Задача 2. Регистрация ЭЭГ человека и ее изменений при различных функциональных пробах.

 

Разным уровням сознания (сон, бодрствование), различным физиологическим состояниям мозга соответствуют неодинаковые формы его биоэлектрической активности, регистрируемой с поверхности черепа. Электрическая активность с поверхности мозга кролика впервые была зарегистрирована Р. Каэтоном в 1875 г. После изобретения струнного гальванометра появилась возможность записывать биопотенциалы, возникающие в мозге. Впервые электроэнцефалограмма (ЭЭГ) от поверхности черепа животного была зарегистрирована В.Правдич-Неминским в 1925 г. Применив струн­ный гальванометр, он показал, что для мозга животного харак­терно наличие ряда ритмов электрической активности. Первые отведения электрической активности от головного мозга человека были сделаны австрийским физиологом-психиатром Г.Бергером в 1929 г. Зарегистрированная ЭЭГ представляла собой колебания незначительной амплитуды с частотой 10 в секунду и не сразу привлекла к себе внимание физиологов и клиницистов. Начиная с 1930 г., после публикаций работ английского исследователя Э.Эдриана и его сотрудников, ЭЭГ становится признанным методом исследования мозга.

Развитие электроэнцефалографии идет параллельно с усовер­шенствованием методов регистрации ЭЭГ и развитием электрон­ной техники. Качественным скачком явилась возможность приме­нения компьютерной обработки ритмов ЭЭГ. Разработаны мето­ды цветной графики на экране дисплея с выведением результатов на "карты" мозга. В последние годы появились компьютеры, по­зволяющие обрабатывать большие объемы информации, а это привело к возможности получать изображение мозга и его отдель­ных фрагментов. К новым методам относятся рентгенологическая компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография и томография с ядерным магнитным резонансом. Но регистрация ЭЭГ является более доступным методом и может быть первичным исследованием для выявления той или иной патологии мозга и рекомендации дальнейшего обследования больного, если для этого выявлены показатели.

Какова природа регистрируемой ЭЭГ мозга человека и живот­ных? Первоначально считали, что сложные ритмы ЭЭГ опреде­ляются теми же биологическими процессами, которые возникают в периферических нервах, т.е. суммацией ПД, которые возникают в нервных клетках коры головного мозга. Но развитие микроэлек­тродной техники позволило выявить существенные различия между активностью отдельных клеток и суммарной активностью мозга: ЭЭГ определяется более длительными процессами неимпульсной природы, такими как синаптические и дендритные потенциалы. Открытие возбуждающих (ВПСП) и тормозных (ТПСП) постсинаптических потенциалов, а также новые данные о свойствах дендритов корковых нейронов привели к формированию представле­ния об ЭЭГ как суммации в основном постсинаптических градуальных потенциалов корковых нейронов и наиболее важной роли дендритов в этих процессах. Такие представления подтверждаются рядом факторов: 1) в онтогенезе формирование электрической активности коры совпадает с моментом созревания ее апикаль­ных дендритов; 2) медленные потенциалы дендритов способны к суммации; 3) многочисленные ветвления дендритов составляют основную массу коры; 4) в области ветвления дендритов наибо­лее выражены медленные колебания.

Серое вещество головного мозга состоит не только из нейро­нов. От 30 до 50% серого вещества составляют глиальные клетки: астроциты, олигодендроциты, микроглия. Глиальные клетки прилегают к нейронам, и большая поверхность сомы и дендритов находятся в тесном контакте с глией. Найдены синаптические контакты на олигодендроцитах и астроцитах. Электрогенез ряда медленных и сверхмедленных колебаний связывают с биоэлект­рическими процессами в глиальных клетках.

Существенный вклад в формирование волн ЭЭГ вносят также таламо-кортикальные взаимоотношения. Таламические нейроны могут играть роль своеобразных пейсмекеров. Именно в талами-ческих центрах обнаружена ритмическая активность, частота ко­торой 8—13 Гц, и она совпадает с одним из ритмов ЭЭГ. После разрушения таламо-кортикальных связей этот ритм в коре исчеза­ет, а в таламусе сохраняется.

ЭЭГ у бодрствующего человека в состоянии покоя не зависит от дыхания и ритма сердечных сокращений. Основными компо­нентами спонтанной поверхностно регистрируемой ЭЭГ здоро­вого взрослого человека считают два типа ритмических колебаний потенциалов — a и b-волны.

Альфа-ритм характеризуется частотой от 8 до 13 Гц. Он возни­кает у человека при исключении зрительных раздражений: в тем­ноте, при закрывании глаз, в состоянии покоя. Этот ритм харак­терен для человека, но регулярная медленноволновая активность наблюдается и в ЭЭГ животного (как при наркозе, так и в состо­янии дремоты). У большинства людей (90%) a-ритм хорошо вы­ражен. Амплитуда волн a-ритма не превышает 50—100 мкВ. От­крывание глаз, умственная деятельность, психическое напряже­ние, освещение — все это приводит к угнетению a-ритма: снижа­ется амплитуда волн и повышается их частота. Наибольшие регу­лярность и амплитуда a-ритма свойственны теменной области коры на границе с затылочной. Эта область считается пейсмекерной для формирования а-волн в ЭЭГ.

Бета-ритм доминирует в ЭЭГ человека и животных при дея­тельном состоянии, при интенсивной физической и умственной работе, при осуществлении ориентировочных условных рефлек­сов. Он состоит из быстрых волн с частотой 14—30 Гц. Амплитуда (b-волн достигает 60 мкВ при отведении непосредственно от коры больших полушарий и не превышает 5—10 мкВ при отведении от кожи черепа человека.Пейсмекерной областью являются лобные доли неокортекса. При интенсификации умственной и условно-рефлекторной деятельности амплитуда b-волн повышается; на­против, при наркозе b-ритм ослабевает и исчезает. Блокада b-ритма наступает и при угнетении ретикулярной формации.

При наркотическом и физиологическом сне возникает дельта-ритм. Он характеризуется частотой от 1 до 4 Гц и амплитудой 100—300 мкВ. В периоды возникновения парадоксального сна d-ритм сменяется b-ритмической активностью.

В ЭЭГ человека может возникать активность типа тета-ритма, характеризующаяся частотой 4—8 Гц. Ряд исследователей счита­ют, что у человека самостоятельного q-ритма не существует, и его относят к промежуточной активности между d- и a-ритмами. Вы­раженность q-ритма в ЭЭГ зависит от возраста испытуемого, сте­пени умственного напряжения. У животных q-ритм лучше всего выражен в лимбических структурах мозга, межуточном мозге и стволе при общей активации животного, вызванной каким-либо значимым для него раздражителем.

В условиях полного покоя и при отсутствии внешних раздражи­телей у человека и животных регистрируется спонтанно изменяющаяся ЭЭГ-активность головного мозга. Чем обусловлена спонтанность суммарной активности? Прежде всего — постоянной си-наптической бомбардировкой корковых нейронов афферентными сигналами от различных рецепторов и других нейронов. Такие ре­цептивные образования, как зрительные и вестибулярные, могут рассматриваться как стимуляторы, поддерживающие тонус ЦНС. Лишение нервного центра притока афферентной сигнализации приводит к частичному или полному исчезновению фоновой электрической активности либо к резкому изменению ее частоты.

Спонтанные изменения суммарной электрической активности при физиологическом покое и при отсутствии каких-либо раздра­жений происходит также в результате поступления импульсов от рецепторов внутренних органов: сосудистой системы, дыхатель­ного центра, системы пищеварения и др. Большое влияние на ха­рактер фоновой активности оказывают сигналы, поступающие из ретикулярной формации и таламуса.

Изменения фоновой ЭЭГ-активности можно наблюдать при раздражении мозговых структур, при условнорефлекторной деятельности. Раздражения, приводящие к реакции пробуждения, со­провождаются сменой в ЭЭГ медленных высокоамплитудных d-волн на высокочастотную низкоамплитудную b-ритмическую ак­тивность. Эта реакция, называемая реакцией активации, носит ге­нерализованный характер. Реакция активации (эраузол-реакция) возникает и при раздражении только ретикулярной формации. Этот термин правомочно использовать тогда, когда четкая ритмичес­кая синхронизированная активность (например, a-ритм) сменя­ется высокочастотной несинхронной (например, b-ритмом). Ре­акция активации противопоставляется реакции инактивации, ко­торая связана со снижением уровня возбуждения в коре. В этом случае появляются ритмы типа a, b, и q.

Электроэнцефалография в связи с практической и теоретичес­кой ценностью получаемых данных стала одной из ведущих и бы­стро развивающихся разделов физиологии и клинической нейро­физиологии. Она все больше проникает в клинику, занимая важное место наряду с другими современными более сложными и дорогостоящими методами в диагностике и лечении, в первую очередь эпилепсии, а также других неврологических заболеваний и травм. Широкое применение электроэнцефалографии в реани­мации позволяет более надежно и точно рассчитывать те мероп­риятия, которые должен применять врач к пациенту, перенесше­му остановку сокращений сердца или остановку дыхания. Для врача-реаниматора, когда он решает вопрос о целесообразности восста­новления жизненных функций и проведения определенных ме­роприятий, важно знать, в каком состоянии находится мозг боль­ного.

Дополнительным исследованием к регистрации ЭЭГ может стать магнитоэнцефалография. Мозг генерирует слабые магнитные вол­ны, которые создают магнитное поле. И хотя напряжение этого поля в десять миллионов раз слабее магнитного поля Земли, его можно уловить, но для этого требуются высокочувствительные датчики, заполненные жидким гелием, т.е. необходимы сверхпро­водящие квантовые интерференционные устройства. Эта сложная и дорогостоящая аппаратура позволяет с повышенной точностью локализовать очаг корковой активности, поскольку сигналы с соседних участков не накладываются друг на друга.

Цель работы. Анализируя ритмы ЭЭГ человека, выявить их особенности при различных физиологических состояниях.

МЕТОДИКА

ЭЭГ представляет собой непрерывную регистрацию разности потенциалов между двумя точками мозга. Отведение потенциалов производится с помощью специальных электродов с разных уча­стков кожи головы. В реанимации и анестезиологии используют часто игольчатые электроды, которые вводятся в кожу. Электроды такого типа готовят из нержавеющей стали, они обеспечивают надежный контакт, но их применение ограничено из-за болез­ненности процедуры и нарушения кожных покровов. В обычных условиях, в повседневной практике электроэнцефалографии чаще всего используют контактные электроды, различающиеся по форме и способам крепления на голове. Они должны обладать малым переходным (электрод-кожа) сопротивлением, минимальной поляризацией и антикоррозийными свойствами. Для уменьшения сопротивления кожи, контактирующей с электродом, использу­ют этиловый спирт или смесь ацетона, спирта и эфира. Электроды закрепляют на голове с помощью специальных эластичных шле­мов, которые обеспечивают их надежную фиксацию и в минимальной степени беспокоят испытуемого. С помощью спе­циальных проводников, обла­дающих высококачественной изоляцией, электроды подклю­чают к входу электроэнцефа­лографа.

Существует два способа регистрации ЭЭГ: монополярный (униполярный) и биполярный. При униполярном отведении один из двух электродов, подключаемых на каждый канал электроэнцефалографа, является общим для всех отведений (рис. 4.8, А). Такой электрод называется референтным. Для его крепления выбирают участок, куда менее всего передают­ся колебания электрических потенциалов мозга или где они сла­бее — чаще всего используют мочку уха или переносицу.

При биполярном отведении к каждому из каналов подключа­ют два независимых электрода, располагающихся на активных точках (рис. 4.8, Б)

 

Рис. 4.8.Регистрация ЭЭГ у человека.

А, Б — монополярное и биполярные отведения; В — шлем для крепления электродов. 1—4 — активные электроды; 0 — референтный (индифферентный электрод); I—IV — каналы регистрации ЭЭГ.

Материалы и оборудование. Для работы на практикуме исполь­зуют многоканальный электроэнцефалограф, подключенный через компьютерную систему регистрации ЭЭГ с использованием аналого-цифрового преобразователя для передачи сигнала в ком­пьютер. Если регистрирующая установка является помехоустой­чивой, можно не использовать экранирующую камеру. Испытуе­мый располагается в удобном кресле рядом с прибором, в удоб­ной позе, при максимальном расслаблении мускулатуры тела. Для предотвращения помех во время регистрации ЭЭГ испытуемого необходимо заземлить: электрод заземления закрепляют на ухе.

ХОД РАБОТЫ

1. На голову испытуемого надевают шлем-сетку так, чтобы он хорошо прилегал к коже головы, но не беспокоил (см. рис. 4.8, В).

2. Выбирают способ отведения ЭЭГ — монополярный или би­полярный, и определяют на голове точки, где должны быть расположены электроды. На этих участках раздвигают воло­сы, протирают кожу обезжиривающей жидкостью, располагают на этих местах марлевые салфетки, смоченные фи­зиологическим раствором, и на них помещают электроды, прижимая их эластичными шнурами шлема. Электроды дол­жны быть расположены над поверхностью полушарий мозга таким образом, чтобы обеспечить равномерное отведение активности от лобной, теменных, височных и затылочной областей обоих полушарий мозга.

3. Подключают электроды к распределительному щитку при­бора.

4. Запись начинают с регистрации калибровочного сигнала, затем записывают ЭЭГ-активность. Следует отметить скорость записи.

5. После записи фоновой активности, можно применить не­которые функциональные пробы.

A. Проба с открыванием и закрыванием глаз. Записывают фоно­вую активность в спокойном состоянии испытуемого и при от­крытых глазах. После словесной команды "закрыть глаза", как правило, происходит синхронизация активности и регистрирует­ся a-ритм. После словесной команды "открыть глаза" наблюдает­ся десинхронизация активности в результате депрессии a-ритма (рис. 4.9).

Рис. 4.9.Электроэнцефалограмма человека, зарегистрированная при открытых глазах (β-ритм) и при закрытых глазах (α -ритм).

 

При выраженном a-ритме можно провести следующие тесты.

Б. Психологические тесты проводят при соблюдении тишины в аудитории. Испытуемый должен максимально расслабиться и спокойно сидеть с закрытыми глазами. В ЭЭГ при этом регистрируется α-ритм. Далее испытуемому предлагают провести в уме ряд арифметических действий: сначала простое вычитание по 3 из 100 с дальнейшим вычитанием 3 от каждой разности до 0. Затем предлагают сложное вычитание, например по 17 из 981 и так далее, до 0. При этой умственной работе может происходить депрессия a-ритма.

B. Тест на пространственное воображение. Испытуемому предлагают представить кубик Рубик, а затем собрать мысленно одну или две грани одного цвета. Если человек знает хорошо живопись, можно предложить представить какое-либо полотно. В эти периоды также должна наблюдаться депрессия a-ритма.