Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

COMPERATIVE FEATURES OF EEG AND MEGI ANALYSIS IN PATIENTS WITH ISCHEMIC OPTIC NERVE DISORDERS AND GLAUCOMA

Veselov A.A. 1 Pestryakova Y.F. 1 Melnikov V.Y. 1 Rybchenko A.A. 2 Shabanov G.A. 2
1 The Pasific state medical university
2 International scientific center «ARKTIKA», Far East Branch RAS
Проведен сравнительный спектральный анализ биоэлектрической активности головного мозга по данным электроэнцефалографии (ЭЭГ) и индукционной магнитоэнцефалографии (МЭГИ) пациентов с хронической формой ишемической нейрооптикопатии и глаукомой. Выявлен ряд особенностей, характеризующих наличие данных видов патологий у исследуемых, проявляющихся десинхронизацией работы полушарий, а так же повышением амплитуды спектральной оценки определенных частотных диапазонов МЭГИ и ЭЭГ. У пациентов с ишемической нейрооптикопатией выявлены признаки усиления тонуса адренорецепторов артериальных сосудов, а так же увеличение амплитуды медленных электрических потенциалов. Наличие глаукомы характеризовалось усилением тонус адренорецепторов гладкой мускулатуры, а так же ослаблением парасимпатического тонуса вегетативной нервной системы. Сравнительный анализ не показал статистически значимых отличий показателей МЭГИ и ЭЭГ.
Results of the comparative spectral analysis of brain biopotentials in patients with chronic ischemic optic nerve disorders and as with glaucoma according to EEG and induction magnetoencephalography (MEGI) were studied. A revealed features shown a presence of desinchronization brain activity , and increased amplitude of a spectral estimation in certain frequency ranges EEG and MEGI. At investigated with ischemic optic nerve disorders attributes of increased of a adrenergic vegetative receptors tone in arterial vessels, and as increase in amplitude of slow electric potentials are revealed. Presence of a glaucoma was characterized by strengthening a adrenergic vegetative receptors tone in smooth muscles, and as easing parasimpatic tone of vegetative nervous system. The comparative analysis has not shown statistically significant differences of parameters MEGI and EEG.
brain biopotentials
ischemic nerve disorders
glaucoma

Благодаря наблюдающемуся росту инновационных, биомедицинских и информационных технологий на сегодняшний день, офтальмология, как наука наиболее требовательная к уровню технического оснащения выходит на одно из первых мест среди наиболее интенсивно развивающихся отраслей медицины. Неуклонно растет и интерес к поиску новых подходов к разработке диагностического оборудования – внедряется новая аппаратура, в том числе и компьютерные технологии, создаются новые программно-аппаратные комплексы [4]. Соответственно возрастают требования к скрининговым методам диагностики, которые в свою очередь должны быть диагностически точными, малоинвазивными, экономически доступными, и простыми в применении. Наиболее подходящим в этом отношении является скрининговая программа на основе программно – аппаратного комплекса, разработанного учеными ДВО РАН [8]. Основное предназначение комплекса заключается в регистрации диффузной или глобальной магнитоэлектрической активности (ДМА) головного мозга, с ее последующим спектральным анализом и выявлением на основе полученных данных признаков дисфункций различных органов и систем организма человека, в том числе и зрительного анализатора [3]. По мнению разработчиков, основная доля ДМА связана с неспецифической активирующей системой мозга и восходящим потоком афферентации от фоновоактивных вегетативных рецепторов внутренних органов и систем. Тонус интерорецепторов при различных патологических состояниях организма находит прямое отражение в определенных частотных спектрах индукционной магнитэнцефалорафии (МЭГИ), что подтверждено многочисленными теоретическими и экспериментальными работами [3, 6, 1]. В предыдущих работах мы рассматривали возможность выявления признаков различных ишемических заболеваний зрительного нерва и сетчатки, а так же глаукомы при помощи МЭГИ [2]. Учитывая принципиальное сходство МЭГИ и электроэнцефалографии (ЭЭГ), мы предприняли попытку сравнить показатели данных методов, используя единый способ программно-аппаратной обработки данных.

Цель работы – выявить закономерные сходства и различия показателей МЭГИ и ЭЭГ у пациентов с хронической формой передней ишемической оптической нейропатиии (ПИОН) и первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ)

Материалы и методы исследования

В исследование были включены пациенты, проходящие курс лечения в глазном отделении Приморской краевой клинической больницы № 2 г. Владивостока, после подписания информированного согласия (Этическая экспертиза № 4, дело № 32 от «16» февраля 2009 г., ГБОУ ВПО «Владивостокский государственный медицинский университет»).

В первую группу исследуемых было включено 68 пациентов (24 мужчины, 44 женщины) с хронической ПИОН в возрасте 55 ± 7 лет.

Вторая группа состояла из 45 человек (25 мужчин, 20 женщины) с І–ІІ стадией ПОУГ в возрасте от 49 до 70 лет. Регистрация и спектральный анализ ДМА головного мозга проводился при помощи магнитоэнцефалографа индукционного «МЭГИ-01» (Патент № 72395; Заявка № 2007145888; Приоритет от 3 декабря 2007 г.), разработанного на базе лаборатории экологической нейрокибернетики научно-исследовательского центра «Арктика» Дальневосточного отделения РАН и являющегося оригинальным прибором. МЭГИ имеет двухканальную систему отведения – соответственно левому и правому полушарию с установкой индукционных катушек в лобных отведениях. Диаметр катушек – 50 мм, расстояние между центрами катушек – 80 мм. Чувствительность усилителей – 2 пТл/мм, частотный диапазон 0,1–30 Гц. Уровень шума в полосе частот не более 1 мкв. Число полосовых фильтров при спектральном анализе – 840. Время одного обследования (суммации) – 160 с. Число съемов одного пациента – не менее трех.

Параллельно, для регистрации биопотенциалов был применен электроэнцефалограф «Нейрон спектр 1». Как и при МЭГИ исследовании, использовалось двухканальное отведение в проекции лобных долей мозга. Принципиальной разницей при исследовании данными методами было применение индукционных катушек, не контактирующих с поверхностью скальпа и регистрирующих в основном магнитную составляющую биопотенциалов при МЭГИ – исследовании и кожных электродов, устанавливающихся на поверхность скальпа и регистрирующих преимущественно электрическую составляющую.

Данные ЭЭГ и МЭГИ подвергались программно-аппаратному анализу с использованием единого программного обеспечения, и представлялись в виде графиков, отображающих спектральную оценку в различных частотных диапазонах, соответствующих определенной группе вегетативных рецепторов. Спектральная оценка выражалась в относительных единицах по шкале ординат от 1 до 10. Шкала абсцисс отображала частотные диапазоны соответствующих определенному типу вегетативных рецепторов (F1–F7). Каждый график представлялся для определенной сегментарной области, отражающих спинномозговые рефлекторные вегетативные центры, в которых регистрировалась афферентная активность ВНС в соответствии с сегментарным строением спинного мозга. Шейные сегменты – С1–С8, грудные – Th1–Th12, поясничные – L1–L5, крестцовые – S1–S5, К (рис. 1).

Полученные результаты обрабатывались на персональном компьютере IBM PC, с использованием пакета прикладных программ Statistica 6,0 (Реброва О.Ю., 2003). Сравнение двух независимых групп проводилось по качественным признакам с использованием критерия «Хи» – квадрат (χ²). Количественные данные обрабатывались при помощи непараметрического теста Вальда – Вольфовица и Колмогорова – Смирнова. Статистически значимыми считались различия, при которых коэффициент доверительной вероятности (p) был ниже 0,05. Так же для сравнения показателей ЭЭГ и МЭГИ был применен корреляционный анализ Спирмена. Учитывая отличие распределения признаков от нормального, в качестве описательной использованы такие показатели, как среднее (M), медиана (Me), и интерквартильный размах – 25 (P25 %) и 75 (P75 %) процентили.

Результаты исследования и их обсуждение

В первой группе исследуемых с хронической ПИОН отмечено наличие десинхронизации функции F2-4 сегментарной области Th1 как при МЭГИ (p = 0,0153), так и ЭЭГ (p = 0,0162) исследовании, с преимущественным снижением амплитуды спектральной оценки левого полушария (p = 0,0125) (рис. 1). Статистические выборочные показатели представлены в табл. 1.

Функция F2-4 соответствует частотному спектру 7,288 Гц и отвечает за тонус «альфа1» адренорецепторов артериальных сосудов [7]. Сегментарный центр, в системе частотных координат в котором была выявлена нами данная закономерность, находился в соответствии с сегментарным представительством симпатической иннервации глаза и зрительного нерва и приходился на область Th1. С позиции исследователей данный фактор можно косвенно расценить как преобладание симпатического тонуса с явлениями раздражения «альфа1» адренорецепторов артериальных сосудов питающих зрительный нерв. Однако данное предположение требует более детальных исследований.

Еще одна закономерность, выявленная нами в данной группе, заключалась в преобладании медленной биоэлектрической активности в виде синхронного повышения амплитуды спектральной оценки правого и левого полушарий функции F7-4 сегментарного центра Th1, что соответствует частоте 0,227 Гц (рис. 1). При проведении корреляционного анализа, данные ЭЭГ И МЭГИ имели тесную прямую зависимость, что указывает на равнозначность полученных результатов (табл. 1).

pic_1.tif

Рис. 1. График спектральной оценки МЭГИ. Сегментарная область Th1. Непрерывная линия – правое полушарие; пунктирная – левое. Указаны значения спектральной оценки в относительных единицах. По оси абсцисс частотные спектры (функции F1-F7); по оси одинат сегментарные центры от C1 до S5

Таблица 1

Значения показателей спектральной оценки 1 группы при ЭЭГ и МЭГИ исследовании и их корреляционная зависимость в относительных единицах, M; Me [P25 %; P75 %]

Метод исследования

Критерии

F2-4 разность амплитуд

F7-4 амплитуда п.п.

F7-4 амплитуда л.п.

ЭЭГ

0,28; 0,18[0,06; 0,36]

0,91; 0,69[0,36; 1,32]

0,92; 0,77[0,35; 1,32]

МЭГИ

0,26; 0,15[0,05; 0,36]

0,97; 0,73[0,38; 1,4]

0,98; 0,82[0,38; 1,44]

Rs (p)

0,96 (p < 0,01)

0,97 (p < 0,01)

0,98 (p < 0,01)

Примечания: Rs – коэффициент Cпирмена; p – коэффициент доверительной вероятности; M – среднее; Me – медиана; P25 % – 25 процентиль; P75 % – 75 процентиль.

Учитывая данные литературных источников [5], повышение спектральной мощности медленных электрических процессов (МЭП) и в частности секундного и декасекундного диапазонов в нервной ткани отражает возникновение функционального и метаболического напряжения в нейронно-глиальном взаимоотношении. Существенным фактором представляется отчетливая тенденция многих исследователей в той или иной степени связывать генез МЭП с процессами метаболизма в головном мозге, а так же в зрительных нервах или интерпретировать двойственность их происхождения, указывая на тесную связь, с одной стороны, с процессами метаболизма, с другой – с активностью нейронов [9]. Основываясь на данные факты, мы можем предполагать, что наличие повышения уровня спектральной оценки в частотном диапазоне МЭП у исследуемых с хронической ПИОН может указывать именно на наличие метаболических расстройств, а так же на уровень нейродегенеративных процессов в зрительных нервах.

У пациентов 2 группы с ПОУГ статистически значимой закономерностью по данным МЭГИ и ЭЭГ явилось повышение амплитуды огибающей спектр правого полушария функции F1-3 сегментарного центра С7-8 (p = 0,012), что соответствовало частотам 15,0–14,7 Гц, снижение амплитуды функции F6-2 в сегментарной области С7-8 (0,76–0,39 Гц) (p = 0,234), а так же резкий перепад (градиент) функции при переходе F3-3 в F3-4, наиболее выраженный в сегментарном центре С7-8, что соответствует частотам 4,7–1,5 Гц (p = 0,022).

pic_2.tif

Рис. 2. График спектральной оценки МЭГИ. Сегментарная область С7-8. Непрерывная линия – правое полушарие; пунктирная – левое. Указаны значения спектральной оценки в относительных единицах. По оси абсцисс частотные спектры (функции F1-F7); по оси ординат сегментарные центры от C1 до S5. Стрелками указаны признаки глаукомного процесса

Сравнительная характеристика полученных данных при помощи МЭГИ и ЭЭГ, а так же коэффициенты корреляции представлены в табл. 2.

Таблица 2

Значения показателей спектральной оценки 2 группы при ЭЭГ и МЭГИ исследовании и их корреляционная зависимость в относительных единицах, M; Me [P25 %; P75 %]

Метод исследования

Критерии

F1-3 амплитуда п.п.

F3-3 – F3-4 градиент п.п.

F6-2 амплитуда п.п.

ЭЭГ

0,83; 0,69 [0,34; 1,11]

0,59; 0,41 [0,31; 0,88]

0,12; 0,11 [0,08; 0,17]

МЭГИ

0,87; 0,67 [0,41; 1,12]

0,62; 0,51 [0,29; 0,99]

0,13; 0,12 [0,09; 0,17]

Rs (p)

0,89 (p < 0,01)

0,96 (p < 0,01)

0,86(p < 0,01)

Примечания: Rs – коэффициент Cпирмена; p – коэффициент доверительной вероятности; M – среднее; Me – медиана; P25 % – 25 процентиль; P75 % – 75 процентиль.

Как видно, по данным таблицы, выявленные признаки по данным ЭЭГ и МЭГИ имеют прямую очень тесную корреляционную зависимость, следовательно, показатели данных методов фактически равнозначные.

Экспериментальными исследованиями доказано, что частотный диапазон функции F1-3 отражает центральное звено «альфа2» – адренорецепторов гладкой мускулатуры, в связи с чем, мы можем предположить, что в данном случае имеет место повышение тонуса цилиарной мышцы глаза, гладкая мускулатура которой содержит такие рецепторы, что в принципе не противоречит патогенезу глаукомного процесса. Выявленный градиент при переходе функции F3-3 в F3-4, может свидетельствовать о нарушении венозного оттока из глаза, так как указанные функции отражают тонус венозного и лимфатического коллекторов. Снижение амплитуды функции F6-2 рассматривается, как угнетение парасимпатической составляющей ВНС и в частности М-холинорецептров.

Выводы

1. Данные МЭГИ и ЭЭГ пациентов с хронической формой ПИОН, а так же с глаукомой достоверно отличаются от данных практически здоровых исследуемых.

2. Анализ данных пациентов с хронической ПИОН позволяет предположить наличие изменений центральных звеньев вегетативной нервной системы с преобладанием симпатического тонуса в частотном спектре «альфа 1» адренорецепторов артериальных сосудов. Выявлено достоверное повышение спектральной оценки МЭП у пациентов с хронической ПИОН и по данным МЭГИ и ЭЭГ.

3. У больных с ПОУГ наблюдались признаки изменения центральных частот, свойственных «альфа 2» адренорецепторам гладкой мускулатуры, наряду с ослаблением парасимпатического звена ВНС, а так же ослабление тонуса венозного коллектора по данным ЭЭГ и МЭГИ.

4. На основании корреляционного анализа выявлено практически полное сходство полученных спектрограмм, как при использовании индукционных катушек, так и кожных электродов с учетом использования единого программного обеспечения для обработки данных.