Electroencefalograma

Electroencefalograma

Electroencefalograma reprezinta inregistrarea unor oscilatii ale potentialelor electrice neuronale ale creierului cu ajutorul informatiilor primite de la electrozii atasati pe suprafata scalpului. Un singur electrod (cu o suprafata de aprox. 1cm²) primeste informatii de la aproximativ 10⁶ neuroni. Aceste potentiale sunt rezultatul stimularii periferice neuronale si sunt definite ca fiind suma curentilor extracelulari din neuronii corticali stimulati simultan.

N.B: Exista si o alta procedura, numita electrocorticograma, ce inregistreaza potentialele direct de la nivelul cortexului, cu o acuratete de 10 ori mai mare (1 electrod inregistreaza semnale de la cca 10⁵ neuroni), insa este o procedura foarte invaziva.

Primele inregistrari EEG au fost realizate de psihiatrul german Hans Berger in 1924, iar subiectii principali au fost sotia si copii. Acesta a observat schimbari de ritm in momentul in care subiectul avea ochii inchisi sau facea exercitii mintale de aritmetica.

I. Montarea electrozilor

Se pregateste mai intai pacientul, printr-o procedura simpla ce consta in abraziunea usoara a scalpului pentru a indeparta celulele moarte, care ar putea sa creasca impedanta curentului ce trece prin electrozi. Se utilizeaza o cantitate mica de gel conducator pentru fiecare electrod, care este conectat printr-un fir individual la electroencefalograf. Montarea electrozilor pe scalp se face in functie de tipul de investigatie:

pentru majoritatea aplicatiilor clinice si pentru nou-nascuti, se foloseste Sistemul International 10-20. Electrozii se monteaza in raport cu 2 linii:

prima reprezinta circumferinta craniului intre cele 2 procese mastoide

a doua reprezinta circumferinta craniului intre nazion si inion.

Cifrele 10-20 se refera la faptul ca distanta dintre 2 electrozi este 10/20% din    lungimea unie dintre cele doua linii. Denumirea electrozilor se face prin litere si cifre, literele F,T,C,Z,O,P corespund oaselor frontal, temporal, occipital, parietal, Z este pe linia mediana, iar C este electrod de referinta. Cifrele pare corespund electrozilor din emisfera dreapta, iar cele impare electrozilor din emisfera stanga.

Ex: F3-P2 - semnal bipolar intre electrodul frontal stang si parietal drept.

pentru afectiuni localizate se ulilizeaza pana la 256 de electrozi, dispusi uniform pe suprafata scalpului

Exista mai multe tipuri de inregistrari:

1. Bipolara - cand fiecare semnal/unda reprezinta diferenta de potential dintre 2 electrozi adiacenti
2. Referentiala - cand fiecare semnal/unda reprezinta diferenta de potential dintre 1 electrod si alt electrod de referinta(Z), sitat de obicei pe linia mediana
3. Laplaciana - cand fiecare semnal/unda reprezinta diferenta de potential dintre 1 electrod si media electrozilor adiacenti pe o suprafata radiara localizata

II. Tipuri de unde

La omul adult in stare de veghe, de alerta, EEG inregistrata in derivatie bipolara prezinta de obicei doua tipuri de unde: alfa si beta.

1. Undele alfa(α)

Daca subiectul este in repaus senzorial (ochii inchisi) si mental, asistam la inscrierea undelor alfa.

Figura 1 - Unde alfa

Undele alfa sunt oscilatii de amplitudine mica, aproximativ 50 μV si frecventa medie, 8-13 Hz (cicli pe secunda). In mod normal, amplitudinea lor creste si descreste regulat formand fusuri caracteristice (Fig1). Se presupune ca aceste unde reflecta activitatea electrica sincrona a neuronilor din cortexul occipital. De cele mai multe ori undele alfa indica o stare de veghe relaxata. 

2. Undele beta(β)

Sub influenta activitatii senzoriale si in special a excitatiilor luminoase are loc o reactie de oprire a undelor alfa si de crestere a ponderii undelor beta(Fig.2). Acelasi fenomen se produce si in cazul unei activitati corticale, a unei stari emotive, etc.

Figura 2 - Alternanta inchiderii/deschiderii ochilor

Se caracterizeaza printr-o frecventa de 13-30 Hz si o amplitudine de 5-30 μV (Fig.3). Spre deosebire de ritmul alfa, undele beta sunt foarte nergulate si semnifica o desincronizare a activitatii neuronilor corticali. Undele beta reflecta activitatea neuronilor din cortexul frontal si parietal anterior.

Figura 3 - Unde Beta

3. Undele theta(θ)

La 15% din subiectii normali se intalneste in regiunea frontala ritmul theta (q). El se caracterizeaza prin o amplitudine maxima de 20 μV si o frecventa de 4-8 Hz (c/s), sub forma de unde izolate, nedepasind 25% din lungimea totala a traseelor(Fig.4). Desi sunt normale la copii, prezenta lor la adultii in stare de veghe este considerata anormala.

Figura 4 - Unde Theta

4. Undele delta(δ)

Aceste unde au cea mai mare amplitudine si o frecventa mica de maximum 4 Hz(Fig.5). Sunt caracteristice fazelor de somn profund sau starilor de anestezie in care sistemul reticulat activator ascendent este inhibat. Prezenta undelor delta la adulti, in stare de veghe semnifica existenta unor lezuni cerebrale. Aceste unde pot sa apara in orice derivatie, neexistand practic zone corticale de maxima incidenta.

Analiza: Elixirul cristalin din Sare Analiza: Identificarea peroxidazei

Figura 5 - Unde delta     

5. Undele gamma(γ)

Figura 6 - Unde Gamma

Au o frecveta mare, in jur de 30-100 Hz (Fig.6). Acestea se inregistreaza pe electroencefalograma in conditii de activitate corticala superioara, ca de exemplu: perceptia, rezolvarea unor probleme complicate, teama, constiinta, etc.

III. Somnul

Somnul este un eveniment natural, recurent, caracterizat printr-o stare de inconstienta sau constienta partiala si de lipsa activitatii motorii sau a raspunsurilor senzoriale, care poate fi intrerupt ptrintr-un stimul extern suficient de puternic.

Exista doua tipuri principale de somn, ce prezinta caracteristici diferite:

SWS (slow wave sleep), in care se inregistreaza unde cu frecventa foarte joasa, dar cu amplitudine mare - 75% din timpul somnului

REM (rapid eye movement), numit si somn paradoxal, datorita miscarilor rapide ale globilor oculari si a cresterii ritmului cardiac si respirator cu pana la 30%. Acest tip de somn este asociat viselor. Se inregistreaza astfel de episoade la fiecare 90 de minute, de obicei spre dimineata - 25% din timpul somnului.

Figura 7 - Variatii ale somnului SWS cu somnul REM

Somnul SWS se caracterizeaza prin faptul ca este extrem de odihnitor si de apare de obicei an prileme doua ore de somn. In acest timp, activitatea musculara este redusa,  precum si ritmul cardiac/respirator si metabolismul bazal. Se inregistreaza unde delta.

Somnul REM prezinta anumite caracteristici ce-l deosebesc de somul SWS:

• Este asociat cu visare intensa, miscari rapide ale ochilor si miscari spontane ale musculaturii scheletice
• Persoana este dificil de trezit din somn
• Ritmul cardiac si respirator devine foarte neregulat
• Metabolismul creierului este crescut cu 20% iar EEG-ul inregistreaza unde beta, ca si cum persoana ar fi in stare de veghe, de unde si denumirea de somn paradoxal.

Cele doua tipuri de somnuri alterneaza pe parcursul intregului proces(Fig7).

Exista mai multe teorii ale cauzelor starii de somn. Prima teorie formulata implica SRAA (Sistemul Reticulat Activator Ascendent), ce postuleaza ca acest sistem are un prag de fatigabilitate, peste care se inactiveaza si apare somnul. O teorie moderna presupune actiunea sinergica a mai multor centri si substante neurohormonale, precum nucleii raphe din jumatatea inferioana a puntii si a bulbului, care contin neuroni ce secreta serotonina, nucleii tractului solitar si aria suprachiasmatica a hipotalamusului. Lezarea acestor nuclei se poate asocia cu stari de veghe prelungita. Exista si un alt compus al carei aparitie in lichidul cefalorahidian este rezultatul unei lungi perioade de nesomn: peptidul muramil, din clasa mureinelor.

IV. Semnificatia clinica a EEG - Patologii

In clinica, electroencefalograma se ultilizeaza in diverse scopuri:

1. Monitorizarea adancimii anesteziei, deoacere diferitele etape ale acesteia corespund anumitor tipuri de unde inregistrate pe EEG. Astfel se poate controla cantitatea de anestezic ce trebuie folosita in timp real.
2. Determinarea anumitor patologii:
• Hematom extradural, cand amplitudinea undelor este scazuta datorita faptului ca hematomul impinge cortexul in jos, marind astfel distanta dintre scalp si creier
• Moartea cerebrala, in care undele dispar complet.
• Epilepsia

Epilepsia este o boala cronica neurodegenerativa, caracterizata prin aparitia unor crize convulsive neprovocate, ce denota o activitate electrica anormala a creierului.

Exista 3 tipuri de crize epileptice, ilustrate in figura 7:

1. Epilepsie Focala
2. Petit Mal
3. Grand Mal

Figura 8 - Tipuri de unde in functie de criza epileptica

i.         Epilepsia focala rezulta frecvent in urma unei leziuni sau anormalitati functionale, cum ar fi tesut granular, o tumora sau o necroza locala. Aceste leziuni determina descarcari cu frecvente usiase, pana la cateva sute pe secunda si se raspandesc in ariile corticale adiacente creand zone de descarcari cu frecventa ridicata. Rezultatul este aparitia contractiilor musculare contralateral de emisfera in care au loc descarcarile, contractii ce migreaza caudal de la nivel bucal. Acesta este un tip de criza jacksoniana si paote fi urmata de crize de tip grand mal. O alta manifestare a epilepsiei focale este criza psihomotorie, care se caracterizeaza prin scurte perioade de amnezie, dificultati in exprimare sau o exteriorizare furioasa. De cele mai multe ori persoana nu-si aminteste episodul sau este constienta de ceea ce face in timpul episodului, dar nu se poate controla. Pe EEG se inregistreaza unde cu frecvensa joasa, 2-4/sec, intercalate cu unde cu frecventa mai mare, de 14/sec, alcatuind sisteme rectangulare, ca in figura 7.

ii.       Crizele Petit Mal sau picnolepsia sunt determinate de pierderea temporara a cunostiintei si pot dura de la cateva secunde pana la zeci de secunde. Ina cest rastimp, persoana prezinta mici spasme musculare, in special in regiunea faciala. Ulterior, aceasta isi reia activitatea de unde a ramas. Aceste crize apar de obicei in copilarie/adolescenta si dispar in a patra decada de viata. Ocazional, pot fi urmate de crize de tip grand mal. EEG se caracterizeaza prin aparitia complexelor varf-unda, sincrone si simetrice, cu o amplitudine de cateva sute de μV si o frecventa de 3 Hz(Fig. 8). Se presupune ca rezulta prin sumarea efectul inhibitor al neuronilor GABA talamici reticulari cu efectul sitmulator al neuronilor talamocorticali si corticotalamici.

Figura 9 - Criza de tip Petit Mal         

iii.      Crizele Grand Mal sunt caracterizate prin descarcari extreme in toate ariile corticale, ale emisferelor cerebrale si chiar a trunchiului cerebral. Ele provoaca convulsii tonice ale antregului roganism, urmate de convulsii tonico-clonice. Dureaza cateva minute si pot fi asociate cu incontinenta urinara, defecatie si obstructionarea cailor respiratorii prin contractia limbii. Dupa ce criza inceteaza, persoana intra adesea intr-o stare de amorteala,

Figura 10 - Criza de tip Grand Mal

fatigabilitate si somnolenta. S-a constatat ca ambele emisfere sunt antrenate in producerea convulsiilor, de aceea bolnavii isi contracta intens mare parte din musculatura scheletica si sunt greu de stapanit.

Aparitia unei crize grand mal poate fi cauza mai multor stimuli, cum ar fi:

Lumini puternice intermitente cu frecventa mare

Hipoglicemie severa (sub 35mg dl)

Alcaloza

Stimul emotionant puternic

EEG se caracterizeaza prin trasee hipersincrone, descarcari electrice ample, de cateva sute de microvolti, si rapide (30 Hz) pe toate derivatiile.(Fig.10) Se pare ca aceste crize inceteaza datorita oboselii neuronale.

Bibliografie

Arthur C. Guyton M.D., John E. Hall Ph.D., 2005. Textbook of Medical Physiology, 11^th edition,  Elsevier Saunders

https://www.biochimie.lx.ro/linkuri/fiziologie/eeg.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography

https://www.scholarpedia.org/article/Electroencephalogram#f1

https://www.bio.unibuc.ro/old/old/bogdan/physiology/EEG.doc

https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep

https://en.wikipedia.org/wiki/Epilepsia