Сущность и физические основы метода электромиографии

1.4 Сущность и физические основы метода электромиографии

Электромиография как метод диагностики изучает, прежде всего, электрическую активность периферического аппарата нервной системы . При этом, в зависимости от целей исследования, оценивается как произвольная, так и вызванная путем стимуляции активность нейромышечного аппарата.

Физиологической основой ЭМГ, как и многих других методов функциональной диагностики, является изменение электрического потенциала биологических мембран, в данном случае - мембран мышечных волокон (MB), аксонов, входящих в состав смешанных периферических нервов, а также структур нервно-мышечного синапса.

Исходный уровень поляризации мембраны MB в состоянии покоя составляет около 60-90 мВ. Поддержание этой разности потенциалов происходит за счет энергии метаболизма мышечной клетки, которая обеспечивает функционирование калий-натриевого (K-Na) насоса, осуществляющего выведение ионов Na⁺ из клетки и транспорт ионов К⁺ в нее. Возникающая ионная асимметрия приводит к формированию потенциала мембраны нервной клетки.

Аналогичен механизм обеспечения потенциала покоя (ПП) мембраны аксона. Разность потенциалов между внутриклеточной жидкостью, заряженной отрицательно относительно внеклеточной среды, и экстра-целлюлярным пространством составляет 60-90 мВ.

Наличие ПП биологических мембран является условием их нормального функционирования и генерации электрической активности. При прекращении обмена веществ или грубом его угнетении ПП стремится к нулю. С этим связано угасание биоэлектрической активности в случае гибели тканей.

Рис. 2. Потенциал действия мембраны и динамика ионной проницаемости.

Исходно от уровня потенциала покоя (-90 мВ) начинается I-я фаза деполяризации, сменяющаяся на уровне нулевого (0 мВ) мембранного потенциала противоположным знаком овершутом (+ 40 мВ) и затем переходящая в II-ю фазу реполяризации по пути возвращения значений мембранного потенциала к потенциалу покоя. Отклонения от пути возвращения называют III-й фазой – следовым потенциалом:

а) положительным – при продолжающейся реполяризации.

б) отрицательный – при развитии деполяризации.

Основное участие в развитии фазы деполяризации принимает входящий в клетку поток положительных ионов натрия (Na+), перезаряжающих внутреннюю поверхность мембраны. На смену быстрой активации натриевой проницаемости пороговым раздражителем приходят процессы инактивации входа Na+ и активации выхода из клетки ионов калия (K+), что проявляется фазой реполяризации – возвращения зарядов на внутренней поверхности мембраны к отрицательным значениям (рис. 2).

При возбуждении нервной клетки, в частности мотонейрона, в наиболее возбудимом месте (аксональный холмик) возникает ПД, который распространяется вдоль аксона. Распространение нервного импульса по аксону происходит за счет последовательной деполяризации соседних участков мембраны с образованием ПД (Рис. 3) со скоростью около 0.5-5 м/с.

Рис. 3. Схема движения возбуждения по немиелиниазированному волокну

Данный механизм проведения характерен для немиелинизированного нервного волокна.

В миелинизированном нервном волокне аксон окружен особой оболочкой, называемой миелином. Миелин по своей структуре - мембранное образование, состоящее преимущественно из фосфолипидов и по электрическим свойствам являющееся диэлектриком. Удельное сопротивление миелина достигает величины 500-800 Мом/см². Другой важной особенностью миелина является малая величина удельной емкости (0.0025-0.005 мкФ/см²). Функции миелиновых оболочек в периферических нервах и в нервных волокнах головного и спинного мозга разнообразны и до конца не изучены. Это изолирующая, опорная, барьерная, возможно, трофическая функция, участие в передаче импульсов.

На всем протяжении нервного волокна через определенные промежутки (около 1 мм) миелиновая оболочка имеет перерывы. Данные немиелинизированные участки называют перехватами Ранвье. Отмечено, что в перехватах Ранвье возбудимость мембраны выше и больше плотность K-Na насосов, чем на миелинизированных участках мембраны аксона. При прохождении возбуждения деполяризуется мембрана в зоне перехвата Ранвье и возникает потенциал действия, который по своей электрической природе является переменным током. Благодаря электрическим особенностям миелина, локальные токи возбуждения не выходят в межперехватном участке, а деполяризуют следующий перехват Ранвье. Таким образом, электрический импульс движется как бы "скачками" (сальтаторно) между перехватами или даже через 2-3 соседних перехвата (Рис. 4), поэтому скорость проведения импульса по этим волокнам значительно выше (15-120 м/с).

Рис. 4. Схема движения возбуждения по миелиниазированному волокну

Важным фактором, определяющим скорость проведения по миелинизированному волокну, является отношение амплитуды ПД к пороговой величине деполяризации мембраны перехвата Ранвье. Данное соотношение имеет величину порядка 7. Уменьшение этого фактора безопасности любыми воздействиями приводит к снижению скорости проведения.

В процессе биологической эволюции морфология нервных волокон оказалась хорошо приспособленной к оптимальному проведению по ним импульса. Морфометрические исследования выявили постоянство отношения длины межперехватного участка к диаметру нервного волокна. Для реальных волокон это соотношение оказалось 0.5-0.7. Данное свойство миелинизированных волокон у позвоночных позволяет сохранить оптимальные условия проведения ПД по волокнам разных диаметров.

Известно, что аксон, идущий от мотонейрона, при входе в мышцу делится на терминали соответственно количеству иннервируемых им мышечных волокон. При этом суммарный диаметр данных терминалей не превышает диаметр аксона. Для обеспечения проведения импульса по этим волокнам они теряют миелиновую оболочку.

При подходе к мышечному волокну терминаль аксона образует систему, позволяющую переходить ПД на мышечное волокно. Данный аппарат называют нервно-мышечным синапсом.

Концевые пластинки концентрируются в так называемых "двигательных точках", располагающихся чаще в месте максимального выбухания мышцы при произвольном сокращении. Знание этого факта необходимо, в частности, при исследовании прямой электровозбудимости мышц, так как при нанесении раздражения в данных точках можно получить максимальный моторный ответ при минимальной интенсивности стимуляции.

ПД мышечного волокна распространяется с небольшой скоростью (3-5 м/с) за счет постепенного вовлечения соседних участков мембраны.

1.5 Электромиография как метод функциональной диагностики

Электромиографическое обследование является примером прикладной нейрофизиологии и, следовательно, функциональным исследованием, отвечающим на определенные клинические вопросы. Прежде всего, это касается патофизиологического состояния нервно-мышечного аппарата в целом с преобладанием поражения тех или иных элементов ДЕ.

В прикладном плане ЭМГ решает следующие задачи:

1. Научно-исследовательские.

2. Диагностические.

3. Прогностические.

4. Контроль эффективности лечения.

Основными целями ЭМГ как метода функциональной диагностики являются:

1. Выявление уровня поражения нервно-мышечного аппарата.

2. Определение топики поражения и распространенности процесса.

3. Определение характера поражения.

4. Определение степени выраженности патологического процесса.

ЭМГ (ЭНМГ)- полимодальный метод исследования, включающий в себя большое количество методик. По способу получения данных, характеру исследования и методам обработки данных в ЭМГ выделяют следующие методики обследования:

1. Интерференционная поверхностная ЭМГ.

2. Стимуляционная ЭМГ.

•Исследование М-ответа и скорости распространения волны по моторным волокнам (СРВм).

•Исследование потенциала действия нерва и скорости распространения волны по сенсорным волокнам (СРВс).

•Исследование поздних нейрографических феноменов (F-волна, Н-рефлекс, А-волна).

•Исследование мигательного рефлекса.

3. Ритмическая стимуляция и определение надежности нервно-мышечной передачи (декремент-тест).

4. Игольчатая ЭМГ.

• Исследование потенциалов двигательных единиц (ПДЕ).

• Исследование интерференционной кривой с анализом по Виллисону.

5. Магнитная стимуляция.

• Исследование центрального времени моторного проведения.

• Исследование М-ответа и СРВм по глубоко расположенным нервным стволам.

Исходя из вышесказанного, можно дать следующее определение данного метода функциональной диагностики.

ЭМГ (ЭНМГ) - это комплекс методов оценки функционального состояния нервно-мышечной системы, основанный на регистрации и качественно-количественном анализе различных видов электрической активности нервов и мышц

ИГОЛЬЧАТАЯ ЭМГ (ЛОКАЛЬНАЯ)

Анализ параметров ПДЕ (позволяет сузить круг возможных заболеваний и места преимущественного поражения); построение гистограмм распределения ПДЕ по длительности (возможность определения стадии денервационно-реиннервационного процесса).

Данный метод является базисным в силу своей информативности и точности. Цель игольчатой ЭМГ определить уровень поражения в двигательной единице, что поражено: мотонейрон передних рогов спинного мозга, аксон или мышечное волокно. Комплекс из мотонейрона, аксона и мышечного волокна и называется двигательной единицей. Дифференциальный диагноз уровня поражения очень важен при ряде неврологических заболеваний. Сущность методики состоит в исследовании мышц игольчатым электродом, который вводится в двигательную точку мышцы (место, где нерв входит в мышцу). Игольчатые раздражающие электроды применяют преимущественно в тех случаях, когда исследуемый нерв расположен глубоко и труднодоступен стимуляции.

СТИМУЛЯЦИОННАЯ ЭМГ (ЭНМГ)

Сущность метода заключается в наложении отводящих электродов на мышцу, иннервируемую исследуемым нервом и последующей стимуляции нерва с точек, где нерв близко подходит к поверхности. Скорость по двигательным волокнам и сенсорным волокнам служат для уточнения характера патологии периферического нерва (аксонопатия или миелинопатия) и локализации патологического процесса на протяжении нерва.

В основе метода ЭНМГ лежит применение электрической стимуляции нервного ствола с последующей регистрацией и анализом ВП, отводимых с иннервируемой им мышцы или непосредственно с самого нервного ствола. Современная аппаратура позволяет регистрировать ПД нерва, а также мышечные потенциалы — М-ответ, Н-рефлекс, F-волну и некоторые другие. К феноменам, регистрируемых при стимуляционной ЭНМГ, относят, прежде всего, М-ответ.

Рис. 5. М-ответ в норме

М-ответ (М-волна) (рис. 5) - суммарный потенциал мышечных волокон, регистрируемый с мышцы при стимуляции иннервирующего ее нерва одиночным стимулом. Обычно М-ответ регистрируют с помощью поверхностных электродов, которые более объективно и полно отражают суммарную активность мышцы по сравнению с игольчатыми электродами. При изучении М-ответа обращают внимание на следующие его характеристики.

Интенсивность порогового раздражения - минимальное электрическое раздражение, способное вызвать М-ответ. Грубое повышение порога раздражения свидетельствует о поражении соответствующих нерва или мышцы.

Латентность (латентный период). Увеличение латентности при стимуляции нервного волокна в дистальной точке свидетельствует о нарушении проведения возбуждения по дистальным (маломиелизированным) нервным волокнам, что позволяет интерпретировать эти изменения как признак преимущественно аксонального поражения нервного проводника на терминальном уровне.

Форма. Форма М-ответа зависит от ряда факторов. Прежде всего, от расположения отводящих электродов (чаще активного - анода). Изменение формы - появление псевдополифазии и полифазии - может выявляться при патологии части нервных или мышечных волокон. Изолированное изменение формы М-ответа (на фоне удовлетворительной терминальной латентности, скорости распространения возбуждения и амплитуды) является свидетельством ранее перенесенного поражения нервного проводника. Однако использование изолированного изменения формы М-ответа как самостоятельного критерия определения поражения нервного проводника считаем неправомочным.

Амплитуда. Амплитуду определяют как от негативного до позитивного пика, так и от негативного пика до изолинии. В нашей лаборатории используем второй способ. Максимальная амплитуда отражает суммарный ответ двигательной единицы. Амплитуда максимального М-ответа имеет значительные индивидуальные различия. На этом основании многие исследователи считают диагностическую эффективность измерения амплитуды М-ответа невысокой. Амплитуда М-ответа зависит в основном от немиелинизированных или слабомиелинизированных волокон с низкой скоростью распространения возбуждения. Снижение амплитуды М-ответа может быть связано с увеличением его длительности и свидетельствовать о поражении корешков. Предлагаем рассматривать изолированное снижение амплитуды М-ответа как признак невропатии нервного проводника без указания преимущественного типа поражения (демиелинизирующий или аксональный)

Глава 2. Материалы и методы