w chorobach układu nerwowego i narządu równowagi. Stosowane jest głownie w ontolaryngologii oraz neurologii.¹⁹

BIBLIOGRAFIA:

1. Bullock J., Boyle J., III, Wang M.B.: Fizjologia, Urban i Partner, Wrocław 2004.

2. Hulewicz A., Badania elektrofizjologiczne w diagnozowaniu wybranych schorzeń narządu wzroku.

3. Koszewicz M., Pokryszko-Dragan A., Znaczenie badań elektrofizjologicznych w diagnostyce schorzeń ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, Polski Przegląd Neurologiczny, Wrocław 2008.

4. Nycka W. ,Encyklopedia Badań Medycznych. Badanie potencjałów wywołanych, Wydawnictwo Medyczne MAKmed, Gdańsk 1996.

5. Prusiński A., Neurologia praktyczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2011.

6. Traczyk W.Z., Fizjologia człowieka w zarysie, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2006.

7. http://czasopisma.viamedica.pl/cj/article/viewFile/22620/18090

---

1. Nycka W. ,Encyklopedia Badań Medycznych. Badanie potencjałów wywołanych,Wydawnictwo Medyczne MAKmed, Gdańsk 1996↩

2. Bullock J., Boyle J., III, Wang M.B.: Fizjologia, Urban i Partner, Wrocław 2004, s.162.↩

3. http://czasopisma.viamedica.pl/cj/article/viewFile/22620/18090 z dnia 05.01.2014↩

4. Tamże, s 46.↩

5. Prusiński A., Neurologia praktyczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2011,s. 33↩

6. Traczyk W.Z., Fizjologia człowieka w zarysie, Wydawnictwo Lekarskie PZWL , Warszawa 2006, s111.↩

7. Prusiński A., op. cit., s.33.↩

8. Prusiński A., op. cit., s.33-34.↩

9. Tkaczyk W Z., op. cit., s.110.↩

10. Prusiński A., op. cit., 34.↩

11. Tamże s.34.↩

12. Koszewicz M., Pokryszko-Dragan A., Znaczenie badań elektrofizjologicznych w diagnostyce schorzeń ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, Polski Przegląd Neurologiczny, Wrocław 2008,s.175.↩

13. Traczyk W.Z., op. cit., s.112-114.↩

14. Tamże, s.113.↩

15. Prusiński A. s.35.↩

16. Tamże, s.36.↩

17. Tamże, s.36.↩

18. Traczyk W.Z., op. cit., s.137.↩

19. Hulewicz A., Badania elektrofizjologiczne w diagnozowaniu wybranych schorzeń narządu wzroku,s.68-70.↩