Общие сведения о биопотенциалах нервов и мышц. Модель эМг. изучение принципов работы электроМИОГРАФА
Лабораторная работа № 9
Модель эМг. изучение принципов работы электроМИОГРАФА
Цель работы: изучение принципа работы электромиографа и теории электромиографии.
Оборудование: автоматизированный лабораторный комплекс ФМБ-10, манекен человека с электродами, ПК.
Теория вопроса и метод выполнения работы
Общие представления о методических основах электромиографии.
Электромиография (ЭМГ) как метод диагностики в настоящее время все больше входит в клиническую практику, несмотря на свою трудоёмкость и высокую стоимость диагностического оборудования.
Электромиография – метод электрофизиологической диагностики поражений нервно-мышечной системы, состоящий в регистрации электрической активности (биопотенциалов) скелетных мышц.
Различают спонтанную электромиограмму, отражающую состояние мышц в покое или при мышечном напряжении (произвольном или синергическом), а также вызванную, обусловленную электрической стимуляцией мышцы или нерва. ЭМГ позволяет проводить топическую диагностику поражения нервной и мышечной систем, оценивать тяжесть, стадию, течение заболевания, эффективность применяемой терапии.
Общие сведения о биопотенциалах нервов и мышц.
В электромиографии принято такое подключение пары электродов на входы усилителя, что отрицательное отклонение потенциала под активным электродом вызывает смещение на экране осциллографа, направленное вверх. Соответственно отклонение вниз от изолинии означает положительное колебание потенциала. При характеристике фазности потенциала указывают его полярность: положительное монофазное колебание, двухфазное положительно-негативное колебание и т. д.
Амплитуда колебаний измеряется в микровольтах или милливольтах между наиболее высокой и наиболее низкой точками электромиографической кривой (от пика до пика). Длительность потенциала измеряется от начального отклонения до возвращения его к изолинии, включая все фазы колебания.
При возбуждении нервной клетки, в частности мотонейрона, в наиболее возбудимом месте (аксональный холмик) возникает потенциал действия (ПД), который распространяется вдоль аксона. Распространение нервного импульса по аксону происходит за счет последовательной деполяризации соседних участков мембраны с образованием ПД со скоростью около 0,5-5 м/с. 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).
ЭМГ 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 и с преобладанием поражения тех или иных элементов двигательных единиц (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.
I ТИП ЭМГ характерен для нормальной мышцы и отражает суммарную активность большого числа ДЕ при максимальном сокращении (рис. 1). Частота интерференционной кривой в норме около 50 Гц, амплитуда 1-2 мВ. Выраженное их снижение свидетельствует о выпадении части мышечных волокон из ДЕ и наблюдается при первичных мышечных или аксональных процессах. С дифференциально-диагностическими целями в первом случае целесообразно исследование ПДЕ с помощью игольчатых электродов, во втором – оценка СРВ (скорость распространения возбуждения) и параметров вызванного ответа мышцы и нерва путем стимуляционной ЭМГ.
Рис. 1. I тип интерференционной ЭМГ, соответствует норме
II ТИП ЭМГ характеризуется относительно редкой ритмической активностью, возникающей в покое. IIа тип имеет частоту 6-200 Гц, амплитуду 50-150 мкВ, IIб тип – 21-50 Гц, 300-500 мкВ (рис. 2). Подтипы IIа и IIб характеризуют степень выраженности патологического процесса, причем IIб свидетельствует о менее грубом поражении мотонейронов и в начальных стадиях заболевания лучше выявляется при тонических пробах.
Рис. 2. II тип интерференционной ЭМГ. Разреженная ЭМГ при поражении мотонейронов
III ТИП ЭМГотмечается при супрасегментарных процессах и включает в себя два подтипа: частые ритмические разряды при треморе (рис. 3) и усиление активности покоя при экстрапирамидной ригидности.
Гиперкинезы сопровождаются нерегулярными артефактными разрядами, соответствующими насильственным движениям.
Параметры СРВ и ПДЕ в этих случаях практически не изменяются, поэтому применение стимуляционной и игольчатой ЭМГ не обязательно.
Рис. 3.III тип интерференционной ЭМГ. Частые ритмические разряды при треморе
IV ТИП ЭМГхарактеризуется биоэлектрическим молчанием мышцы при попытке произвольного сокращения. Полный паралич может быть связан с острой невропатией, вялой стадией пирамидного паралича, атрофией мышечной ткани различного генеза. Для дифференциальной диагностики уровня поражения показано исследование СРВ по периферическим нервам и анализ параметров ПДЕ с применением игольчатых электродов.
Существующая типологическая классификация отражает крайние варианты нормы и патологии. При этом не учитываются переходные формы, пограничные и локальные поражения, что значительно ограничивает диагностические возможности методики.
Несмотря на это, поверхностная ЭМГ не потеряла своей ценности, особенно в педиатрической практике. Регистрация интерференционной активности с симметричных точек позволяет оценить способность мышцы к сокращению. При выраженном поражении мышц данное исследование может иметь дифференциальное диагностическое значение.
Динамика амплитуды М-ответапри стимуляции в разных точках по длине нерва имеет большое значение. В классическом представлении амплитуда М-ответа сохраняется одинаковой при стимуляции в разных точках. Но необходимо учитывать, что при более проксимальной стимуляции в ответе мышцы могут участвовать и другие мышцы, иннервируемые данным нервом. Кроме того, часто стимулируется и рядом лежащий нерв, что также изменяет амплитуду, а иногда и форму М-ответа. Поэтому при обследовании здорового нерва нередко наблюдается повышение амплитуды М-ответа при переходе от дистальной к более проксимальной точке стимуляции. Так, при стимуляции срединного нерва в области запястья и в области локтевого сгиба отмечается одинаковая форма и амплитуда М-ответа. При стимуляции в более проксимальных точках повышается амплитуда и изменяется форма ответа за счет вовлечения в возбуждение волокон локтевого нерва.
Проводя исследование, необходимо помнить, что при стимуляции в местах, где нервный ствол залегает глубоко в мышечных слоях (надключичная область, подколенная ямка, ягодичная складка), необходимого супрамаксимального раздражения всего нерва может быть и не достигнуто. Конечно, при большом увеличении силы стимулирующего тока можно достигнуть необходимой величины М-ответа, но это вызывает у больного значительные болевые ощущения. Кроме того, увеличивается погрешность в определении СРВ, так как идет заброс вихревого тока по длиннику нерва при стимуляции током большой силы и длительности.
F-волна.
F-волна впервые была продемонстрирована при исследовании периферических нервов ноги [от англ. Foot – нога] в 1950 г. По современным данным, это двигательный ответ мышцы, периодически регистрируемый при супрамаксимальной стимуляции смешанного нерва и имеющий значительно большую латентность, чем М-ответ. По своей физиологической природе F-волна является ответом мышцы на возвратный разряд, возникающий в результате антидромного раздражения мотонейрона.
F-волна как электромиографический феномен может быть получена при изучении любой мышцы, но лучше всего регистрируется с мелких мышц кисти и стопы. Отводящие электроды накладываются, как при исследовании М-ответа. Большое значение для устранения артефактов имеет определение импеданса под электродами, который должен быть не более 10 кОм. Разность импеданса между активным и референтным электродами не более 3 кОм. Заземляющий электрод накладывают на исследуемую конечность проксимальнее места стимуляции.
Стимуляция производится в дистальном отделе в проекции исследуемого нерва. Вначале необходимо удостовериться, что стимуляция проводится точно в проекции нерва. Это определяется по стабильности и максимальной амплитуде М-ответа (делаются пробные стимуляции и находится оптимальная точка). Параметры стимуляции аналогичны полученным при М-ответе: длительность стимула 0,2 мс, частота 1 Гц, амплитуда – супрамаксимальная относительно моторного ответа. Катод располагается дистально, что методически облегчает выполнение методики и позволяет проводить исследование параллельно с исследованием М-ответа.
Порядок выполнения работы
1. Включите установку, при этом должен загореться сигнальный индикатор «СЕТЬ».
2. Запустите программу-осциллограф CoolEditPro для работы с учебной установкой.
3. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим Здоровый «healthy». При этом условно считается, что локтевой нерв одной из рук является здоровым.
4. Кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» выберите стимулирующий электрод carpalis (пара – + на запястье), ближайший к активному и референтному электродам.
5. Запустите запись в программе CoolEditPro, нажав кнопку «ЗАПИСЬ».
6. Подайте серию из четырёх стимулирующих импульсов, нажав кнопку «ЗАПУСК» на пульте управления учебной установкой. При этом полученные сигналы М-ответа и F волны усиливаются «БЛОКОМ УПРАВЛЕНИЯ», оцифровываются и передаются на линейный вход (LINE IN) звуковой карты ПК. После окончания М-ответа и до начала F-волны прибор автоматически переключает чувствительность, так как амплитуды М-ответа и F-волн отличаются в десятки раз. После получения последних М и F-ответа после четвертого стимулирующего импульса нажмите на кнопку «ПАУЗА ||»в программе - самописце.
7. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим калибровка «Calibration».
8. Включите подачу калибровочных прямоугольных импульсов на линейный вход звуковой карты ПК, нажав кнопку «ЗАПУСК» на пульте управления учебной установки. При этому кнопка «РЕЖИМ КАЛИБРОВКИ» должна быть отжата и на дисплее отображаться «calibration for healthy».
9. Продолжите запись, повторно нажав кнопку «ПАУЗА ||».
10. После 2-3 секунд подачи калибровочного сигнала, остановите запись, нажав кнопку остановки записи «СТОП » в программе-самописце и выйдите из режима калибровки, нажав кнопку «ВЫБОР/СТОП» на учебной установке.
11. Выделив первый сигнал из серии, и увеличив его масштаб по оси времени 0х кнопкой «Zoom to Selection», получите результирующую запись для первого стимула. При необходимости можно увеличить амплитуду записываемого сигнала с помощью кнопок управления амплитудой по оси 0y, затем в течение опыта для данной точки стимуляции масштаб по оси 0y не изменять!При записи нормальной ЭМГ следует установить амплитуду сигнала такой, чтобы М-ответ по оси 0y занимал примерно три-четыре клетки (для наглядности). Для здорового нерва запись должна состоять из артефакта стимулирующего прямоугольного импульса, М-ответа и следующей за ним F-волны.
12. Выделите участок от конца артефакта стимулирующего импульса до начала М-ответа (рис. 4) и определите LМ латентность М-ответа по показаниям программы-самописца. Начало, конец и длительность выделения указывается табличке, расположенной справа от больших цифр: SelBegin, SelEnd, SelLength.
13. Выделите участок от конца артефакта стимулирующего импульса до начала F-ответа и определите LF латентность F-ответа по показаниям программы-самописца (рис. 4).
14. Определите по клеткам амплитуды М и F ответа (количество клеток может быть дробным). При этом, согласно принятым правилам, амплитуда М-ответа определяется от изолинии (линии нуля) до негативного пика (пик с положительной амплитудой в терминологии ЭМГ является «негативным») Амплитуду F-волны следует определять от пика до пика (расстояние по оси 0y от верхнего до нижнего пиков. Учтите, что между М-ответом и F-волной прибор переключает чувствительность для более удобного наблюдения сигналов и на самом деле амплитуда F-ответа в десятки раз меньше М-ответа. Для сопоставления амплитудам реальных числовых значений введена процедура калибровки.
Рис.4. Определение латентностей М и F-ответов
15. 
Выделите участок от начала М-ответа (от начала «негативного пика») до окончания М-ответа и определите длительность М-ответа. Выделите участок от начала F-ответа до окончания F-ответа и определите длительность F-ответа (рис. 5).
Рис.5. Определение длительностей М и F-ответов
16. Уменьшите масштаб по оси времени, не изменяя масштаба по оси амплитуд, для чего нажмите кнопку «Zoomout» (УМЕНЬШЕНИЕ МАСШТАБА ПО ОСИ ВРЕМЕНИ) в программе CoolEditPro. Выделите второй сигнал из полученной вами серии и повторите пп. 11-16.
17. По результатам вычислений оцените средние значения амплитуды М-ответа и F-волны (по клеткам); латентности М-ответа и F-волны; а также средние значения длительностей М и F-ответов для данного положения стимулирующего электрода. Данные занесите в расчетную таблицу 1.1.
Таблица 1.1 (здоровый)
| № | Точка стимуляции Carpalis (запястье) | Точка стимуляции Cubitalis (локтевой сгиб) | Точка стимуляции Brachialis (плечо) | Точка стимуляции Axillaris (подмышечная впадина) | |||||
| параметр | |||||||||
| Латентность M-ответа | |||||||||
| Латентность F-ответа | |||||||||
| Длительность М-ответа | |||||||||
| Длительность F-ответа | |||||||||
| Амплитуда М-ответа | |||||||||
| Амплитуда F-ответа |
18. На основании данных таблицы 1.1 найдите средние значения величин и заполните таблицу 1.2.
Таблица 1.2
| № | Средние значения | ||||
| Carpalis (запястье) | Cubitalis (локтевой сгиб) | Brachialis (плечо) | Axillaris (подмышечная впадина) | ||
 | |||||
 | |||||
 | |||||
 | |||||
 | |||||
 |
19. Уменьшите масштаб по оси времени, не изменяя масштаба по оси амплитуд, для чего нажмите кнопку «Zoomout» в программе CoolEditPro. Если вы изменяли масштаб амплитуд (ось 0y), либо сбрасывали масштабы то калибровать прибор нужно заново.
Рис. 6. Калибровочный сигнал, состоящий из двух прямоугольных импульсов
20. Выделите серию из двух-трех калибровочных импульсов и увеличьте их по времени, не изменяя масштаба по амплитуде. Выделение нужного фрагмента в записи, осуществляется, удерживая левую кнопку мыши, после чего необходимо нажать кнопку «ZoomtoSelection» в программе. Вид калибровочных импульсов для исследования здорового нерва должен соответствовать рис. 6. При этом левый калибровочный импульс с амплитудой АМ = 10 мВ соответствует калибровке для М-ответа, правый прямоугольный импульс с амплитудой AF = 250 мкВ соответствует F-волне.
21. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим Здоровый «healthy». Кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» выбрать стимулирующий электрод cubitalis, расположенный на локтевом сгибе.
22. Повторите все измерения и вычисления пп. 8-20. Так как стимулирующий электрод (пара - +) находится дальше от отводящего электрода, то латентности немного увеличатся по сравнению с положением carpalis.
23. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим Здоровый «healthy». Кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» выбрать стимулирующий электрод brachialis, расположенный на нижней трети плеча.
24. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим Здоровый «healthy». Кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» выбрать стимулирующий электрод axillaris (активна стимулирующая пара электродов на подмышечной впадине).
25. Повторите все измерения и вычисления пп. 8-20.
26. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим больной «patient». В данном режиме мы будем стимулировать другую руку, на которой условно находится поврежденный локтевой нерв в области локтевого сгиба.
27. Кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» выберите стимулирующий электрод carpalis (пара - + на запястье), ближайший к активному и референтному электродам и повторите действия пп. 8-25.
В данном случае полного повреждения локтевого нерва М и F-ответы отсутствуют, поэтому латентности, амплитуды и другие параметры определить не представляется возможным.
28. Выбирая кнопками «ТОЧКА СТИМУЛЯЦИИ» другие стимулирующие электроды, расположенные в аналогичных точках здоровой руки, повторите все измерения и вычисления. Данные занести в таблицы 2.1 и 2.2.
29. Для установления амплитуды инверсного М - ответа в мкВ воспользуйтесь режимом «calibation» для больного. Для этого после стимуляции точки brachialis, расположенной на нижней трети плеча, поставьте запись на «ПАУЗУ ||», нажав в программе-самописце соответствующую кнопку. Кнопкой «ВЫБОР/СТОП», служащей для выбора режима работы, выберите режим калибровка «Calibration».
Таблица 2.1 (больной)
| № | Точка стимуляции Carpalis (запястье) | Точка стимуляции Cubitalis (локтевой сгиб) | Точка стимуляции Brachialis (плечо) | Точка стимуляции Axillaris (подмышечная впадина) | |||||
| параметр | |||||||||
| Латентность M-ответа | |||||||||
| Латентность F-ответа | |||||||||
| Длительность М-ответа | |||||||||
| Длительность F-ответа | |||||||||
| Амплитуда М-ответа | |||||||||
| Амплитуда F-ответа |
Таблица 2.2 (средние значения)
| № | Средние значения | ||||
| Carpalis (запястье) | Cubitalis (локтевой сгиб) | Brachialis (плечо) | Axillaris (подмышечная впадина) | ||
| | |||||
| | |||||
| | |||||
| | |||||
| | |||||
| |
30. Включите подачу калибровочных прямоугольных импульсов на линейный вход звуковой карты ПК, нажав кнопку «ЗАПУСК» на пульте управления учебной установкой и подайте на линейный вход звуковой карты ПК серию калибровочных импульсов. При этом кнопка «РЕЖИМ КАЛИБРОВКИ» должна быть нажата и на дисплее отображаться «calibration for patient».
31. Продолжите запись, повторно нажав кнопку «ПАУЗА ||» в программе и запишите серию из нескольких прямоугольных импульсов в течение 3-4 секунд. Определите амплитуду М- и F-ответов в мВ.
32. Сравните полученные Вами результаты исследования для здорового и больного человека.
Контрольные вопросы
1. Причины искажения ЭМГ сигнала.
2. Как влияет толщина подкожной жировой ткани на амплитуду ЭМГ?
3. Физиология возбудимых тканей. Потенциал покоя. Локальный ответ. Потенциал действия.
4. Типы и механизмы мышечного сокращения.
5. Работа и сила мышцы.
6. Перечислите основные показания для проведения ЭМГ.