Anestezjologia a nowoczesne techniki elektroencefalograficzne

Robert Rudner, Przemysław Jałowiecki, Piotr Kawecki

Pierwsze próby oceny głębokości znieczulenia eterowego na podstawie objawów klinicznych opisał John Snow w 1847 roku [1]. Następnie rozszerzone i usystematyzowane opisy kolejnych etapów anestezji wziewnej, wprowadzone przez Guedela, stanowiły przez lata podstawowe narzędzie nadzoru nad czynnością ośrodkowego układu nerwowego [2]. Gdy z biegiem lat zaczęto wprowadzać nowe środki i techniki, kiedy powszechniejsze stało się stosowanie anestezji złożonej oraz leków zwiotczających mięśnie poprzecznie prążkowane, ocena opierająca się jedynie na prostych parametrach stanu klinicznego chorego stała się niewystarczająca. W pracach opublikowanych na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia Prys-Roberts [3] i Kissin [4] zastanawiali się nad kompleksowym sposobem definiowania i oceniania głębokości anestezji. Stwierdzili, że na stan znieczulenia ogólnego składają się co najmniej dwie komponenty. Pierwsza to utrata przytomności, wyrażająca się brakiem reakcji na bodźce nienocyceptywne (np. brak odpowiedzi na polecenia słowne). Druga natomiast polega na zniesieniu odruchowych reakcji na stymulację bólową, która zachodzi na poziomie niższym niż kora mózgowa i w związku z tym nie odnosi się do stanu świadomości [5]. Koncepcja ta znajduje zresztą potwierdzenie w licznych doniesieniach naukowych oraz w codziennej praktyce klinicznej [6,7]. Tak więc idea jednoznacznej, uniwersalnej oceny głębokości anestezji powinna ulec rewizji, a idealny stan znieczulenia ogólnego może być opisywany jedynie za pomocą triady odrębnych parametrów jak: zniesienie świadomości, analgezja i zwiotczenie mięśni. W konsekwencji monitor głębokości znieczulenia powinien umożliwiać oddzielną kontrolę poszczególnych wymienionych elementów [7].

Współczesna anestezjologia wykorzystuje wiele możliwości monitorowania podstawowych funkcji życiowych w zakresie parametrów hemodynamicznych, wentylacji, zwiotczenia mięśni, pocenia się, łzawienia czy stopnia rozszerzenia źrenic. Natomiast czynność mózgu, głównego narządu, na który wpływają środki anestetyczne, nie jest kontrolowana w sposób dostateczny. Dodatkowo brak jest spójnej koncepcji definiującej sposób oceny wpływu środków anestetycznych na ośrodkowy układ nerwowy.

Klasyczna elektroencefalografia a anestezja

Ciągłe monitorowanie aktywności bioelektrycznej mózgu nie jest rutynowo stosowane w codziennej praktyce anestezjologicznej. Do przyczyn takiego stanu rzeczy zaliczyć można przede wszystkim znaczną złożoność zapisu krzywej elektroencefalograficznej, której interpretacja wymaga specjalistycznej wiedzy i dużego doświadczenia. Różnorodność uzyskiwanych danych, objętość materiału do natychmiastowej analizy (godzinny zapis EEG to około 100 metrów papierowej taśmy) oraz warunki, które nie sprzyjają prawidłowej pracy czułej aparatury rejestrującej, czynią tradycyjne EEG całkowicie nieprzydatnym w obrębie sali operacyjnej [8]. Do niedawna złożoność zapisu EEG była przyczyną nikłego wykorzystania technik analizy komputerowej w badaniach diagnostycznych. Trudności polegały głównie na konieczności przetwarzania ogromnej liczby danych, co wymaga pojemnych pamięci oraz dużych mocy obliczeniowych. Obecnie, w związku z rozwojem nowoczesnych technologii cyfrowych i postępem w rozumieniu elektrofizjologii mózgu, elektroencefalografia przeżywa swój renesans. Klasyczny już elektroencefalograficzny opis snu prawidłowego z 1953 roku, z podziałem na fazy REM i NREM, jest podstawą do wyjaśnienia wielu zjawisk o praktycznym znaczeniu.

Obraz bioelektryczny snu prawidłowego

Na podstawie zapisu EEG i EMG oraz obserwacji ruchów gałek ocznych sen podzielono na dwie fazy: REM i NREM. Ta ostatnia dzieli się z kolei na cztery stadia. W czasie czuwania z otwartymi oczami w zapisie EEG obserwuje się głównie fale beta o wysokiej częstotliwości (13-30 Hz) i o niskiej amplitudzie 20-30 ?V. Jest to czynność dominująca. Obok niej występują nieregularne rytmy o mniejszej częstotliwości – fale alfa (7-13 Hz) i nieco wyższej amplitudzie (30-60 ?V). W EMG występuje wysokonapięciowa czynność potencjałów mięśniowych świadcząca o pewnym stałym poziomie napięcia mięśni. Po zamknięciu oczu zaczynają dominować fale alfa. Przejście z okresu czuwania do snu charakteryzuje rozpad czynności fal alfa oraz pojawia się niskonapięciowa mieszana czynność fal szybkich i wolnych (6-7 Hz). W EMG obniża się amplituda potencjałów mięśniowych. Zjawiskom tym towarzyszy zwolnienie ruchów gałek ocznych. W lekkim śnie można obserwować ostre fale o dość stałej częstotliwości 14 i 6 Hz i napięciu 40-50 ?V, które występują w postaci rytmicznych serii wyładowań o czasie trwania 0,5-2 s. Jest to pierwsze stadium snu wolnofalowego, czyli NREM. Drugie stadium snu NREM cechuje dalsze zwolnienie czynności elektrycznej mózgu – pojawiają się fale theta (4-7 Hz), nisko i średnionapięciowe fale szybkie oraz wyładowania krótkich wrzecion (0,5-1,5 s) o częstotliwości 11-14 Hz. Gałki oczne pozostają w bezruchu. EMG świadczy o dalszym obniżeniu napięcia mięśniowego. W stadium trzecim przeważają wolne fale theta (4-7 Hz) oraz delta (1-3 Hz), a ponadto mogą występować wrzeciona (9-11 Hz). W stadium czwartym dominuje wysokonapięciowa czynność fal delta (0,5-3 Hz). Nakładają się na nie fale o częstotliwości alfa i theta. Ruchy gałek ocznych są zniesione, a w EMG widoczne są niskonapięciowe potencjały mięśniowe świadczące o utrzymywaniu się niewielkiego tonicznego napięcia mięśni. Po okresie snu wolnofalowego NREM następuje faza REM z szybkimi ruchami gałek ocznych, zniesieniem napięcia mięśniowego i zapisem EEG zbliżonym do pierwszego stadium snu wolnofalowego lub czuwania [9].

Analiza spektralna „surowego” zapisu EEG

Istota informacji zawarta w na pozór chaotycznym elektroencefalogramie tkwi w kształcie, symetrii, amplitudzie, ale przede wszystkim w częstotliwości poszczególnych fal tworzących zapis EEG. Podobnie jak każdy sygnał reprezentujący przebieg pewnej wielkości fizycznej, zapis EEG może być analizowany w odniesieniu do funkcji czasu (domena czasowa) lub częstotliwości (domena częstotliwości). Dzięki skomplikowanym działaniom matematycznym, opierającym się na metodzie przekształcenia Fouriera, możliwe jest przejście z jednej domeny do drugiej. W ten sposób uzyskuje się widmo sygnału EEG, które podlega dalszemu opracowaniu. Jest to proces analogiczny do rozdziału widma światła widzialnego na poszczególne barwy. Rolę pryzmatu spełnia tutaj program komputerowy, który w oparciu o szybką transformację Fouriera (FFT) rozdziela i przekształca złożony i nieregularny sygnał EEG na tworzące go proste sinusoidalne składowe, o określonej częstotliwości i amplitudzie (mocy) [10].

Najprostszym sposobem analizy tak powstałego zapisu jest podział na klasyczne zakresy częstotliwości (beta, alfa, theta i delta) i procentowe określenie ich udziału w całym spektrum:

– fale beta (>12 Hz) dominują u zdrowych, czuwających dorosłych,

– fale alfa (8-12 Hz) są obecne u zdrowych przytomnych pacjentów z zamkniętymi oczami,

– fale theta (4-8 Hz) wskazują na senność, płytkie uśpienie oraz pewne stany patologiczne,

– fale delta (1-4 Hz) są typowe dla głębokiego snu i charakteryzują adekwatną anestezję.

Aby ułatwić wykorzystanie informacji zawartych w podziale spektrum na tradycyjne pasma wprowadzono wskaźnik delta–ratio, będący stosunkiem sumy aktywności pasma alfa i beta do aktywności pasma delta. Niestety, analiza tradycyjnych zakresów częstotliwości w trakcie anestezji ogólnej ma ograniczoną przydatność, gdyż jakościowe zmiany zapisu EEG pojawiające się pod wpływem różnych środków anestetycznych często zachodzą płynnie.

Innym podejściem, mającym na celu uproszczenie interpretacji wyników analizy spektralnej jest znalezienie przydatnego klinicznie parametru opisującego w charakterystyczny sposób cały badany zakres spektrum. Pierwszym z tego typu wskaźników o stosunkowo niewielkiej popularności był PPF ( Peak Power Frequency), określany jako wartość częstotliwości o największej mocy w analizowanym spektrum. Do kolejnych parametrów mających istotne znaczenie kliniczne zaliczyć należy SEF ( Spectral Edge Frequency) oraz SMF ( Spectral Median Frequency). SEF 90 lub 95 określa się jako najwyższą częstotliwość, poniżej której znajduje się 90 lub 95% mocy spektrum częstotliwości, a więc najwyższą dominującą częstotliwość sygnału EEG. Natomiast SMF jest częstotliwością poniżej której leży 50% mocy widma.

Przyjmując z pewnym uproszczeniem, że wraz z pogłębianiem anestezji stopniowo wygaszane są fale o najwyższej częstotliwości (beta i alfa) a zaczynają przeważać pozostałe, liczbowy wskaźnik będący graniczną wartością, poniżej której mieści się większość mocy spektrum, mógłby odzwierciedlać stopień „uśpienia”. Oba parametry – SEF i SMF – mają podobne zastosowanie i w opracowaniach naukowych są często rozpatrywane wspólnie. Są one czułymi wskaźnikami zmian aktywnoś

To jest tylko fragment artykułu. Aby przeczytać całość, przejdź do Czytelni medycznej.