Ваш город: Москва
Выбрать другой город
  • Зарегистрироваться

Введение в поверхностную электромиографию жевательных мышц. Часть 3.

Стоматологические статьи
  • 10 марта 2009
  • 1531
Междисциплинарная стоматология, Гнатология
Теория

3.0 Введение в поверхностную электромиографию (ПЭМГ)

В процессе электромиографического исследования регистрируется элетрическая мышечная активность, феномен возникновения боэлектричества при сокращении связан с возбуждением большого количества ДЕ (рис. 3.1).

Такой импульс вызван разницей потенциалов между внутренней и наружной частями мембраны мышечных клеток.

Если клетке сообщается стимул достаточной величины (механический, электрический, химический), то сопротивление току ионов полностью снимается и развивается очень быстрое изменение полярности, которая восстанавливается до исходного значения в состоянии покоя.

Таким образом возникает потенциал действия с характерным видом «единичного разряда» (one shot), когда активной фазе предшествует необходимый период восстановления (рефрактерный период), во время которого мембрана полностью невосприимчива к какой-либо внешней стимуляции до тех пор, пока не будут восстановлены исходные условия; потенциал действия длится может возникнуть снова во время относительного рефрактерного периода (рис. 3.2).

Поток ионов формирует систему токов, которые проходят через мембрану в обоих направлениях и обеспечивают возможность распространения возбуждения и развития внеклеточного потенциала действия.

Распространение такого потенциала можно представить в виде волны, которая, возникнув в одной точке, далее перемещается пассивно. Такое сравнение однако, предполагает существование потери жнергии в процессе распространения за счет трения, вязкости и других неблагоприятных феноменов.

На самом деле, импульс распространяется вдоль возбудимой среды, циркулярные токи которой возникают во времени и пространстве в строгом соответствии со временем активации каждого канала.

Для сравнения можно представить ряд фишек домино, которые падая друг за другом создают незатухающую волну. Такое сравнение также помогает представить ограничеия потенциала действия:

• каждая фишка является источником локальной энергии,

• каждая фишка имеет рефрактерный период равный времени возращения её в исходное положение.

Понятие потенциала.

Каждый раз, когда возникает заряд, окружающая среда реагирует изменением в зависимости от влияния, которое этот заряд оказывает на другие, возникающие рядом с ним.

Таким образом, заряд порождает электрическое поле, то есть изменяет своим присутствием окружающее пространство; интенсивность этого явления зависит от энергии, требуемой для перемещения заряда q на некоторое расстояние d (U=qEd).

Электрическая потенциальная энергия зависит от величины заряда q, который собирается переместиться.

Потенициал (V=U/q) является энергией, необходимой для перемещения единого заряда в поле.

Рассмотрим заряд (диполь или триполь), помещенный в жидкость, у которой можно измерять потенициал на внешней поверхности грацицы вода/воздух. Некий ток потечет от положительного точечного полюса к ортицательно заряженным стенкам объема, в котором распространяется заряд, и вызовет на поверхности потенциал в форме колокола с макимальным значением, зависимым от положительного заряда.

Перемещая вольтметр по всей поверхности воды, можно построить карту значений электрического потенциала в зависимости от пространственных координат.

Дальнейшее погружение источника приведет к уменьшению выраженности пика, что можно было ожидать, если сравнить это с поружением источника света в мутную жидкость.

С увеличением глубины будет возникать более приглушенное и смазанное растянутое изображение. Это связано с эффектом размывания границ (blurring), который изменяет сигнал. Для рефокусировки требуется специальная техника.

Ток, генерируемый мышечным волокном должен преодолеть практически четыре различных среды, каждая из которых имеют свою электрическую проводимость и пути растпространения:

• мышцы, анизотропная с очень высокой проводимостью,

• жировая ткань, приктически непроводящая и изотропная,

• кожа, анизотропная с очень высокой проводимостью,

• воздух, изолятор, в котором находятся регистрационные электроды.

Поверхностные электроды

Электрическая активность мышцы, проводящаяся на лежащую снаружи кожу, регистрируется с помощью поверхностного электрода, который фиксирует изменения потенциала в определенной точке, сравнивая из с электрической активностью эталонного электрода, расположенного в зоне слабой электрической активности или вне зоны исследования (например, на мышце в другой анатомической области).

Поверхностные электроды состоят из металлического кольца, которое регистрирует изменение потенциалов на границе кожа-электрод в результате проведения электрических процессов.

Электрический контакт между двумя поверхностями заметно улучшается при использовании в качестве прокладки проводящей пасты и металлического диска вогнутой формы, удерживающего её. Нужно избегать однако избыточного нанесения пасты, которая при выходе за граница кожно-электродного контакта способствует рассеиванию электрических потенциалов в окружающих тканях. Таким образом, кожа в области контакта должна быть высушена от пота, который сам по себе является электрическим проводником, и очищена от кератинового слоя отшелушивающейся кожи, что приводит к значительному уменьшению сопротивления (необходимо энергично потереть кожу ватным тампоном, смоченном спиртом).

Недостаток равновесия на границе кожа-электрод может повлиять на поток поляризующих потенцилаов на входе, чувствительных к большому числу факторов:

а. к измнению температуры.

b. к относительной влажности окружающей среды.

c. к степени потливости испытуемого.

d. к движениям электрода или подлежащей кожи.

a. e. к интенсивности тока через поверхность контакта.

Электроды бывают монополярными и биполярными.

Монополярный электрод имеет недостаток, который проявляется в невозможности регистрации сигнала с поверхности смежной с зоной интереса, включая электрические импульсы, возникающих в разных точках исследуемой поверхности. Биполярный электрод (рис. 3.3) способен преодолевать артефакты благодаря наличию двух регистрирующих поверхностей, которые записывают потенциал, вознкающей в исследуемой мышце, как две отличающиеся волны в сравнению в электродом заземления. Это является следствием наличия расстояния между двумя полусами регистрации и временной последовательности электрохимических явлений, вызывающих распространение ПД.

Два импульса проходят через дифференциальный усилитель, который их усиливает и уничтожает схожесть двух комплексов. Фактически, биполярный электрод работает как пара монополярных электродов.

В обычной мышце два электрода, расположенные на расстоянии более 10 мм в поперечном направлении относительно оси мышечного брюшка, фиксируют главным образом асинхронные потенциалы, то есть принадлежащие к разным ДЕ. Процентное соотношение парных синхронных ипульсов между ними не превышает в целом 20%. Следовательно, волокна, принадлежащие одной ДЕ, в поперечной сечении не превышают 10 мм.

Исключением являются маленькие мышцы рук и лица, в которых синхронизация достигает 50% (Facio и Loeb, 1984).

Два полюса, таким образом, располагаются на расстоянии 10 мм, при этом отмечается максимальная селективность биполярного электрода и параллельность телу мышцы.

Волна деполяризации регистрируется с двух полюсов с интервалом времени пропорциональным скорости прохождения потенциала межполюсного расстояния.

Два импульса, поступающих одновременно в дифференциальный усилитель, имеют разные знаки. Следовательно, каждая волна с периодом равным d (расстоянию между полюсами) вычитается (частота отмены), в то время как волны с периодом 2d суммируются и регистрируются (частота регистрации). Дифференциальное усиление повторяется для каждого интегрального множества значений волновых частот, которые составляют потенциал действия моторной единицы.

Геометрия электродов, возможные комбинации импульсов

При регистрации миоэлектрического импульса исследователям и врачам необходимо принимать во внимание несколько фундаментальных понятий.

Один и тот же источник потенциала действия (ПД) может генерировать рельефный импульс, чья форма, полнота и продолжительность различаются в зависимости от:

a. конфигурации электродов

b. поверхностей и формы электродов

c. расстояния между электродами

d. пространственного расположения электродов по отношения к концевой пластинке и/или соединениям

e. ориентации электродов относительно пространственной структуры мышцы.

Важность каждого из этих факторов приводит к необходимости стандартизации методики регистрации.

Разница регистрируемых потенциалов при ЭМГ вызвана распространением вдоль мышцы фронта деполяризации и реполяризации, который называется ПД.

Движение ионов, которое создает этот фронт, являтся электрическим током, текущим в интерстициальной жидкости, который в свою очередь влечет временное изменение трансмембранного потенициала (приблизительно 110 мВ) продолжительностью около 1 мсек, который может быть зарегистрирован электродом, расположенный поблизости (рис. 3.4).


 

В то же время широкая металлическая поверхность (в сравнении с единичным волокном) располагается на некотором расстоянии (межлежащие слои гиподермы, дерма, эпидермы) и регистрируется активность многих волокон.

Фронт ПД, возникающий науровне концевой пластинки, распространяется в оптимально проводящем электролите, которым является внеклеточная жидкость, во всех трех плоскостях пространства и формирует проводящий объем.

Мышечная ткань оказывает сопротивление (Z) распространению потенциалов, которое пропорционально частоте (меньше при низких частотах) и функциональному расстоянию между электродом и активной ДЕ.

Это сопротивление не одинаково во всех направялениях, но определяется направлением (анизотропное проведение), что связано со строением мышцы.

Мышечные волокна расположены параллельно друг другу, интерстициальная жидкость циркулирует по параллельным канальцам, повторяющим ход волокон.

Эти канальцы формируют пути низкого сопротивления, которые разветвляются в ткани и затрудняют пространственное определение фронта деполяризации, вызванного потенциалом действия. Кроме того, распространение еще больше усложняется в связи с прохождением волн потенциалов через ткани гетерогенного строения, такие как жир, фасции, гиподерма (подкожно-жировая клетчатка), дерма, кожа.

Исследования, проведенные Epstein-Foster (цитируется по Basmajian и De Luca, 1985), показали, что сопротивление, возникающее на распространение волны деполяризации вдоль нормали к волокну приблизительно в 7/10 раз превышает сопротивление, возникающее в ответ на распространение волны вдоль интерстициальных каналов, параллельных волокнам.

Отсюда вытекает необходимость расположения биполярного электрода с металлическими контактными дисками максимально параллельно ходу мышечных пучков, входящих в состав тела исследуемой мышцы. Регистрируемые потенциалы действия двигательной единицы от 10 раз меньше до 3-5 раз больше длительности комплексов, которые определяются в одном волокне.

Это связано с:

• относительным увеличением регистрирующей поверхности электрода, что приводит к фиксации усредненного значения электрической активности располагающихся под ним струткру

• затуханием сигнала при объемном проведении, которое приводит к уменьшению напряжения и которое обратно пропорционально квадрату расстояния между поверхностью электрода и исследуемой поверхностью

• асинхронностью, с который потенциалы отдельных волокон достигают поверхности регистрации

• электрическими характеристиками материала элетрода

При проведении ЭМГ поверхностными электродами необходимо учитывать:

1. расстояние между поверхностью регистрации и источником импульса

2. величину потенциалов, которая влияет на способность их собственной интеграции со стороны регистрирующего электрода

3. комплексные эффекты различных тканевых компонентов, таких как кожа, жир, соединительная ткань, сосуды, которые приводят к затуханию электрического потенциала, замедлению скорости изменения ПД с последующим увеличением периода (определяется как временной интервал между точками волны на одной изоэлектрической линии)

Объемное проведение

Потенциал, регистрируемый на поверхности кожи, зависит от импульса, возникающего вдоль мышечного волокна, который уменьшается во время продвижения к поверхности через среды с различной проводимостью, изотропностью и толщиной.

К примеру, величина максимального потенциала, регистрируемого на поверхности кожи, меняется от толщины жировой ткани по экспоненциальной кривой, что может свидетельствовать о полной фильтрации на поверхности сигнала от глубоко расположенных волокон.

Интерпозиция таких слоев как плохо проводящий жир и хорошо проводящая дерма кроме фильтрующего эффекта определяет увеличение импульса в ортогональном направлении по сравнению с направлением его распространени.

Феномен crosstalk

Под crosstalk (англ. перекрестная помеха) имеется в виду миоэлектрический потенциал, регистрируемой на коже, расположенной над одной мышцей, но генерируемый соседней мышцей и распространящийся посредствой объемного проведения межлежащих тканей.

Проявление этого феномена тем более вероятно, чем больше поверхность регистрации используемой системы электродов.

Системы с двойными дифференциальными электродами с межэлектродным расстоянием в несколько миллиметров гораздо менее чувствительны по сравнению с однодифференциальными системами, особенно при большом межэлектродном расстоянии.

Феномен искажения импульса, регистрируемого на коже, связанный с прохождением через слои с различными характеристиками (жир, дерма), увеличивает вероятность регистрации импульсов с прилежащих мышц.

Временные и частотные переменные

Физические величины или переменные, используемые для описания характеристик миоэлектрического импульса, часто классифицируются как «временные», поскольку требуют для подсчета только временных показателей распространения импульса для получения необходимой информации, и «частотные», которые требуют спекрального анализа и описывают спект импульса.

Теоретически, первые несут информацию о величине импульса, его статистическом распространении, числа пересечений нулевой отметки или числа пиков и снижений уровня сигнала во времени, вторые описывают гармонические характеристики импульса, то есть распределние спектра по величине или мощности, получаемое с помощью преобразования Фурнье.

Переменная величины считается эффективной (RMS root mean square или корень квадратный из среднего квадратичного значения) коррелирует с электрической мощностью импульса.

Переменные частоты обычно быват:

• среднечастотные (MNF mean frequency)

• срединночастотные (MDF median frequency)

Первая представляет собой значение центроида частот мощностного спектра, вторая является значением частоты, которое разделяет мощностной спектр на части одинакого размера.

Во время произвольного мышечного сокращения, продолжающегося во времени, спектр поверхностных миоэлектрических импульсов смещается влево и его значащие гармоники включает последовательно более низкие значения частоты.

Одним из возможных способов описания измнения импульса во времени является изображение одной или нескольких таких частот в виде функции от времени.

Мышца в покое

Анализ этой фазы проводится с калибровкой 50 мкВ/см и при сокрости распространеия 5-10 см/с.

При визуализации могут определяться 2 типа потенциалов.

Первый, более часто встречающийся – потенциал распределения.

Он определяется как спонтанная и непроизвольная разрядка ДЕ, характеризуется нерегулярностью и частотой ниже 5 Гц, которая является минимальной пороговой для произвольной активации ДЕ.

Потенциалы распределения частно регистрируются на глазодвигательных мышцах. Таким образом, распределенный потенциал характеризуется частотой, нерегулярностью ритма возникновения и строением, которое может быть простым и сложным.

Простые распределительные импульсы могут быть двух- или трехфазными, сложные – полифазными.

Полифазные разделяются на 2 подкласса: полифазные комплексы с числом пересечений изоэлектрической линии более 4, что указывает на обычный но полифазный двигательный потенциал, и полифазные разряды итеративные или повторяющиеся, которые указывают на ДЕ, разряжающие многократно.

В случае сокращения рефрактерного периода одна активация может вызвать залп потенциалов с одной ДЕ, формируя электрический комплекс, состоящий из 2, 3 и даже 5 последовательный разрядок.

Итеративные потенциалы являются по сути клоническими и свидетельствуют с состоянием алкалоза или тетанической патологии.

Другие выявляющиеся комплексы определяются как потенциалы фибрилляции и характеризуются продолжительность 0,5-1,5 мс и величиной 50-300 мкВ.

При регистрации спонтанной активности волокна имеют частотную характеристику 2-20 Гц и правильный ритм. Предположительно возникают в результате изменения возбудимости мышечной мембраны, приводящей к нестабильности и тихому ответы на общие стимулы (механические, химические и др.).

Такая иррегулярность мембраны проявляется при разных условиях, в частности, гиперкалиемии, локальной травме, воспалительных состояниях.

Минимальное сокращение

При этом исследовании нужно попросить испытуемого осуществить минимальное сокращение. При выполнении сокращения можно регистрировать активность ДЕ в 5 Гц, что является минимальным пороговым значением частоты и ассоциируются обычно в маленькими ДЕ, так называемыми I типа.

С увеличением силы сокращения первая вовлеченная ДЕ отвечает увеличением частоты, которое сопровождается включением других ДЕ.

Момент регистракции активности второй ДЕ характеризует интервал вовлечения, определяемый как временной интервал между последовательными спайками (ПД) от первой ДЕ до момента запуска второй.

Этот параметр один из наиболее чувтствительных в классификации патологии.

При нервных болезнях он уменьшается по причине уменьшения иннервируемых ДЕ, первая ДЕ показывает увеличение частоты разрядки в момент вовлечения второй. Наоборот, в продромальном периоде мышечного заболевания, частота разрядка первой ДЕ снижается в момент активации второй, что связано с сокращением функционирующих мышечных волокон и уменьшением силы сокращения одной ДЕ.

Максимальное сокращение

При изучении максимальной силы, развиваемой при произвольном сокращении, калибровка выполняется на шкале 200-500 мкВ и на скорости распространеия (sweep speed) 10 мс/см, что важно для визуализации всех потенцилов действия, возникающих в мышце.

Статья предоставлена компанией "Валлекс М"

Регулярно читаете статьи по специальности? Подпишитесь на нашу рассылку.

No comments yet