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 — Fp1 Fp2, центральные — С3, С4, теменные — Р3, Р4, затылочные — О1, О2, передние и задние височные — Т3, Т4 и T5, T6, сагиттальные — Pz, Cz, Fz. 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 (βН); 20—30 гц — высокий бета (βв); 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.