Rehabilitacja Medyczna - kwartalnik
Tom 9 rok 2005, Wydanie numer 3
Biologiczne sprzężenie zwrotne w rehabilitacji chorych po udarze mózgu
Autorzy: Katarzyna Krekora, Jan Czernicki
Rehabilitacja Medyczna 2005; 9(3): 32-36
Biologiczne sprzężenie zwrotne w rehabilitacji chorych po udarze mózgu
Katarzyna Krekora, Jan Czernicki
Streszczenie
Założenia i cele. U chorych po udarze mózgu występują zaburzenia dystrybucji masy ciała, które stanowią przeszkodę w reedukacji stania i chodzenia oraz ograniczają sprawność wykonywania czynności dnia codziennego. Celem pracy była ocena wpływu treningu na platformie balansowej z zastosowaniem biologicznego sprzężenia zwrotnego nadystrybucję masy ciała i poprawę sprawności wykonywania czynności w życiu codziennym u chorych po udarze mózgu.
Materiał i metody. Grupę badaną stanowiło 25 osób, które uczestniczyły w programie rehabilitacji składającym się z treningu na platformie, ćwiczeń indywidualnych oraz fizykoterapii. Grupę porównawczą stanowiło 14 osób usprawnianych według ustalonego programu bez ćwiczeń na platformie balansowej. Trening z zastosowaniem wzrokowego i słuchowego biologicznego sprzężenia zwrotnego stanowiło 10 powtórzeń, prowadzony był raz dziennie. Program realizowany był przez 6 dni w tygodniu. U wszystkich badanych przeprowadzono: pomiar siły nacisku kończyn na platformie balansowej w pozycji stojącej, badanie neurologiczne i fizjoterapeutyczne oraz ocenę funkcjonalną czynności dnia codziennego według indeksu Barthel. Badanie odbywało się przed rozpoczęciem treningu i po 18 dniach treningu. Do pomiaru siły nacisku oraz treningu zastosowano platformę balansową ERBE współpracującą z programem komputerowym dla Windows Physio-Feedback-System.
Wyniki i wnioski. W obu grupach uzyskano znamienną statystycznie poprawę stanu funkcjonalnego oraz dystrybucji
Rehabilitacja Medyczna - kwartalnik
Tom 10 rok 2006, Wydanie numer 1
Zaburzenia czynnościowe układu ruchowego narządu żucia – diagnostyka i leczenie
Autorzy: Grzegorz Kogut, Andrzej Kwolek
Rehabilitacja Medyczna 2006; 10(1): 41–48
Zaburzenia czynnościowe układu ruchowego narządu żucia – diagnostyka i leczenie
Streszczenie
Diagnostyka zaburzeń czynnościowych układu ruchowego narządu żucia stwarza wielokrotnie duże trudności. Oprócz dokładnego wywiadu i badania klinicznego pacjenta, konieczna jest dokładna analiza zwarcia i czynności ruchów żuchwy pacjenta. Rutynowo wykonywane są badania radiologiczne stawu skroniowo-żuchwowego, które uwidaczniają patologiczne zmiany kształtu powierzchni stawowych, jak również nieprawidłowe położenie względem siebie tkanek twardych. W przypadkach ciężkich postaci zaburzeń należy wykonać dalsze badania obrazujące (tomografię komputerową, rezonans magnetyczny). Leczenie tych zaburzeń obejmuje wiele etapów postępowania. Pierwszym i ważnym elementem jest zwalczenie parafunkcji, po uprzednim uświadomieniu pacjentowi faktu ich uprawiania. Stomatologiczne leczenie przyczynowe ma na celu przywrócenie prawidłowych stosunków wewnątrzustnych (obejmujących zęby własne pacjenta lub uzupełnienia protetyczne), zewnątrzustnych (stawów skroniowo-żuchwowych) oraz przywrócenie prawidłowej czynności mięśni narządu żucia. We wstępnym okresie leczenia stosuje się różnego rodzaju szyny zgryzowe i aparaty odciążające oraz szyny stabilizujące, które umożliwiają uzyskanie i utrzymanie prawidłowego położenia krążków stawowych i głów żuchwy. W przypadkach powikłanych innymi bólami wdraża się leczenie farmakologiczne. Metody fizykoterapeutyczne są stosowane jako terapia osłonowa. Prostymi metodami, stosowanymi nawet przez samych pacjentów, jest ciepłolecznictwo (ciepło wilgotne i suche) i krioterapia. Zastosowanie znajdują również: elektrolecznictwo, leczenie ultradżwiękami, laserem niekoenergetycznym. Wspomagają co działa masaż klasyczny, masaż tkanki łącznej i automasaż mięśni żucia. W uzyskaniu zmiany zachowania pocjenta pomocna może być metoda biologicznego sprzężenia zwrotnego, stosowana równocześnie z ćwiczeniami aktywnymi i biernymi. Pozytywne wyniki leczenia zaburzeń układu ruchowego narządu żucia uzyskuje się u 60–80% leczonych pacjentów, a profilaktyka obejmuje głównie przeciwdziałanie parafunkcjom żuchwy.
© Borgis - Postępy Nauk Medycznych 11/2009, s. 864-868
*Aleksander Sobieszek
Metody obrazowania funkcji ośrodkowego układu nerwowego: elektroencefalografia
Imaging functions of the central nervous system: electroencephalography
Klinika Neurologii i Epileptologii, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. Urszula Fiszer
Streszczenie
Elektroencefalografia stanowi jedną z podstawowych metod umożliwiających sprecyzowanie obiektywnej oceny stanu czynnościowego ośrodkowego układu nerwowego. Zaletami metody w zastosowaniu w praktyce klinicznej są: możliwość bezpośredniego wglądu w podstawowe mechanizmy działania struktur mózgowia, wykonanie badania w sposób nieinwazyjny oraz względnie niewielki koszt zakupu aparatury. Wadą metody na obecnym stadium jej rozwoju jest często niejednoznaczność ocen z uwagi na złożoność zapisu EEG, jak również ograniczone możliwości przedstawienia wzoru czynności w postaci ilustracji zrozumiałej dla ogółu potencjalnych odbiorców wyników badań. Jest to konsekwencją określania stanu czynnościowego ośrodkowego układu nerwowego na podstawie oceny wzoru czynności bioelektrycznej mózgowia reprezentowanego podczas konwencjonalnego badania EEG przez obraz utworzony przez zbiór kilkunastu lub kilkudziesięciu wykresów czynności bioelektrycznej rejestrowanej z powierzchni skóry głowy przy pomocy standardowo umiejscowionych elektrod. Metodą mającą na celu ułatwienie analizy i oceny wyniku badania jest przetworzenie zbioru wykresów do postaci barwnej mapy reprezentującej rozkład potencjałów elektrycznych na powierzchni głowy. Metoda tego rodzaju została stworzona w latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku. Zastosowanie tej metody pozwala na przedstawienie ewolucji czynności bioelektrycznej w postaci zbioru chwilowych, powierzchniowych rozkładów ładunków elektrycznych. Zastosowanie tej metody, oprócz oczywistych zalet, wiąże się z trudnością precyzyjnego odtworzenia zmian wzoru czynności w funkcji czasu. W pracy przedstawiono wyniki mapowania ewolucji czynności bioelektrycznej mózgu metodą tradycyjną oraz zalety nowej metody analizy zapisu EEG, polegającej na przetwarzaniu wyjściowego wielokanałowego zapisu EEG do postaci barwnych map ilustrujących w sposób ciągły przestrzenno-czasową ewolucję wzorów czynności bioelektrycznej mózgowia.
Summary
Electroencephalography is one of the basic methods enabling objective evaluation of the functional state of the central nervous system. The advantages of this method in clinical practice are: direct insight into the basic mechanisms of activity of brain structures, possibility of the noninvasive study of brain function and low cost of recording equipment. The disadvantages of the method at the present stage of its development are associated frequently with the difficulty in defining final conclusions resulting from investigation due to the complexity of EEG records as well as difficulty in preparation of the documentation – a picture of the EEG pattern which could be interpreted by people having no experience with this method. During conventional EEG investigation the pattern is created by numerous records from the electrodes located in standard positions on the head. The improvement of the ability to evaluate complex EEG pattern may be obtained by transformation of the original EEG record into color maps representing spatial distribution of potentials. Such method was introduced in late seventies of the twenties century. In this method the evolution of brain electrical activity is presented as a set of instantaneous distributions of brain potentials. In spite of obvious advantages, application of this method is associated with inconveniences in reconstructing the temporal evolution of brain potentials. This paper includes results of application of the new method of EEG analysis helping to solve this problem. The method is based on transformation of the original EEG record into color maps expressing continuous, spatiotemporal evolution of the EEG pattern.
Key words: electroencephalogram, spatiotemporal analysis, patterns of brain electrical activity
WPROWADZENIE
Elektroencefalografia jest jedną z podstawowych metod umożliwiających obiektywną ocenę stanu funkcjonalnego ośrodkowego układu nerwowego. Podstawą oceny jest zdefiniowanie ogólnego lub bardziej lokalnego – w zależności od celu i sposobu rejestracji, przestrzenno-czasowego wzoru rozkładów pól elektrycznych pojawiających się w mózgowiu i w tkankach otaczających struktury nerwowe. Mniej lub bardziej rozległe pola elektryczne powstają w wyniku zmian polaryzacji błon komórkowych w procesach pobudzenia i hamowania w strukturach układu nerwowego.
Elektroencefalografia jest metodą szczególnie cenną w ocenie dynamiki zmian wzorów czynności mózgowia z uwagi na dużą rozdzielczość czasową sygnału, sięgającą pojedynczych milisekund, dostępną w zależności od częstotliwości próbkowania sygnału bioelektrycznego mózgowia realizowanej przez komputerowy system rejestracyjny. Z uwagi na złożoność sygnału bioelektrycznego mózgowia, procesy optymalizacji metod rejestracji, a zwłaszcza ewolucja poglądów dotyczących interpretacji obserwowanych zjawisk nie są jeszcze zakończone. W przypadku rejestracji i oceny elektroencefalogramu przy pomocy elektrod umiejscowionych na powierzchni skóry głowy jednym z podstawowych problemów metodologicznych jest przetworzenie sygnałów bioelektrycznych do postaci ułatwiającej analizę danych (1). Bardzo istotnym czynnikiem jest uzyskanie metody obiektywizacji ocen pozwalającej na uzyskanie wyniku badania w postaci obrazu umożliwiającego interpretację wzoru czynności i przekazanie tej informacji szerokiemu gronu osób, odbiorców wyników badania. Taką metodą jest przetworzenie wyjściowego obrazu utworzonego w postaci kilkunastu lub kilkudziesięciu wykresów przebiegów elektrycznych rejestrowanych przez poszczególne elektrody umiejscowione na powierzchni skóry głowy do postaci kolorowych map, reprezentujących polaryzację i wielkość ładunków elektrycznych.
Metoda mapowania rozkładów powierzchniowych pól elektrycznych mózgowia została opublikowana w piśmiennictwie światowym na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych ubiegłego stulecia (2, 3). Utworzony w Polsce pierwszy oryginalny program mapowania rozkładów pól i ich analizy metodą lokalizacji źródeł prądu (current source density; CSD) został opublikowany na początku lat dziewięćdziesiątych (4, 5). Mapy tego rodzaju przedstawiają chwilowe rozkłady potencjałów w przestrzeni dwuwymiarowej. Analiza zmian wzoru czynności w czasie wymaga przedstawienia sekwencji kilku, kilkunastu lub kilkudziesięciu map z możliwością określania odstępu czasowego pomiędzy obrazami. Przykładem zastosowania takiej metody jest rycina 1. W zależności od długości odcinka czasowego analizowanego przebiegu występuje, większa lub mniejsza utrata informacji dotyczącej stanów przejściowych pomiędzy wzorami ilustrowanymi w postaci map jak, również konieczność tworzenia koncepcji dotyczącej obserwowanego zjawiska na podstawie analizy zbioru odrębnych ilustracji. Czynniki te powodują, że metoda ta w praktyce klinicznej jest wykorzystywana raczej w szczególnych przypadkach.
Odmienną koncepcją obrazowania czynności bioelektrycznej mózgu jest mapowanie przestrzenno-czasowe w sposób ciągły. W najprostszym przypadku dwuwymiarowa mapa może ilustrować ewolucję wzorów bioelektrycznych w czasie z pominięciem informacji dotyczącej lokalizacji elektrod na płaszczyźnie pod warunkiem, że elektrody rejestrujące zostaną uszeregowane w jednym rzędzie. Metodę tego rodzaju zastosowano do analizy wzorów rytmu podstawowego fal alfa i wzorów potencjałów wywołanych (6, 7). Odmiennym podejściem jest przetworzenie zbioru danych uzyskanych z elektrod usytuowanych na płaszczyźnie do zbioru o jednym wymiarze przestrzennym poprzez odpowiednie uszeregowanie przebiegów czasowych zjawisk bioelektrycznych rejestrowanych przez poszczególne elektrody, na przykład symetrycznie w stosunku do przebiegu elektrycznego stanowiącego oś symetrii. W ilustracjach przedstawionych w tej pracy zapisem centralnym jest czynność bioelektryczna mózgu rejestrowana przez elektrodę zlokalizowaną na osi centralnej w wymiarze czołowo-potylicznym, którą w omawianych przypadkach jest elektroda czołowa Fz. Wyniki zastosowania takiej metody zostały przedstawione w Berlinie w 2008 roku podczas 8 Europejskiego Kongresu Epileptologii (8).
W obecnej pracy przedstawiono przykłady zastosowania metody obrazowania sekwencyjnego (ryc. 1) i przestrzenno-czasowego (ryc. 3, 4) czynności bioelektrycznej mózgu, jak również zalety mapowania zapisu EEG w przestrzeni czasu w ocenie zjawisk o charakterze zlokalizowanym.
Ryc. 1. Wynik obrazowania odcinka zapisu EEG (fragment wyodrębniony – na granatowym tle) z zastosowaniem metody tworzenia zbioru map chwilowych rozkładów czynności bioelektrycznej mózgu.
Ryc. 2. Obraz wielokanałowego zapisu EEG uzyskanego w systemie odprowadzeń dwubiegunowych z zastosowaniem układu odprowadzeń określanego jako „podwójny banan”. Zapis ilustruje obecność uogólnionego, krótkotrwałego wyładowania fal ostrych z falą wolną około 3/s.
Ryc. 3. Mapa przedstawiająca rozkład przestrzenno-czasowy potencjałów rejestrowanych w odprowadzeniach referencyjnych w pierwszej połowie wyładowania, które ilustruje rycina 2. Odmiany koloru z przewagą czerwieni ilustrują ładunki dodatnie, niebiesko-granatowe ujemne . Mapa stanowi wyraźną ilustrację lokalizacji wyładowania, głównie w symetrycznych odprowadzeniach czołowych, centralnych i ciemieniowych.
Ryc. 4. Rozkład potencjałów ilustrujący zmianę organizacji czynności podstawowej mózgu przed wyładowaniem i fazę wstępną wyładowania, które przedstawiają ryciny 2 i 3, lecz w odmiennej skali czasowej. Mapa wyraźnie ilustruje zlokalizowany początek wyładowania: w odprowadzeniach nad prawą półkulą, głównie w okolicy elektrod F4 oraz Cz, z wtórną aktywacją symetrycznych okolic nad półkulą lewą. Na podstawie analizy wzrokowej zapisu wyjściowego (ryc. 2), wyładowanie tego typu byłoby klasyfikowane jako wyładowanie pierwotnie uogólnione.
METODY
Analizie poddano wybrane fragmenty zapisów EEG osób z różnymi typami nieprawidłowych wzorów czynności bioelektrycznej mózgu. Zapisy były wykonywane w ogólnie stosowanym układzie przestrzennym lokalizacji elektrod 10-20 z częstotliwością próbkowania 250 Hz. Rejestracji dokonywano przy pomocy systemu aparatury firmy ELMIKO. Analizy dokonywano na zbiorach zapisów referencyjnych (w stosunku do elektrod usznych, ziemi i elektrody uśrednionej), dwubiegunowych i w programie analizy źródeł prądu (current source analysis; CSD). Mapy były tworzone z zastosowaniem programu MATLAB. Metoda mapowania umożliwia tworzenie obrazów z uwzględnieniem dowolnej liczby elektrod. Ocenia się, że poprawne wykonanie rejestracji celem racjonalnego wykorzystania metody do określenia rozkładu przestrzennego określonych zjawisk bioelektrycznych wymaga zastosowania przynajmniej około 60 lub 120 elektrod. W międzynarodowym układzie 10-20 badanie przeprowadza się z zastosowaniem jedynie 19 do 21 elektrod. Niemniej jednak, z uwagi na praktyczne znaczenie układu 10-20 w codziennej praktyce klinicznej, w pracy skoncentrowano się na zilustrowaniu zalet stosowania metody przestrzenno-czasowej analizy EEG z zastosowaniem tego właśnie systemu lokalizacji elektrod.
WYNIKI
Rycina pierwsza ilustruje wyniki analizy ewolucji rozkładów potencjałów na powierzchni skóry głowy w postaci serii szesnastu obrazów reprezentujących chwilowe stany czynnościowe mózgowia rejestrowane w odstępach dwudziestomilisekundowych. Łącznie, analizowany fragment czynności trwał około 300 milisekund. EEG rejestrowano w odprowadzeniach referencyjnych. Lewa połowa ilustracji przedstawia zapis EEG z elektrod, których lokalizację określają symbole widoczne na lewym marginesie. Analizie poddano fragment zapisu wyodrębniony poprzez rozjaśnienie tła (ryc. 1, s. 867). Reprezentuje wielofazowy wzór czynności bioelektrycznej z przewagą fali powierzchniowo dodatniej, zarejestrowany podczas snu NREM u dorosłej osoby.
Wzory przestrzenne ilustrowane zbiorem szesnastu map wyraźnie wskazują na współistnienie różnych generatorów obserwowanego zjawiska. Faza ujemna trwająca około 200 ms wykazuje lokalizację odpowiadającą fali wierzchołkowej. Faza dodatnia trwająca również około 200 ms z następczą składową ujemną przeważa wyraźnie w odprowadzeniach czołowych z cechami transferu międzypółkulowego. Przedstawiony wzór czynności jest obserwowany w czasie snu wolnofalowego (NREM) do różnicowania z falą trójfazową i oczywiście z artefaktem okoruchowym. Z uwagi na długi czas trwania poszczególnych składowych wzoru zapisu, częstość pojawiania się map rozkładów potencjałów (w odstępach 20 ms) jest zupełnie wystarczająca dla poprawnego odwzorowania przebiegu zmian. Sytuacja ilustrowana rycinami 2, 3 i 4 jest pod tym względem trudniejsza.
Rycina 2 ilustruje krótkotrwałe, uogólnione wyładowanie o charakterze padaczkowym, pojawiające się nieoczekiwanie na tle prawidłowego wzoru czynności podstawowej, zarejestrowane u osoby w wieku 25 lat. Występują wysokonapięciowe fale ostre z falą wolną około 3/s. Z uwagi na sposób rejestracji, standardowe odprowadzenia dwubiegunowe, ocena rzeczywistego rozkładu przestrzennego potencjałów jest trudna. Można przypuszczać, że wyładowanie występuje z przewagą w odprowadzeniach czołowych. Analiza przestrzenno-czasowa dokonana na zbiorach zapisu w odprowadzeniach referencyjnych z uwzględnieniem elektrody uśrednionej oraz metody analizy CSD wykazuje istnienie jednolitego wzoru podstawowego wyładowania: fale ostre z falą wolną, symetryczne w odprowadzeniach czołowych, centralnych i ciemieniowych, w niewielkim stopniu ze zmienną przewagą nad lewą lub prawą półkulą. Wzór ten ilustruje rycina 3. Górny fragment przedstawia zapis wyjściowy w sekwencji kanałów uwidocznionej z lewej strony wykresów. Mapa ilustruje rozkład amplitudy potencjałów z uwidocznioną osią symetrii na poziomie elektrody Fz (przerywana czarna linia). Kolejność odprowadzeń z poszczególnych elektrod przedstawiona na rycinie 2 dotyczy zarówno fragmentu zapisu EEG, jak i mapy potencjałów. Przerywana linia w dolnej części mapy na poziomie elektrody C4 odgranicza zbiór przebiegów elektrycznych symetrycznych względem elektrody Fz od zjawisk elektrycznych rejestrowanych przez dwie elektrody (Cz i Pz), które podobnie jak elektroda Fz usytuowane są na osi symetrii. Rycina 3 ilustruje ponadto stopniową zmianę wzoru rytmu podstawowego w okresie poprzedzającym wyładowanie: wzrost amplitudy i stopnia synchronizacji fal w przedziale częstotliwości fal alfa. Proces ten jeszcze wyraźniej ilustruje rycina 4. Na szczycie elektroujemnej fali rytmu podstawowego w cyklu poprzedzającym pojawienie się dodatniej fali ostrej wyładowania pojawia się dodatkowa fala ujemna z przewagą nad prawą półkulą. Fale ujemne widoczne są zarówno w odprowadzeniach czołowych, centralnych, jak i skroniowych, podczas gdy fale dodatnie pojawiają się początkowo z bardzo wyraźną przewagą jedynie w odprowadzeniach czołowych (F4) i centralnych nad prawą półkulą. W przedziale czasowym rzędu 10 ms dodatnia fala ostra pojawia się w odprowadzeniach czołowych Fz i F3 oraz C3, P3 nad półkulą lewą.
DYSKUSJA i WNIOSKI
Przedstawione wyniki ilustrują szereg problemów dotyczących zarówno metodologii rejestracji i analizy, jak i interpretacji wzorów zapisu EEG. Porównanie wyników metod obrazowania czynności bioelektrycznej przemawia raczej na korzyść metody ciągłej analizy przestrzenno-czasowej z uwagi na prostotę formy przekazu informacji. Nawet połączenie opisanych metod obrazowania nie rozwiązuje jednak automatycznie problemu identyfikacji wzorów nieprawidłowych czynności bioelektrycznej mózgu. Zagadnienie to stanowi odrębny problem metodologiczny.
Przedstawione wykresy stanowią zarazem element w dyskusji na temat zasadności stosowania tradycyjnego terminu „wyładowanie pierwotnie uogólnione” w odniesieniu do zjawiska które ilustruje, np. rycina 2. Mapy przedstawione w pracy wyraźnie ilustrują selektywny udział generatorów zjawisk bioelektrycznych rejestrowanych przez elektrody czołowe. Z uwagi na szybką transmisję międzypółkulową stanów czynnych i wysoką amplitudę sygnału, dominują w zapisie i sprawiają wrażenie występowania uogólnionego stanu aktywacji. Analiza zapisów w grupie osób z wyładowaniami „pierwotnie uogólnionymi” wskazuje również na współdziałanie struktur okolic czołowych oraz skroniowo-potylicznych w mechanizmie generowania zjawisk tego typu (8). Wyniki wskazują jednak na zasadność traktowania tego rodzaju wyładowań jako wtórnie lub szybko uogólniających się.
Piśmiennictwo
1. Lopes da Silva F: Computer-Assisted EEG Diagnosis: Pattern Recognition and Brain Mapping. [In:] Niedermeyer E and Lopes da Silva F (eds.) Electroencephalography, Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. 5th Edition, Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, 2005; 1233-1263.
2. Duffy FH, Burchfield JL, Lombroso CT: Brain electrical activity mapping (BEAM): a method for extending the clinical utility of EEG and evoked potential data. Ann Neurol 1979; 5: 309-321.
3. Duffy FH: Topographic Mapping of Brain Electrical Activity. Boston, Butterworth 1986.
4. Walerjan P et al.: New mapping program for PC computer. In: Knowledge, Information and Medical Education, Van Bemmel JH and Zvarova J (eds.), Elsevier Science Publishers B.V. IMIA 1991.
5. Walerjan P, Tarnecki R: Computer mapping technique for analysis of scalp potential distribution. Biocybernetics and Biomed Eng 1991; 11: 1-2, 91-96.
6. Rémond A: Recherche des renseignements significatifs dans les enregistrements électrophysiologiques et mécanisation possible. Actualités neurophysiol, Paris 1960; sér 2: 167-210.
7. Rémond A: The importance of Topographic Data in EEG Phenomena, and an Electrical Model to Reproduce Them. [In:] Advances in EEG Analysis, DO Walter and MAB Brazier (eds.), Electroenceph Clin Neurophysiol 1968; suppl. 27: 29-49.
8. Sobieszek A, Świderski B: Characteristics of the EEG patterns of epileptic seizures with frontal or temporal localization of interictal discharges. Abstracts from the 8th European Congress on Epileptology, Berlin, Germany 21st-25th September, 2008; E506, 201-202.
© Borgis - Anestezjologia Intensywna Terapia 2005/04, s. 268-273
Waldemar Machała, Katarzyna Śmiechowicz, Michał Patyk, Paweł Lesiak
Wybrane metody monitorowania czynności ośrodkowego układu nerwowego w sali operacyjnej
Multimodal brain monitoring during anaesthesia. A review
II Zakład Anestezjologii i Intensywnej Terapii Katedry Anestezjologii i Intensywnej Terapii UM w Łodzi
kierownik: dr n. med. W. Machała
Słowa kluczowe: monitorowanie, BIS, monitorowanie, entropia, monitorowanie, INVOS, monitorowanie, PSA monitorowanie, przezczaszkowy Doppler
Summary
This article reviews the various techniques for monitoring of depth of anaesthesia, cerebral perfusion and brain function during anaesthesia. Neurologic damage after anaesthesia remains rare, but is an important cause of postoperative morbidity. Modern techniques include definitive steps for assessing neural integrity and level of consciousness during anaesthesia. Accurate and reliable monitoring is essential and the use of monitoring, such as electroencephaolography, BIS, entropy, or the Patient State Analyzer (PSA), may improve cost efficiency by reducing the total amount of drug used to maintain anaesthesia. In addition, there should be a reduction in the number of awareness episodes as well as enhanced recovery. Transcranial Doppler insonation of large intracranial arteries, near-infrared spectroscopy, jugular venous bulb oxygen saturation, and cerebral oxygen saturation (INVOS) appear to be beneficial in producing objective measures of cerebral oxygenation and/or metabolism.
Co roku wykonuje się na świecie około 50 mln zabiegów chirurgicznych w znieczuleniu ogólnym. Tylko u niewielkiego odsetka pacjentów (<1%) monitorowana jest w tym czasie funkcja OUN. Zdarza się, że w konsekwencji niewłaściwie przeprowadzonego znieczulenia, uszkodzenia aparatury, czy awarii systemu monitorującego skład gazów oddechowych dochodzi do uszkodzenia mózgu.
Do metod ciągłego monitorowania czynności OUN zalicza się elektroencefalografię, analizę bispektralną, analizę stanu pacjenta, entropię, monitorowanie przepływu krwi w naczyniach mózgowych metodą dopplerowską oraz ocenę oksymetrii mózgowej i saturacji krwi w opuszce żyły szyjnej.
ELEKTROENCEFALOGRAFIA
Badanie elektroencefalograficzne (EEG) opiera się na analizie fal generowanych przez mózg. Znane są następujące rodzaje fal:
– b - 14 - 30 Hz, <20 mV;
– a - 8 - 13 Hz, 20 - 50 mV;
– q - 4 - 7 Hz, 20 - 50 mV;
– d - 1 - 4 Hz,> 50 mV;
– g - 30-40 Hz; [1].
Na zapis EEG wpływają [2]: przepływ krwi, żywienie, tlenoterapia, faza snu, stan przytomności, przyjmowane leki, choroby współistniejące, temperatura ciała i otoczenia. Pomimo, że EEG nie jest rutynowo stosowane do monitorowania pacjentów poddanych znieczuleniu, to uważane jest za narzędzie mogące pomóc w ocenie stanu ośrodkowego układu nerwowego [3]. Służy ono ocenie efektów farmakodynamicznych wywołanych przez środki anestetyczne stosowane do znieczulenia ogólnego. Elektroencefalografia jest pomocna także w diagnostyce niedokrwienia lub/ i niedotlenienia ośrodkowego układu nerwowego. Z tego względu EEG wykorzystywane jest w czasie operacji w obrębie tętnicy szyjnej i operacji kardiochirurgicznych z krążeniem pozaustrojowym. Ogólnie rzecz ujmując, środki stosowane w celu uzyskania sedacji, w miarę jej pogłębiania, zmieniają w zapisie EEG sygnały o niskiej amplitudzie i wysokiej częstotliwości (charakterystyczne dla stanu czuwania) na sygnały o wysokiej amplitudzie i niskiej częstotliwości (charakterystyczne dla stanu głębokiej anestezji).
Do wad tej metody zalicza się: złożoność obrazu EEG i jego interpretację (ilu lekarzy – tyle interpretacji), zmienne i często nieprzewidywalne efekty operacji chirurgicznej, brak korelacji między objawami klinicznymi a obrazem EEG w czasie znieczulenia [2, 3].
ANALIZA BISPEKTRALNA
Bezpośredni pomiar głębokości snu jest obecnie niemożliwy. Możliwy jest jednak pomiar pośredni za pomącą tzw. indeksu bispektralnego (BIS – Bispectral Index). Zauważono już wcześniej, że spontaniczna czynność kory mózgowej wykazuje zmiany w czasie snu. Postanowiono wykorzystać zmiany w zapisie EEG, jako bazę do stworzenia parametru (wskaźnika), który korelowałby ze stanem głębokości snu pacjenta, był łatwy w użyciu i interpretacji oraz mógłby być przydatny nie tylko w oddziałach intensywnej terapii, ale także w codziennej praktyce anestezjologicznej w salach operacyjnych.
Analiza bispektralna jest parametrem opracowanym empirycznie, na podstawie analiz statystycznych. Badający to zjawisko naukowcy spróbowali znaleźć zależność pomiędzy zapisem EEG a stopniem sedacji/snu występującym w następstwie podania środków anestetycznych. W trakcie badań (wielowariantowa analiza statystyczna) opracowano zespół cech EEG typowych dla stanu uśpienia i niezależnych od rodzaju podanego środka (poza ketaminą).
Powstanie indeksu bispektralnego, jako jednej liczby, której wartość informuje o stopniu głębokości snu pacjenta w trakcie znieczulenia, obejmuje trzy zasadnicze etapy [4]:
1. Analizę zapisu EEG: u przytomnego pacjenta na zapis aktywności bioelektrycznej odbieranej za pomocą elektrod przymocowanych w różnych miejscach skóry głowy składają się fale będące efektem czynności bioelektrycznej kory mózgowej (EEG), wynikające z aktywności mięśni czaszki (EMG), czynności elektrycznej mięśnia sercowego (EKG), ładunków elektrycznych powstających w czasie ruchu dipoli wewnątrz poruszających się gałek ocznych (EOG) oraz zewnętrznych urządzeń elektrycznych znajdujących się w sali operacyjnej. Wszystkie te sygnały „nakładają się” na czynność bioelektryczną mózgu i powodują zaburzenia w jej zapisie. Dlatego sygnał EEG musi zostać poddany wzmocnieniu a następnie oczyszczeniu ze wszystkich artefaktów (głównie fal o wysokiej częstotliwości). W zapisie EEG odnajdywane są także fragmenty całkowitej czynnościowej supresji kory mózgowej (linia izoelektryczna). Wszystkie artefakty wykluczane są z dalszej obróbki sygnału. Sygnał analogowy przekształcony zostaje następnie w sygnał cyfrowy, który może zostać poddany dalszej obróbce komputerowej.
2. Wybór odpowiednich fragmentów EEG: fragmenty zapisu EEG odnajdywane są w ogromnej bazie danych zawierających zapisy EEG pochodzące od ponad dwóch tysięcy pacjentów poddanych działaniu różnych środków anestetycznych. Ma to na celu zidentyfikowanie cech EEG korelujących ze stopniem sedacji/uśpienia.
3. Analiza matematyczna wybranych fragmentów EEG: zapis EEG jest zbiorem prostych sinusoid nakładających się jedna na drugą, dając w rezultacie bardzo skomplikowany zapis. Analiza EEG może być zrealizowana poprzez prześledzenie zmian napięcia sygnałów EEG w funkcji czasu. Jest to tzw. analiza zależna od czasu. Wykorzystuje ona odpowiednie obliczenia statystyczne lub pomiary oparte na morfologii fal EEG. Kolejnym etapem analizy jest przedstawienie aktywności fal EEG jako funkcji częstotliwości. Ten etap nazywa się analizą zależną od częstotliwości. Konwersja sygnału EEG jako fali zależnej od czasu w sinusoidę zależną od częstotliwości nazywana jest transformacją Fouriera. Taka transformacja, w idealnych warunkach, nie zmienia ani nie redukuje informacji zawartej w kształcie sinusoidy, a odwrócenie transformacji Fouriera powoduje rekonstrukcję oryginalnego kształtu fali EEG użytej do tej transformacji. Analiza Fouriera powoduje powstanie widma częstotliwości, które jest wykresem amplitud i przesunięć fazowych w funkcji częstotliwości. Proces ten jest analogiczny do rozszczepienia światła białego przez pryzmat, w wyniku czego powstaje widmo światła (tęcza). Każdy mierzony sygnał przekształcony za pomocą techniki Fouriera w sygnał zależny od częstotliwości będzie cechował się amplitudą i fazowością dla każdej częstotliwości harmonicznej. Dalsza obróbka tak przekształconych danych jest bardzo pracochłonna nawet dla komputera. Opracowany więc został algorytm ułatwiający komputerową obróbkę cyfrowych danych. Ten algorytm nazywany jest szybką transformacją Fouriera (FFT – Fast Fourier Transformation). Otrzymane w wyniku szybkiej transformacji Fouriera dane poddawane są analizie statystycznej trzeciego rzędu – analizie bispektralnej. Opisuje ona korelacje pomiędzy fazami w zależności od różnych częstotliwości. Szczególnie określa ilościowo poziom synchronizacji poszczególnych składowych EEG w oparciu o tradycyjne parametry – amplitudę i częstotliwość. Kolejne algorytmy wprowadzone do analizy bispektralnej pozwalają na wyodrębnienie wskaźnika – indeksu bispektralnego jako wartości liczbowej śledzącej zmiany zachodzące w mózgu pod wpływem środków anestetycznych.
Stan czynności mózgu w analizie bispektralnej przypisany został do liczb: od 0-100.
Liczbę BIS należy postrzegać jako odzwierciedlenie głębokości snu, a nie stopnia analgezji. O niewystarczającej analgezji świadczą szybkie oscylacyjne zmiany wartości BIS, a nie jej wzrost. Nieświadome reakcje ruchowe w odpowiedzi na bodziec bólowy mogą wynikać z anatomicznego i możliwe, że z farmakodynamicznego rozdzielenia sieci neuronów odpowiedzialnych za odpowiedź ruchową (rdzeń kręgowy), od neuronów odpowiedzialnych za generowanie sygnału EEG (mózg) [5].
Monitorowanie BIS jest pomocne w adekwatnym dawkowaniu środków anestetycznych. Pozwala uniknąć zbyt wysokiego, lub niskiego ich stężenia. O zbyt dużym stężeniu anestetyku świadczyć będzie obniżanie się wartości BIS poniżej 40. Podwyższenie liczby BIS powyżej 60 sugeruje zbyt płytkie znieczulenie. Liczne badania dowodzą, że monitorowanie głębokości snu za pomocą BIS zmniejszyło zapotrzebowanie na środki anestetyczne w czasie trwania znieczulenia ogólnego: w przypadku propofolu średnio o 13-15%, a w przypadku lotnych anestetyków takich jak sewofluran czy desfluran nawet o 30-40% [6, 7, 8].
Wskazania do zastosowania monitorowania BIS są bardzo szerokie. Metoda ta może być z powodzeniem wykorzystywana u pacjentów operowanych w oddziałach: chirurgii ogólnej, kardiochirurgii, ginekologii i położnictwa (cięcie cesarskie w znieczuleniu ogólnym), chirurgii dziecięcej oraz w oddziałach „chirurgii jednego dnia” [8, 9]. Ten sposób monitorowania wskazany jest u pacjentów wyniszczonych, w podeszłym wieku (u których może zachodzić konieczność podawania mniejszych dawek anestetyków). Monitorowanie BIS nie jest polecane u pacjentów, u których podejrzewa się uszkodzenie kory mózgu. U tych pacjentów wartość BIS nie jest wiarygodna.
ANALIZATOR STANU PACJENTA
Prace ostatnich lat koncentrują się na badaniu cyfrowych sygnałów EEG celem uzyskania danych w postaci kwantowanej – ilościowej (QEEG – Quantitative EEG). Zaowocowały one skonstruowaniem analizatora stanu pacjenta (PSA – Patient State Analyzer).
PSA, w dużym uproszczeniu, składa się z elektrody, modułu pacjenta oraz kabla podłączonego do 4-kanałowego EEG. Sygnał z elektrody przechodzi przez analizator oddzielający artefakty pochodzące od „niechcianych” sygnałów fizjologicznych oraz innych urządzeń pracujących w sali operacyjnej. Po uzyskaniu oczyszczonego sygnału dane zostają zobrazowane w postaci wartości liczbowej PSI ( Patient State Index). Wykazuje ona dużą korelację ze zmodyfikowaną skalą oceny aktywności/sedacji (OAA/S – Observers Assessment of Alertness and Sedation Scale) (tab. I). Wartości PSI mieszczą się w granicach od 0 do 100, a zwiększenie stopnia sedacji powoduje ich obniżenie.
Tab. I. Zmodyfikowana skala oceny przytomności/sedacji (OAA/S)
| Liczba punktów | Rodzaj odpowiedzi |
|---|---|
| 5 | Natychmiastowa odpowiedź na imię wypowiedziane normalnym głosem |
| 4 | Opóźniona odpowiedź na imię wypowiedziane normalnym głosem |
| 3 | Odpowiedź uzyskana dopiero po kilkukrotnym lub głośnym wypowiedzeniu imienia albo obecność odruchu rzęsowego |
| 2 | Brak odruchu rzęsowego lub pozytywna odpowiedź na bodziec typu TOF (train-of-four) np. otwarcie oczu |
| 1 | Brak odpowiedzi na bodziec typu TOF |
| 0 | Brak odpowiedzi na stymulację bodźcem elektrycznym o częstości 50 Hz |
Monitor PSA pozwala na nadzorowanie czynności bioelektrycznej mózgu w czasie rzeczywistym, prezentując wyniki w formie cyfrowej i graficznej. Ze względu na rozmieszczenie elektrod sygnałowych umożliwia zobrazowanie funkcji obydwu półkul mózgowych w ich części czołowej. Umożliwia ocenę funkcji ipsilaterlanej półkuli mózgowej przy zabiegach przeprowadzanych na tętnicach szyjnych w znieczuleniu ogólnym. Ze względu na kształt elektrod i ich umiejscowienie na skórze głowy, mogą wystąpić trudności z monitorowaniem w niektórych przypadkach kraniotomii [10].
© Borgis - Nowa Pediatria 2/2002, s. 92-95
Krystyna Sidor, Wojciech Ostoja-Chrząstowski
Padaczka i jej leczenie u dzieci
Epilepsy and its treatment in children
z Kliniki Gastroenterologii i Żywienia Dzieci Akademii Medycznej w Warszawie
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. n. med. Andrzej Radzikowski
Summary
The article deals with the problem of diagnosis and treatment of epilepsy. The authors discuss steps for an apropriate diagnosis and correct treatment. Non-epileptic paroxysmal disorders and classification of epileptic seizures are presented. The indications for the most common drugs are included.
Padaczka jest chorobą układu nerwowego, występującą u dzieci i dorosłych. Częstość jej występowania w całej populacji ludzkiej wynosi 0,5-1%.
Padaczką określa się przewlekły zespół chorobowy, o różnej etiologii, w którym dochodzi do nawracających napadów na skutek nadmiernych wyładowań bioelektrycznych neuronów ośrodkowego układu nerwowego.
Warto zauważyć, że większość zachorowań na padaczkę przypada na pierwsze 10 lat życia. Fakt ten ma istotne implikacje kliniczno-terapeutyczne.
Rozpoznanie padaczki ustala się na podstawie objawów klinicznych (ruchowych, czuciowych, wegetatywnych) (1, 2) . Podstawą klasyfikacji napadów padaczkowych jest ich obraz kliniczny oraz cechy zapisu elektroencefalograficznego (3).
Dla uporządkowania charakterystyki oraz nomenklatury Międzynarodowa Liga Przeciwpadaczkowa opracowała Klasyfikację Napadów Padaczkowych (International Classification of Epileptic Seizures) ostatnio modyfikowaną w 1981 roku (tab. 1).
Tabela 1. Międzynarodowa Klasyfikacja Napadów Padaczkowych.
1. Napady częściowe 1a. Napady częściowe proste (świadomość nie zaburzona) 2. Napady uogólnione 2a. Napady nieświadomości 3. Napady niesklasyfikowane |
|---|
Z praktycznego punktu widzenia na początku istotne jest rozróżnienie czy napad był częściowy, czy uogólniony. Jeśli mamy do czynienia z napadem częściowym należy ustalić czy świadomość pacjenta była zaburzona, czy też nie. Gdy w trakcie napadu częściowego nie występują zaburzenia świadomości mówimy o napadzie częściowym prostym, jeżeli natomiast napad częściowy przebiega z zaburzeniami świadomości, nazywamy go napadem częściowym złożonym. Napady częściowe, zarówno proste, jak i złożone mogą, ulegać wtórnemu uogólnieniu. Napad uogólniony przebiega zawsze z zaburzeniami świadomości, gdyż nieprawidłowe wyładowania, o których mówi definicja padaczki, występują w neuronach całej kory mózgowej. W tym miejscu warto dodać, że pozamózgowe przyczyny drgawek (np. hipoglikemia, zaburzenia jonowe) najczęściej wywołują uogólnione napady drgawkowe, ponieważ czynnik wywołujący działa na wszystkie komórki kory mózgowej.
Rozpoznanie padaczki jest rozpoznaniem przede wszystkim klinicznym, dlatego konieczna jest dokładna analiza kliniczna problemu. Pomocne może być zwrócenie uwagi na kilka istotnych cech napadu padaczkowego, które podajemy za Lyon G., Evrard P. (4):
– Utrata świadomości trwa kilka sekund do kilku minut.
– Zmiany ustawienia gałek ocznych: wzrok skupiony w jednym punkcie lub przeciwnie rozproszony, odwrócenie gałek ocznych, boczny zwrot gałek ocznych, przejściowy oczopląs.
– Skurcze mięśniowe (klonie) obejmujące całe ciało, jego połowę, jedną kończynę albo jej fragment, połowę twarzy; automatyzmy ruchowe policzkowo-twarzowe lub dotyczące dłoni z postępującymi zaburzeniami świadomości.
– Skurcze toniczne obejmujące całe ciało, lub jedną kończynę, lub wywołujące rotację głowy i zwrot gałek ocznych lub wywołujące zatrzymanie oddechu.
– Sen ponapadowy. Splątanie ponapadowe.
– Charakter napadowy (nagły początek i koniec) i względnie krótki czas napadu (kilka sekund do kilku minut).
Powyższe cechy mogą pojawiać się w napadach padaczkowych w różnych kombinacjach a żadna z nich pojedynczo nie może być brana jako kryterium rozpoznawania padaczki.
Rozpoznanie padaczki u dzieci nie zawsze jest proste, gdyż często nie potrafią one jasno wyrazić swoich odczuć, bądź opisać swoich dolegliwości. Dodatkowo rozpoznanie utrudniają inne stany napadowe niepadaczkowe, które często występują w tej grupie wiekowej (tab. 2). Cechują się one dużą różnorodnością etiologiczną oraz obrazem klinicznym często przypominającym padaczkę, głównie ze względu na ich napadowy oraz nawracający charakter.
Tabela 2. Stany napadowe niepadaczkowe występujące u dzieci.
1 1. Napady anoksemiczne: ? omdlenia, 2. Epizody bezdechu lub bradykardii u niemowląt. 13. Ostre objawy emocjonalno-psychiczne, napady rzekomopadaczkowe (napady histeryczne, drgawki psychogenne, pseudodrgawki): 14. Tężyczka. |
|---|
Na podstawie Aicardi J (11).
Różnicowanie między padaczką a innymi stanami napadowymi ma bardzo ważne znaczenie, gdyż rozpoznanie padaczki najczęściej pociąga za sobą konieczność leczenia przeciwpadaczkowego (tylko w nielicznych sytuacjach można odstąpić od leczenia farmakologicznego, np. łagodna padaczka rolandyczna). Terapia ta jest długotrwała, może dawać pewne objawy niepożądane, a jej nagłe przerwanie grozi wystąpieniem stanu padaczkowego (nawet, jeśli leczone zaburzenie nie jest padaczką!). Dlatego właśnie tak bardzo istotne znaczenie ma odpowiedź na pytanie: czy mamy do czynienia z padaczką, czy innym stanem napadowym? W obrazie klinicznym ważny jest sam początek napadu, jego przebieg, czas trwania, objawy towarzyszące, podawane leki oraz zachowanie się dziecka po jego zakończeniu. Początek napadu jest szczególnie ważny w sytuacji, gdy u pacjenta wystąpił uogólniony napad drgawkowy, mógł to, bowiem być napad pierwotnie uogólniony, bądź napad częściowy wtórnie uogólniony. Odróżnienie tych dwóch rodzajów napadów ma duże znaczenie ze względu na planowane badania diagnostyczne oraz ewentualne leczenie.
Z reguły u pacjenta z zaburzeniami napadowymi, u którego podejrzewamy padaczkę, wykonujemy badanie elektroencefalograficzne (EEG), ponieważ jest to jedyne badanie, przy pomocy którego można wykazać istnienie nieprawidłowej czynności bioelektrycznej mózgu. Pamiętać jednakże należy, że prawidłowy zapis międzynapadowy nie wyklucza rozpoznania padaczki, a zmiany napadowe w zapisie EEG u pacjenta, który nigdy nie miał napadu drgawkowego nie pozwalają rozpoznać tej choroby. W sytuacji, gdy obraz kliniczny jest niejasny, po zebraniu wywiadu od rodziców, a nawet po osobistym obserwowaniu napadów występujących u pacjenta, wynik badania EEG może być decydujący. Niekiedy konieczne jest wykonanie badania video-EEG (pacjent jest filmowany w trakcie zapisu) lub 24-godzinnego badania EEG (zapis jest rejestrowany w ciągu całej doby podobnie jak badanie holterowskie serca).