Международный неврологический журнал 5 (35) 2010

В последнее время больше внимания стали уделять исследованию электрической активности одиночных мышечных волокон. Объясняется это тем, что электромиография (ЭМГ) одиночных волокон (ОВ) позволяет получить более детальное представление о некоторых сторонах нормальной физиологии и патологии двигательной единицы (ДЕ). В частности, исследуют джиттер и параметр плотности волокон (ПВ) в ДЕ.
Было обнаружено, что при регистрации потенциалов действия (ПД) двух соседних мышечных волокон, принадлежащих одной ДЕ, интервал их разрядов непостоянен и колеблется вокруг определенного для данной пары среднего значения.

Разброс интервалов, зависящий от непостоянства времени задержки в синапсе, получил название «джиттер». В норме он составляет 10–70 мкс и, являясь точной количественной характеристикой интимных процессов нервно-мышечной передачи в отдельных синапсах, вызывает все больший интерес исследователей и практических лабораторий [1], поскольку обнаружены существенные его изменения при нервно-мышечных заболеваниях. В частности, отмечено резкое увеличение разброса интервалов при миастении. Для получения средних значений джиттера одного исследуемого (или пациента) регистрируют электрическую активность от 20 и более пар ОВ, для чего необходимо не менее 4–5 проколов кожи [2].

Помимо характеристики нервно-мышечной передачи, электромиография одиночных мышечных волокон позволяет охарактеризовать и некоторые особенности морфологии ДЕ. Для этого используется параметр плотности волокон в ДЕ. ПВ отражает количество миофибрилл, иннервируемых концевыми ветвлениями одного аксона [3, 4]. В нормальных условиях в определенном пространстве мышцы мышечные волокна от нескольких ДЕ взаимоперекрываются. В связи с этим вблизи микроэлектродов (отводящих поверхностей игольчатого электрода) оказываются мышечные волокна, принадлежащие к разным ДЕ, причем при активации одной ДЕ в большинстве случаев (в 65–70 % введений иглы) удается зарегистрировать активность одного мышечного волокна данной ДЕ, приблизительно в 25 % введений — двух мышечных волокон и только в единичных введениях — трех и более волокон в виде соответствующего количества спайков.

При нейрогенных патологических процессах в связи с процессом реиннервации денервированных мышечных волокон веточками из аксона другой ДЕ количество мышечных волокон, иннервированных ветвлениями одного аксона в том же объеме мышечной ткани, существенно возрастает и вблизи микроэлектрода соответственно оказывается больше синхронно работающих волокон, принадлежащих к одной увеличенной в процессе реиннервации ДЕ. В этом случае можно зарегистрировать до 3–10 и более спайков в одном разряде. ПВ вычисляется как среднее количество ПД ОВ, зарегистрированных при 20 случайных положениях микроэлектрода в различных местах данной мышцы, что достигается обычно не менее чем 4 проколами кожи.

Метод ЭМГ ОВ требует специальной усовершенствованной техники и методики. Активность ОВ, входящих в состав ДЕ, отводится специальным моно- или мультиэлектродом [1, 5]. Отводящая поверхность электрода выводится не на конец иглы, а сбоку. Площадь отводящей поверхности составляет приблизительно 500 мкм2, диаметр — 25 мкм. При мультиэлектродном исследовании в качестве референтного используют дополнительный игольчатый электрод, вводимый подкожно, при одиночном — корпус канюли игольчатого электрода. Монополярный электрод представлен полой иглой (рис. 1), внутри которой проходит отделенный от нее слоем изоляции проводник — проволочный стержень из платины или нержавеющей стали, соединенный с размещенной на боковой поверхности иглы отводящей поверхностью (субэлектродом).

Мультиэлектрод представляет собой игольчатый электрод (рис. 2), на котором продольно на равном расстоянии друг от друга расположены несколько, чаще всего 14, изолированных друг от друга выводов с контактной поверхностью — субэлектродов, соединенных с изолированными друг от друга проводниками, размещенными внутри игольчатого электрода [5].

Недостатками мультиэлектрода являются: большой диаметр, так как внутри мультиэлектрода размещены 14 изолированных проводников, в отличие от моноэлектрода, в котором размещен только один изолированный проводник, что увеличивает болезненность и травматичность исследования. Кроме того, многоканальность мульти-электрода требует соответственно большего числа каналов в регистрирующей части электромиографической установки или сложной системы коммутации.

Методика исследования ПД ОВ требует тщательности в расположении отводящей поверхности электрода вблизи исследуемого волокна, что достигается непрерывным контролем формы, амплитуды и конфигураций ПД ОВ по экрану при совершении манипуляции электродом в пределах десятых долей миллиметра [1]. При этом производят очень медленные и аккуратные движения электродом взад-вперед и вращение его вокруг оси.

Метод ЭМГ ОВ является полезным развитием клинической электрофизиологии нервно-мышечной системы. Однако несмотря на то что он был разработан и подробно описан еще в 60-х — начале 70-х годов, а в 1977 г. вышла подробная монография, которая может служить руководством по использованию этого метода [2, 6, 7], он до настоящего времени мало распространен в клинической диагностике. Кроме того, что к техническому оснащению предъявляются сравнительно высокие требования, главной причиной является то, что сама процедура исследования достаточно сложна и требует очень высокой тренированности электромиографиста (необходимость манипуляций электродом в пределах десятых долей миллиметра) и кооперативности больного. Даже по оценкам авторов метода (6), для набора 20 пар волокон, необходимых для измерения джиттера, опытному в данной методике электрофизиологу требуется не менее 1 ч. Исследование дополнительно показателя ПВ соответственно удлиняет процедуру, которая к тому же оказывается болезненной, так как требует почти постоянного манипулирования относительно толстой иглой в мышце, находящейся в состоянии напряжения.

Нами разработан проект биполярного игольчатого электрода [8], который признан изобретением Национальным центром интеллектуальной собственности Грузии .

Цель изобретения — увеличить точность исследования, облегчить манипулирование игольчатым электродом при электромиографии одиночного мышечного волокна, сократить время и уменьшить травматичность и болезненность исследования.

Цель достигается внесением изменений в конструкцию биполярного игольчатого электрода.

Описание устройства предложенного игольчатого электрода

Предложенный игольчатый электрод (рис. 3) представляет собой полую иглу (канюлю) 1, на боковой поверхности которой создан продольный паз (окно) 2, внутри полой иглы подвижно, с возможностью осевого перемещения размещен диэлектрический стержень 3, на боковой поверхности которого созданы два микроэлектрода (отводящие поверхности) 4, соединенные с двумя изолированными друг от друга проводами 5, размещенными внутри диэлектрического стержня 3.

Микроэлектроды 4 выступают в пазе 2 полой иглы 1. Полая игла 1 и диэлектрический стержень 3 соединены с узлом перемещения 6, на котором создан микровинт 7, позволяющий перемещать диэлектрический стержень 3 вдоль оси относительно полой иглы 1. На корпусе узла перемещения 6 и микровинте 7 нанесены шкалы 8 и 9, показывающие величину перемещения диэлектрического стержня 3 относительно полой иглы 1.

Описание работы (использования) предложенного игольчатого электрода при ЭМГ ОВ

Исследование данным игольчатым электродом производится следующим образом.

Вводим диэлектрический стержень 3 (рис. 3) до конца в полую иглу (канюлю) 1, после чего предложенный игольчатый электрод (иглу 1 с диэлектрическим стержнем 3) вводят в мышцу. После этого посредством микровинта 7 узла перемещения 6 начинают медленно и постепенно выводить диэлектрический стержень 3 вверх, при этом игла 1 остается неподвижной относительно мышцы. Суб­электроды 4 и расстояние между ними настолько малы, что они помещаются в пределах поперечного размера одного мышечного волокна. Пока субэлектроды находятся в пределах одного мышечного волокна, от них будут отводиться синхронные потенциалы действия (синхронная электрическая активность). Когда верхний субэлектрод 4 пересечет границу данного мышечного волокна и расположится в пределах верхнего соседнего мышечного волокна, отводимые от субэлектродов 4 потенциалы действия станут асинхронными. Причем асинхронность будет в пределах джиттера (будет соответствовать асинхронности джиттера), если соседние мышечные волокна относятся к одной и той же двигательной единице или же асинхронность потенциалов действия мышечных волокон будет гораздо большей и соответствовать асинхронности мышечных волокон, относящихся к разным ДЕ. Как только электрическая активность, отводимая от субэлектродов 4, станет асинхронной, по шкалам 8 и 9 узла перемещения 6 определяют глубину залегания l1 верхнего субэлектрода 4, что будет соответствовать глубине залегания границы между соседними мышечными волокнами. Когда же и нижний субэлектрод 4 пересечет границу между мышечными волокнами и оба субэлектрода 4 окажутся в пределах верхнего мышечного волокна, отводимая от субэлектродов 4 электрическая активность станет опять синхронной. Продолжаем выводить диэлектрический стержень 3, и, когда верхний субэлектрод 4 пересечет верхнюю границу верхнего мышечного волокна, определяем глубину залегания l2 верхней границы и вычисляем размеры мышечного волокна l2 – l1. Продолжая выводить диэлектрический стержень 3 относительно иглы 1, которая будет находиться неподвижно относительно исследуемой мышцы, определяют глубину залегания точек десинхронизации потенциалов действия мышечных волокон как границы между мышечными волокнами: l1, l2, l3, l3, l4 и т.д., после чего измеряют поперечные размеры мышечных волокон по всей глубине введения игольчатого электрода: l1 – l2, l2 – l3, l3 – l4 и т.д.

Одновременно с определением поперечных размеров отдельных мышечных волокон измеряется джиттер, определяется, относятся ли соседние мышечные волокна к одной и той же ДЕ или к разным, также измеряется плотность мышечных волокон.

Обсуждение эффективности предложенного игольчатого электрода

Предложенный игольчатый электрод в результате повышения точности исследования предоставляет возможность измерять размеры одиночных мышечных волокон. А так как поперечные размеры ОВ изменяются как при патологии (например, первично-мышечных и неврогенных мышечных заболеваниях), так, при некоторых нормальных состояниях (например, тренированности и детренированности), то измерение этого параметра может дать дополнительное представление о нормальной физиологии и патологии ДЕ мышц [9, 10].
Кроме того, мы предлагаем новые параметры (измерение которых становится возможным благодаря предложенному игольчатому электроду) для определения функционального состояния ДЕ и мышц: общую плотность волкон, степень перекрываемости ДЕ (СП) и территориальную степень перекрываемости (ТСП).

При определении общей плотности волокон подсчитывают количество всех мышечных волокон, относящихся к разным ДЕ, на определенном отрезке расстояния — 1000 мкм (1 мм), для чего диэлектрический стержень 3 перемещают на данный отрезок — 1000 мкм и подсчитывают все мышечные волокна, которые будут при этом зарегистрированы. Данный параметр отражает степень атрофии или гипертрофии мышц.
Степень перекрываемости ДЕ показывает, как часто в данной ДЕ встречаются мышечные волокна других ДЕ. Для этого, перемещая диэлектрический стежень 3 предложенного игольчатого электрода, подсчитывают количество синхронных соседних мышечных волокон одной ДЕ до первого асинхронного мышечного волокна другой ДЕ, после этого снова подсчитывают количество синхронных соседних мышечных волокон, относящихся к одной ДЕ, до второго асинхронного мышечного волокна другой ДЕ. Так делают 20 подсчетов, после чего определяют среднюю величину. Делением числа 20 на полученную среднюю величину количества синхронных соседних мышечных волокон получают СП: 20/количество синхронных соседних мышечных волокон.

Предложенный параметр СП может быть очень информативным как в исследовательских (физиология нервно-мышечной системы), так и в клинических (диагностика) целях. Чем больше степень перекрываемости, тем больше нейронов принимают участие в управлении данной мышцей, тем сложнее управление ею и тем более утонченные движения совершаются данной мышцей. C возрастом, а также при первично-мышечных и неврогенных мышечных заболеваниях человек теряет способность к утонченным движениям.

Перекрываемость мышечных волокон в пределах ДЕ более точно будет отражать территориальная степень перекрываемости, для чего подсчитывают количество мышечных волокон других ДЕ в пределах поперечного среза данной ДЕ и делят на поперечный размер (известный в неврологии и нейрофизиологии под термином «территория двигательной единицы») данной ДЕ в миллиметрах: количество мышечных волкон других ДЕ/территория ДЕ.

При подсчете мышечных волокон других ДЕ на территории данной ДЕ перемещают диэлектрический стержень 3 и определяют синхронность или асинхронность отводимых от субэлектродов 4 потенциалов мышечных волокон с потенциалами данной ДЕ. Потенциалы данной ДЕ можно отводить от корпуса предложенного электрода или от дополнительно введенного монополярного игольчатого электрода. Чем больше величина ТСП, тем больше перекрываемость. ТСП более точно отражает прекрываемость мышечных волокон ДЕ, чем СП, однако измерение ТСП более трудоемко. Измерение ТСП значительно облегчится, если данные будут обрабатываться компьютером, а микровинт будет соединен с электрическим микромотором и управляться посредством компьютера.

Предложенный игольчатый электрод значительно облегчает исследование электрической активности отдельных мышечных волокон в электромиографии — исследование джиттера и ПВ, а также сокращает время исследования. Потому что исследование данным игольчатым электродом не требует высокой тренированности электромиографиста, так как даже начинающий электромиографист может свободно перемещать диэлектрический стержень 3 не только на десятые, но и на сотые и тысячные доли миллиметра посредством узла перемещения 6 и микровинта 7.

Предложенный игольчатый электрод также значительно уменьшает травматичность и болезненность исследования. Как было изложено выше, методика электромиографического исследования существующими игольчатыми электродами требует совершения манипуляций электродом, причем приходится производить частые движения электродом взад-вперед, что значительно увеличивает травматичность и болезненность исследования. При электромиографическом исследовании мышцы предложенным биполярным игольчатым электродом перемещается только диэлектрический стержень 3, находящийся внутри полой иглы 1, тогда как сама игла 1 находится неподвижно относительно мышцы, что существенно снижает болезненность и травматичность исследования. Кроме того, так как внутри предложенного биполярного игольчатого электрода размещены всего лишь два проводника в отличие от мультиэлектрода, внутри которого размещены 14 проводников, предложенный игольчатый электрод тоньше по сравнению с мультиэлектродом, что также уменьшает травматичность и болезненность исследования.