Регистрация ЭМГ в режиме максимального и умеренного произвольного

Напряжения

Изучение одиночных ПДЕ при минимальном напряжении мышцы дает представление только о низкопороговых, преимущественно медленных двигательных единицах. Включение в ЭМГ активность всех двигательных единиц мышцы происходит при максимальном произвольном напряжении мышцы. Регистрация игольчатым электродом электромиограммы при максимальном произвольном напряжении дает интерференционную ЭМГ. За счет наложения (интерференции) потенциалов двигательных единиц друг на друга отсутствует возможность визуального выделения отдельных ПДЕ. Интерференционная ЭМГ характеризуется амплитудой и частотой осцилляций. Существует несколько методов оценки интерференционной ЭМГ:

· визуальная оценка,

· метод поворотов («Turn analysis»),

· спектральный анализ,

Визуальная оценка интерференционной игольчатой электромиограммы основана на изменении ее паттерна (рисунка) при снижении частоты следования потенциалов. В ЭМГ выделяют частоту основных и пиковых потенциалов. Основные колебания - это те колебания ЭМГ, которые пересекают нулевую линию. В норме частота основных колебаний составляет от 50 до 100 колеб/с. Пиковые потенциалы определяются числом вершин вне зависимости от пересечения нулевой линии. Частота пиковых потенциалов составляет в разных мышцах 200-400 колеб/с. Уменьшение частоты основных колебаний ЭМГ приводит к снижению насыщенности, или урежению электромиограммы. В соответствии со словарем терминов клинической ЭМГ, предложенным Американской Ассоциацией по электромиографии и электродиагностике (Приложение 1) выделяется 4 паттерна интерференционной ЭМГ: (1)полная интерференция, когда отдельные ПДЕ выделить невозможно из-за наложения ПДЕ друг на друга и отсутствия свободных участков изолинии; (2)редуцированная интерференция (редуцированная ЭМГ) - паттерн, при котором на отдельных участках ЭМГ возможно выделить единичные отдельные потенциалы двигательных единиц, хотя большинство ПДЕ перекрывают друг друга; (3)дискретная активность (дискретная ЭМГ) - активность нескольких ПДЕ, которые могут быть легко идентифицированы за счет того, что отграничены друг от друга изолинией; (4)паттерн одиночной двигательной единицы - ЭМГ представлена частыми разрядами ПДЕ одной двигательной единицы (рис. 57).

Рис. 57. Паттерны интерференционной ЭМГ (По J.Kimura, 1989).

a – полная интерференция в норме,

b – редуцированная ЭМГ,

c – паттерн одиночной двигательной единицы.

Паттерн интерференционной ЭМГ определяется несколькими факторами: количеством активированных мотонейронов; частотой их разрядов; степенью синхронизации разрядов ПДЕ; надсегментарными произвольными влияниями, определяющими количество активированных мотонейронов и частоту их разрядов. В норме и при миогенном типе поражения регистрируется паттерн полной интерференции, остальные паттерны наблюдаются при поражении периферического и центрального мотонейронов, причем чем больше выраженность поражения, тем более уреженным становится паттерн ЭМГ, достигая в крайних случаях паттерна одной двигательной единицы. При поражении центрального мотонейрона (надсегментарном поражении) в режиме максимального произвольного напряжения изменение паттерна ЭМГ в сторону появления редуцированной и дискретной активности напоминает паттерн при поражении периферического мотонейрона (рис. 58). Отличием является высокая амплитуда и частота разрядов идентифицируемых ПДЕ при поражении периферического мотонейрона (периферическом парезе) и понижение частоты разрядов ПДЕ и нормальная амплитуда при поражении центрального мотонейрона (пирамидном парезе).

Рис. 58. Редуцированный паттерн ЭМГ при поражении периферического и

центрального мотонейрона (По J.Kimura, 1989).

I – поражение периферического мотонейрона,

II – поражение центрального мотонейрона,

a, d – слабое напряжение мышцы,

b, e – умеренное напряжение мышцы,

c, f – максимальное напряжение мышцы.

При первично-мышечном поражении (миодистрофия, полимиозит), миастении и при миотонии не происходит изменений паттерна, наблюдаемых при неврогенных поражениях. В связи с этим, при оценке интерференционного паттерна при этих поражениях используется режим умеренного напряжения мышцы. Так как при этих заболеваниях уменьшается амплитуда и длительность ПДЕ, то для развития даже умеренного мышечного усилия значительно повышается частота разрядов ПДЕ и формируется полный интерференционный паттерн уже на умеренной стадии развития усилия (рис. 59).

Рис. 59. Паттерн ЭМГ в норме и при первично-мышечном поражении

(По J.Kimura, 1989).

I – норма,

II – первично-мышечное поражение,

a, d – слабое напряжение мышцы,

b, e – умеренное напряжение мышцы,

c, f – максимальное напряжение мышцы.

Метод поворотов (турнов) - автоматический компьютерный анализ интерференционной ЭМГ, позволяющий оценить количество значимых пиковых потенциалов и их амплитуду. Для полной характеристики работы мышцы методом поворотов исследуют интерференционную локальную активность в 20-ти различных точках мышцы. При измерении амплитуды пиков – от пика до пика – вне зависимости от пересечения нулевой линии учитываются только значимые пики, т.е. те, амплитуда которых более 100 мкВ (условно принятый уровень). В результате в односекундной записи ЭМГ определяется частота колебаний (или межтурновый интервал) и их амплитуда. Средняя частота ЭМГ (турнов) для разных мышц составляет 300-400 колебаний в секунду. Средняя амплитуда значимых ЭМГ колебаний (турнов) находится в диапазоне 350-450 мкВ (R.G.Willison, 1971). Большая частота турнов обусловлена включением в мышечную активность большего числа двигательных единиц и большей частотой их разрядов. Исходя из этих закономерностей, метод поворотов позволяет дифференцировать первично-мышечные поражения от неврогенных поражений. Наиболее чувствителен метод поворотов в диагностике этих полярных поражений при исследовании мышц в режиме произвольного усилия, равного 30% от максимальной силы сокращения (A.Fuglsang-Frederiksen et al., 1976, 1977). Данные обработки частоты разрядов (или длительности интервала между разрядами) и амплитуды разрядов (поворотов) предъявляются в графической форме в виде гистограммы турновых интервалов (рис. 60 а), амплитуды турнов (рис. 60 б), скатерограммы отношений амплитуды турнов к частоте турнов в 1 секунду (рис. 60 с) и гистограммы пиков турно-амплитудных отношений (рис. 62).

Рис. 60. Варианты обработки турнов при оценке интерференционной игольчатой ЭМГ.

а - гистограмма межтурновых интервалов,

b - гистограмма амплитуды турнов,

c - скатерограмма отношений амплитуды турнов к их частоте,

Гистограмма интервалов между турнами показывает, сколько интервалов (ось ординат) фиксированной длительности (ось абсцисс) зарегистрировано на односекундном участке или усредненно на 20 односекундных участках. В норме среднее значение длительности интервалов составляет 3.8-2.6 мс. Сдвиг высокоамплитудных столбцов гистограммы вправо характерен для неврогенного поражения, когда в электромиограмме преобладают редкие осцилляции с большим интервалом между турнами. Сдвиг гистограммы влево характеризует уменьшение интервалов между турнами, что характерно для первичномышечного поражения, при котором частота разрядов возрастает и интервал между турнами уменьшается.

Гистограмма амплитуды турнов показывает количество турнов (ось ординат) фиксированной амплитуды (ось абсцисс), зарегистрированных в 1 секундном участке ЭМГ. У здоровых средняя амплитуда турнов составляет 350-450 мкВ. Смещение высокоамплитудных столбцов влево свидетельствует о преобладании низкоамплитудных турнов, характерных для первичномышечной патологии. Сдвиг гистограммы вправо характерен для неврогенной патологии, так как в этом случае преобладают высокоамплитудные турны. Однонаправленные смещения гистограмм интервалов и амплитуды турнов позволяют диагностировать различные типы поражения мышц: первично-мышечный тип – влево, переднероговой тип – вправо. Скатерограмма амплитуды турнов и их частоты позволяет совместить изменения двух параметров (частоты и амплитуды) турнов на одном графике, где средняя амплитуда турнов является функцией от их частоты. На оси абсцисс отмечается средняя частота турнов, на оси ординат - средняя амплитуда турнов, зарегистрированных при односекундной записи. Размещение на скатерограмме точек, характеризующих амплитудно-частотную характеристику турнов при исследовании в 20-ти областях мышцы, формирует облако. Смещение облака влево и вверх от очерченной нормальной зоны распределения облака характеризует неврогенное поражение мышцы. Смещение облака вниз и вправо характеризует первично-мышечное поражение (рис. 61).

Рис. 61. Частотно-амплитудный анализ интерференционной локальной ЭМГ

в норме и при патологии.

а - переднероговое поражение при полиомиелите,

b - здоровые испытуемые,

c - первично-мышечное поражение при миодистрофии.

Максимальные значения отношения частоты турнов к средней амплитуде турнов на 100 мс участке интерференционной ЭМГ называют «пиком отношения». Показатель средней амплитуды турнов является мерой величины произвольного усилия. Показатель «пика отношения» не зависит от развиваемого мышцей усилия (A.Fuglsang-Frederiksen, 1985) и поэтому предпочтительнее всех других показателей оценки турнов. Гистограмма «пиков отношений» турно-амплитудных параметров является более чувствительным показателем в оценке миогенной и неврогенной мышечной патологии (рис. 62).

Рис. 62. Гистограмма «пиков отношений» турно-амплитудных параметров в норме и при патологии.

С – здоровые,

М – миопатия,

N – нейрогенное поражение.

Заштрихованная область - отражает границы нормы (М±2d).

Каждая точка отражает средние значения показателя в 3 точках каждой мышцы.

Границы нормы «пиков отношений» составляют 0.1-0.2.

Спектральный анализ методом быстрого преобразования Фурье позволяет оценить частотные составляющие интерференционной ЭМГ и вклад той или иной частотной составляющей в общий спектр частот. В основе метода лежит принцип математического разложения сигнала на множество синусоидальных волн различной частоты, сложение которых приводит к формированию исходного сигнала. Доминирующая частота спектра тесно связана с длительностью ПДЕ. Результаты спектрального анализа ЭМГ обычно представляются в виде графиков спектральной плотности (рис. 63), а также различных количественных показателей в табличном виде.

Рис. 63. График спектральной плотности.

Выбранный частотный диапазон – 0-450 Гц.

Мощность ЭМГ на частоте 450 Гц – -19,5 dB.

По оси абсцисс откладываются значения частот, по оси ординат - энергия ритмов, выраженная в децибелах (дб). Дополнительно рассчитываются показатели медианной частоты, средней частоты, средней мощности, среднего выпрямленного амплитудного значения (Mean Rectifed Value). На графике выделяется диапазон графика спектральной мощности, который формирует наиболее высокий амплитудный участок - область частот, которая формируется клинически значимыми ритмами - от 0 до 300-500 Гц. В пределах этого участка определяется медианная частота (Median Frequency) - частота, которая пропорциональна частоте мощностной представленности анализируемой реализации ЭМГ и делит спектр мощности в выделенном диапазоне на два участка с равным количеством частотных дискретов.

Средняя частота (Mean Frequency) - частота, разделяющая спектр мощности в выделенном диапазоне на два равные по площади участка.

Средняя мощность выделенного частотного диапазона [Root Mean Square (RMS)] характеризует мощность ритмов (Power) и выражается в децибелах (дб). На графике она определяется площадью анализируемого диапазона и зависит от амплитуды ритмов. Среднее выпрямленное амплитудное значение (Mean Rectifed Value) отражает среднее амплитудное значение ЭМГ после выпрямления (инвертирования) позитивных пиков ЭМГ в область отрицательных значений с последующим их сложением. Использование количественных показателей оценки спектра мощности позволяет дифференцировать невральный и миогенный характер поражения мышц, количественно сопоставлять выраженность изменений в различных мышцах. Чувствительность метода спектрального анализа выше при напряжении мышцы, равном 30% значению от максимального произвольного усилия. Метод спектрального анализа интерференционной ЭМГ дополняет другие методы количественной оценки, хотя в ряде случаев может использоваться самостоятельно. В связи с высокой вариабельностью показателей спектрального анализа ЭМГ нормативные данные формируют в лаборатории индивидуально.

Все математические методы количественной обработки ПДЕ и интерференционной ЭМГ сформированы в отдельные программы обработки, которые поставляются фирмами для компьютерных электромиографов при специальном заказе.