Анализ медико-биологических методов исследования

На сегодняшний день неврология располагает широким спектром высокоинформативных инструментальных и аппаратных методов исследования нервной системы (КТ, МРТ, УЗДГ, ЭЭГ, ЭНМГ и др.).

Электроэнцефалография (ЭЭГ) —

1) метод электрофизиологического объективного исследования функцио-нального состояния головного мозга, основанный на графической регистрации его биопотенциалов;

2) раздел электрофизиологии центральной нервной системы, изучающий биоэлектрические процессы, связанные с возникновением активности в структурах мозга, с переходом их от относительного покоя к деятельному, активированному или тормозному состоянию.

Данные ЭЭГ наиболее широко используют для решения следующих основных исследовательских и ди­агностических задач: установления локализации патологического очага в головном мозге; дифференциального диагноза органических и функциональных заболеваний ц.н.с; изучения механизмов эпилепсии и выявления на ее ранних стадиях эпилептогенного фокуса при отсутствии типичных клин. симптомов заболевания; характеристики реак­ции активации коры головного мозга, а также ориентировочных реакций с оценкой латентных периодов и длительности периодов последействия раздражителей как с диагностической целью, так и при различных тестах (напр., при отборе контингентов лиц, устойчивых к экстремальным условиям их будущей произ­водственной деятельности); при определении эффективности проводимой терапии (нейротропными, противосудорожными и психотропными средствами); для обоснования физиол. безвредности действия новых анес­тетиков на ц.н.с. и определения глубины наркоза в процессе опера­тивного вмешательства; оценки об­ратимых и необратимых изменений мозга по нарушению биопотенциалов мозга в процессе затухания его функ­ции и с целью констатации смерти мозга.

В 1913 г. В.В. Правдич-Неминскийвпервые с помощью струнного гальванометра зарегистрировал раз­личные типы колебаний потенциалов обнаженного головного мозга собаки, а также представил их описание и классификацию. В 1928 г. немец­кий психиатр Бергер впервые записал биотоки головного мозга человека, используя в каче­стве отводящих электродов иглы, которые вводил под сухожильный шлем головы в лобной и затылочной об­ластях. Такой способ отведения био­токов мозга с поверхности неповреж­денного черепа был вскоре заменен прикладыванием к коже головы пластинок из неполяризующегося материала. Эта модификация отведения биопотенциалов мозга вошла в клин. практику, получив название электроэнцефалографии; регистрируемая при этом кривая колебаний биопотенциалов мозга была названа электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Бергер установил регулярность ритмических колебаний биопотенциалов коры головного мозга, дал первую класси­фикацию спонтанных ритмов ЭЭГ человека, описал их особенности в покое и изменения при функцио­нальной пробе (открывании глаз испытуемого во время записи ЭЭГ). Дальнейшее развитие Э. как метода электрофизиологического объективного исследования и внедрение ее в неврологическую, нейрохирурги­ческую и психиатрическую практи­ку связано с прогрессом электроники и разработкой многоканальных высокочувствительных электроэнцефалографов — приборов, предназначенных для регистрации биоэлектри­ческих процессов в структурах мозга (см. ниже).

Отечественная электроэнцефалография как раздел электрофизиоло­гии ц.н.с. развивалась в тесной связи с общей и экспериментальной нейрофизиологией и уже в начале 50-х гг. не ограничивалась лишь описанием формы колебаний биопотен­циалов мозга, их частотных и амплитудных характеристик в норме и при патологии. Начальный этап раз­вития клинической электроэнцефалографии характеризовался наряду с накоплением фактического материа­ла об особенностях общих (диффузных) и локальных изменений ЭЭГ при различных органических заболеваниях и функциональных состояниях мозга переходом к изучению условий возникновения тех или иных форм электрической активности, механизмов генерации биотоков мозга, связи их с динамическими процесса­ми возбуждения или торможения в коре головного мозга.

В 60-е гг. широкое развитие получила так наз. функциональная электроэнцефалография, изучающая реактивные изменения ЭЭГ в ответ на сплошную и ритмическую афферентную стимуляцию (световое и звуковое раздражения) с целью выявления очага патол. активности, особенно при опухолевых и сосудистых заболеваниях головного мозга. В это же время были начаты исследования локальных вызванных реакций мозга при кратковременных раздражениях разной модальности и так наз. неспецифических ответов коры. На основании изучения последних было установлено, что характер регистрируемых на ЭЭГ ответных реакций в значительной степени определяется соотношением возбуждений, поступающих в кору по­лушарий головного мозга по специфической (лемнисковой) и неспецифической (ретикулярная формация мозгового ствола) афферентным системам. Одновременно в ЭЭГ выделилось направление электрофизиологического изучения высшей нервной деятельности человека с описанием сложной и мозаичной нейродинамики, сопутствующей процессу выработки условных реакций человека в норме и при патологии.

В 60—70-е гг. заметно повысился интерес к прямой регистрации элек­трической активности подкорковых структур головного мозга человека с помощью имплантированных в мозг электродов — электросубкортикографии (ЭСубКоГ), способствующей изучению роли глубинных образований головного мозга в механиз­мах эмоциональных реакций и др. проявлений психической деятельности человека.

Современный этап развития кли­нической Э. характеризуется раз­работкой машинных методов коли­чественной оценки частотно-ампли­тудных и фазных изменений биопотенциалов мозга в норме и при пато­логии. Математический анализ ЭЭГ позволяет выявлять ее особенности, скрытые при обычной визуальной оценке. В наст. время путем кор­реляционного анализа и вычисления спектров когерентности исследуют взаимосвязанность отдельных ритмов в разных областях коры головного мозга в норме и при патологии.

Запись биоэлектрических процессов в структурах мозга производят с помощью электроэнцефалографа. Он состоит из коммутатора отведений, усилителя отводимых биопотенциалов, регистрирующего устройства, устройства калибровки, конструктивно объединенных и заключенных в общий корпус. Неотъемлемыми частями электроэнцефалографа являются также электроды, световой и звуковой стимуляторы. Существуют разные типы электродов: накладные, приклеивающиеся, игольчатые, кортикографические, имплантируемые (долго­срочные), многоконтактные зонды и др. Для исследования биопотенциалов базальной поверхности голов­ного мозга применяют специальные электроды, подводимые через носовые ходы к задней стенке носоглотки. Наиболее удобными в клин. практике являются накладные электроды-мостики, которые укрепляют на голове с помощью резиновых шлемов-сеток. С целью экспресс-диагностики, напр. при тяжелой черепно-мозговой травме, используют игольчатые электроды. Электроды, приме­няемые для отведения биопотенциалов мозга с определенных точек головы человека, имеют малое переходное сопротивление (между электродом и кожей головы), а также малое напряжение поляризации. Их, как правило, изготавливают из токопроводящих металлов, обладающих антикоррозионными свойства ми; обычно используют чистое се­ребро или его смесь с хлоридом се­ребра. Необходимый контакт при накладывании электродов на кожу головы создает специальная элект­родная паста. Коммутатор отведе­ний представляет собой многопози-ционный переключатель. В наст. время вместо механических коммута­торов отведений применяют электрон­ные (программные), которые позволя­ют автоматизировать процесс реги­страции биопотенциалов мозга и сократить время записи ЭЭГ. Чувст­вительность электроэнцефалографов достигает 1—0,2 мкв/мм. Для обес­печения такой чувствительности в диапазоне частот 0,5—100 гц су­ществуют различные устройства, по­давляющие внешние помехи полезного сигнала. Для количественной оценки амплитудных характеристик ЭЭГ в электроэнцефалографы встраивают устройство калибровки чув­ствительности, амплитуда напряже­ния которого находится в диапазоне от 20 до 5000 мкв.

Регистрирующее устройство электроэнцефалографа имеет несколько скоростей движения бумаги, чаще используют скорости 15, 30 и 60 мм/сек. Эффективная ширина записи не должна превышать 20 мм. В электроэнцефалографах применяют перьевой и струйный чернильные ви­ды записи, а также термическую запись на специальной бумажной ленте. В устройство электроэнцефалографа входят частотные фильтры, предназначенные для ограничения полосы ЭЭГ в пределах 15, 30, 75 гц.

По числу каналов записи ЭЭГ электроэнцефалографы бывают 8-, 16- и 32-канальными. Наибольшее применение в медицинской практике получили 8- и 16-канальные приборы, установленные для удобства эксплу­атации на передвижных тележках. С помощью дополнительных датчиков, приставок, встраиваемых блоков электроэнцефалографы позволяют регистрировать и другие электрофизиологические параметры — элект­рокардиограмму, электромиограмму, кривые дыхания и др.

Совершенствование электроэнцефалографов идет по пути автоматизации их управления и внедрения обработки ЭЭГ с помощью микро-ЭВМ и микропроцессоров. Результаты обследования больного при этом получают в цифровом или буквенном виде с заключением по диагнозу.

Для исследования биопотенциалов мозга, кроме электроэнцефалогра­фов, применяют электроэнцефало-скопы — приборы, позволяющие одновременно исследовать биопотен­циалы многих областей ц.н.с. На экране электронно-лучевой трубки электроэнцефалоскопа пространственное распределение биопотенциалов можно наблюдать по изменению яркости луча в соответствии со зна­ком и интенсивностью биоэлектри­ческих потенциалов в каждой точке отведения.

Запись ЭЭГ производят в свето- и звукоизолированном помещении для нивелирования ориентировочных реакций испытуемого на влияние внешних факторов. Современные электроэнцефалографы снабжены специальными фильтрами для подавления сетевых наводок тока, поэтому ранее использовавшиеся для записи ЭЭГ экранированные от электрических помех камеры необязательны.

Обследуемый в зависимости от тяжести состояния во время записи ЭЭГ находится в положении полулежа в специальном удобном кресле или лежит на кушетке с несколько приподнятым подголовником. Перед электроэнцефалографией обследуемого предупреждают о том, что процедура записи ЭЭГ безвредна, безболезненна, продолжается не более 20—25 мин., что надо обязательно закрыть глаза, расслабить мышцы туловища, конечностей, шеи и мышцы лица.

Фиксацию отводящих электродов на голове производят по междуна­родной схеме (рис. 9), в которой представлены основные точки наложения электродов, имеющие опре­деленные обозначения и соответст­вующие конкретным областям по­верхности мозга: лобные — F₃, F₄, нижнелобные — F₇, F ₈, лобно-полюсные — F_p1 F_p2, центральные — С₃, С₄, теменные — Р₃, Р₄, затылочные — О₁, О₂, передние и задние височные — Т₃, Т₄ и T₅, T₆, сагиттальные — P_z, C_z, F_z. Электроды устанавливают симметрично по от­ношению к средней линии головы так, чтобы расстояния между сосед­ними электродами с обеих сторон были одинаковыми. Индифферентный электрод, чаще накладываемый на мочку уха, обозначают буквой А. Электроды, расположенные на правой половине головы, обозначают четными номерами, на левой — нечетными. В клинической Э. используют схемы отведений с уменьшен­ным количеством электродов (10—12). Различают два способа отведений: биполярный, при котором запись ЭЭГ осуществляется от двух активных электродов, и монополярный, когда один электрод активный, а второй — индифферентный. Перед установкой электродов кожу на голове обезжи­ривают (протирают смесью спирта, эфира и ацетона), что обеспечивает нормальную величину переходного сопротивления.

Рис. 9. Схема расположения отводящих электродов на коже головы при электроэнцефалографии: буквами обозначены точки наложения электродов, соответствующих конкретным областям поверхности мозга, с которых ведется запись биопотенциалов (О — затылочные; Т — височные; Р — теменные; С — центральные; F — лобные; Fp — лобно-полюсные); четными цифрами обозначены точки наложения электродов, расположенные на правой половине головы; нечетными — на левой; точки, расположенные по средней линии (сагиттально), имеют индекс z.

В настоящее время признано, что ре­гистрация только ЭЭГ покоя (фоно­вой, спонтанной ЭЭГ) недостаточно информативна для оценки нечетко выраженных локальных нарушений и определения активности патол. очага, так или иначе влияющего на биопотенциалы соседних и отдален­ных областей полушарий головного мозга. С целью выявления патол. активности на ЭЭГ при клинической Э. используют ряд методических приемов. К ним относятся пробы с открыванием и закрыванием глаз во время записи ЭЭГ, а также экстероцептивные раздражения ритмичес­ким или сплошным светом и звуком, проприоцептивные и вестибулярные раздражения. Другими функцио­нальными пробами являются гипер­вентиляция, темновая адаптация, сон и депривация (лишение) сна. Выбор той или иной функциональной про­бы с целью уточнения соотношения очаговых и общемозговых наруше­ний у больных с локальными пора­жениями мозга определяется состоянием больного, а также конкретными задачами исследования.

По современным представлениям, ЭЭГ, регистрируемая через непов­режденные покровы головы, является суммарной, усредненной биоэлектрической активностью мозга, обус­ловленной синхронной активностью множества нейронов. При рассмот­рении теоретических вопросов Э. следует различать происхождение электрической активности головного мозга и происхождение ритмики биопотенциалов коры и подкорковых образований. Наличие постоянной регулярной ритмики на ЭЭГ свиде­тельствует против предположения о том, что на ЭЭГ регистрируется не­зависимая деятельность нейронных популяций, находящихся вблизи отводящего электрода. Суммарная ЭЭГ представляет собой организованный колебательный процесс, в котором визуально и особенно четко при автома­тическом машинном анализе можно выделить регулярные частотные составляющие.

ЭЭГ характеризуется такими основными показателями, как частота, амплитуда и фаза колебаний. Для трактовки физиол. значения тех или иных изменений ЭЭГ в норме и при патологии важно оценивать форму биопотенциалов, их устойчивость, пространственно-временные пара­метры.

В ЭЭГ выделяют следующие основные физиол. ритмы с диапазонами частот: 1—3 гц — дельта (Δ); 4— 7 гц — тета (θ); 8—13 гц — альфа (α); 14—20 гц — низкий бета (β_Н); 20—30 гц — высокий бета (β_в); свыше 30 гц — гамма (γ)(рис. 10). Кроме того, известны регистрируемые в определенных условиях роландический, или мю (μ)-, и каппа (χ)-ритмы, частота которых находится в пределах α-диапазона.

Рис. 10. Различные физиологические ритмы электроэнцефалограмм: 1 — дельта (Δ)-ритм; 2 — тета (θ)-ритм; 3 — альфа (α)-ритм; 4 — бета (β)-ритм; 5 — гамма (γ)-ритм.

Наиболее характерным, основным в ЭЭГ здорового человека является α-ритм, имеющий амплитуду в диапазоне 45—70 мкв, двухфазный характер и синусоидальную форму. Наибольшую выраженность α-ритм имеет в затылочных, затылочно-височных и затылочно-теменных областях головного мозга в состоянии относительного покоя обследуемого при закрытых глазах и расслаблении мышц. У 75—90% здоровых лиц α-ритм является доминирую­щим, у остальных здоровых лиц он может иметь уменьшенную ам­плитуду и не превышать выражен­ности других частотных компонентов. Открывание глаз во время ре­гистрации ЭЭГ, кратковременное световое раздражение вызывают четкую реакцию десинхронизации α-ритма, которую ранее называли блокадой или депрессией α-ритма. В настоящее время эти изменения α-ритма называют реакцией активации, воз­никающей в результате нарушения синхронности работы нервных элементов мозга в ответ на воздействие какого-либо внешнего или внутреннего фактора (рис. 11). Наличие или отсутствие реакции активации, степень ее выраженности во время раздражения и скорость восстановления исходного α-ритма после прекращения действия раздражителя (или при закрывании глаз) используются в диагностических целях, а также в экспертной практике как объективный критерий реактивности ц.н.с.

В норме на ЭЭГ, кроме α-ритма, выявляются и другие частотные ком­поненты, более частые и более мед­ленные, чем α-ритм.

Бета-ритм имеет частоту 14—30 гци амплитуду в диапазоне 15—20 мкв. Наиболее выражен этот ритм в центральных и лобных областях полушарий головного мозга. Он отражает активированное состояние подкор­ковых образований и коры головного мозга. Во время регистрации ЭЭГ при произвольном движении правых или левых конечностей ис­пытуемого или мысленном представлении им этого произвольного движения, особенно при записи с от­крытой поверхности головного мозга, т.е. при записи электрокортикограммы (ЭКоГ), проявляются изменения амплитуды β-ритма и α-ритма в передних отделах полушарий го­ловного мозга. Причем изменения β-ритма более выражены, чем насту­пающая при этом десинхронизация α-ритма. При перераздражении афферентных нервов амплитуда β-ритма увеличивается в 2—3 раза, α-ритм дезорганизуется, развивается состояние патологически устойчи­вой гиперактивации подкорково-корковых связей (ирритация). Такой тип диффузных изменений ЭЭГ наблюдается при гиперкинезах, болевых синдромах, в период обострения церебральной гипертензии и др.

Рис. 11. Электроэнцефалограмма в норме при одновременной многоканальной ре­гистрации биопотенциалов: α-ритм (ука­зан стрелками) преобладает в затылочно-теменных монополярных (О1, О2, Р3, Р4) и биполярных (О2РА; OtP3)отведениях; при функциональной пробе — открыва­нии глаза видна депрессия α-ритма (ука­зана квадратными скобками); после за­крывания глаз α-ритм восстанавливается.

Тета-ритм имеет частоту 4—7 гц, амплитуда его не превышает ампли­туды α-ритма. У здоровых лиц β-ритм проявляется с двух сторон в виде кратковременных эпизодов гл. обр. в передних областях по­лушарий. Он отражает активность срединно-стволовых образований го­ловного мозга и изменяется по мере возрастного созревания корково-стволовых связей в сторону сниже­ния амплитуды и длительности про­явления на ЭЭГ. При поражении глубинных структур мозга амплиту­да 0-ритма увеличивается до 400— 500 мкв, что отражает состояние чрезмерного, стойкого возбуждения образований мозгового ствола и сни­жения собственно корковой актив­ности.

Дельта-ритм имеет частоту 1—3 гци амплитуду, не превышающую у взрослых амплитуду 6-ритма. На­личие в ЭЭГ волн А-ритма указывает на снижение уровня функциональной активности коры, напр. при дремот­ном состоянии, утомлении. В норме Л-волны регистрируются кратковре­менно, диффузно, во всех отведени­ях; при включении раздражений любой модальности Δ-ритм сменяет­ся α-ритмом. При органических по­ражениях, напр. при опухолях моз­га, А-волны регистрируются локаль­но в зоне коры, окружающей патол. очаг, при раздражении они не исче­зают, а замедляются, амплитуда ко­лебаний при этом нарастает. Изме­нения А-ритма при раздражениях еще более подчеркивают зону ло­кальных патол. изменений на ЭЭГ или ЭКоГ.

В норме в суммарной ЭЭГ у 12 — 15% испытуемых можно выделить так наз. роландический ритм, или γ-ритм. Он имеет частоту 8—12 ко­лебаний в 1 сек. и амплитуду 40—60 мкв. От α-ритма роландический ритм отличается топографией и фор­мой. Он регистрируется преимуще­ственно в области центральной (роландовой) борозды полушарий го­ловного мозга, имеет форму аркооб­разных, однофазных колебаний по­тенциала, которые не изменяются при световых раздражениях и десинхро­низируются при мышечной нагруз­ке (сжатие кисти в кулак и др.).

Каппа-ритм по частотному диа­пазону (8—12 гц ) совпадает с α-рит­мом. Он регистрируется в височ­ных областях головного мозга при умственном напряжении, когда α-ритм в других областях полуша­рий подавляется. Полагают, что α-, χ- и γ-ритмы относятся к одной ка­тегории ритмической деятельности коры, они, по-видимому, сходны по происхождению и связаны с актив­ностью таламических структур.

Гамма-ритмом называют колебания потенциалов коры мозга с частотой более 30 гци амплитудой колебаний8—12 мкв. Частота γ-ритма варьир ует в диапазоне от 30 до 100 гц. Закономерные изменения γ-ритмаотмечаются при различных вадахумственной деятельности. Приобычной чернильной записи ЭЭГ выявить не удается, для его обнаружения необходима специальная обработка ЭЭГ.

На ЭЭГ иногда проявляются так сверхмедленные потенциалы, длительность которых измеряется секундами и даже десятками секунд. Сверх медленные потенциалы, по-видимому, играют роль в корреляции активности разных отделов мозга, в их «сонастройке» при выработке новых временных связей. На обычных электроэнцефалографах, не снабженных усилителями постоянного тока, записать сверхмедленные потенциалы через покровы черепа практически невозможно.

При разных формах функциональ­ной активности мозга в норме, а также при патологических и погра­ничных состояниях необходима ком­плексная оценка ЭЭГ. При этом важно учитывать не только выражен­ность отдельных ритмов, но и соот­ношения их частотно-амплитудных показателей и пространственного распределения. В настоящее время широ­ко внедряется математический ана­лиз ЭЭГ с использованием ЭВМ, который позволяет проводить частот­ную оценку суммарной ЭЭГ и выра­жать мощность каждого ритма в количественных показателях (рис. 12).

Рис. 12. Спектрограмма нормальной электроэнцефалограммы затылочной (О₂) и вентральной (С₄) областей: по оси ординат отложены количественные показатели мощности каждого частотного спектра вдецибелах; по оси абсцисс отложены частоты колебаний, составляющие суммар­ную электроэнцефалограмму (Д — дельта-ритм; Т — тета-ритм; А - альфа-ритм; Б — бета-ритм; автоматическая отметка частот­ного диапазона обозначена восклицатель­ным знаком).

Вывод

Невозможно назвать хотя бы одну отрасль экспериментальной, лечебной или профилактической медицины, которая могла бы рассчитывать на даже малый успех без применения электронной медицинской аппаратуры. Инструментальные методы оценки параметров жизнедеятельности организмов человека, животных и других представителей биосферы прочно вошли в повседневную практику специалистов связанных с исследованием биологических объектов – физиологов, биологов, ботаников, медицинских работников и др. В современной медицине и биологии широкое распространение получила измерительная и регистрирующая техника для решения самих различных задач по исследованию организма. При этом используется большой арсенал методов и средств, предназначенных для измерения разных медико-биологических показателей, а также для регистрации и анализа разных физиологических процессов, протекающих в организме. Результаты исследований представляются в виде набора чисел и графиков, отражающих состояние биологического объективно время проведения исследований. Необходимым условием эффективности таких исследований является оснащение лечебных и исследовательских учреждений современными методами лечения и исследования, а также современным оборудованием. Выбор методов в значительной степени зависит от решаемых медицинских и биологических задач. Количество методик, которые можно реализовать только с применением соответствующих технических средств постоянно растёт. Получили дальнейшее развитие методы исследования центральной нервной системы.

Список использованной литературы

1. М.А. Лемези. Пособие для поступающих в вузы. – Минск: Университетское, 1995.

2. Г.Н. Кассиль. Внутренняя среда организма. – М.: Наука, 1983.

3. В.М. Ахутин. Биотехнические системы. - Издательство ленинградского университета, 1981.

4. Анатомия и физиология человека. – К.: Высшая школа.

5. Ю.Г. Антомонов. Моделирование биологических систем. – К., 1994.

6. А.С. Батуев, А.П. Таиров. Мозг и организация движений. – Львов, 1979.