EEG wcześniaków: multimodalny protokół neurofizjologiczny

Elektroencefalografia, czyli EEG, to technika służąca do pomiaru aktywności elektrycznej mózgu. EEG noworodków jest zawsze wykonywane nieinwazyjnie, z wykorzystaniem pojedynczych elektrod przyczepionych do skóry głowy lub za pomocą czepka EEG. Obecnie EEG jest szeroko stosowane na oddziałach neonatologicznych do oceny i monitorowania funkcji mózgu u niemowląt przedwcześnie i w terminie urodzonych.

Najczęściej stosuje się tę metodę w diagnostyce napadów padaczkowych oraz w ocenie dojrzałości mózgu i powrotu do sprawności po niedotleniająco-ischemicznych zdarzeniach. W ciągu ostatnich kilku lat praktyki rejestracji EEG oraz zrozumienie sygnałów EEG u wcześniaków uległy znaczącej poprawie. Celem niniejszej prezentacji jest przedstawienie teorii i praktyki zaawansowanych technik rejestracji EEG dostępnych na oddziałach neonatologicznych.

Doświadczenia kliniczne na oddziałach neonatologicznych na całym świecie wykazały, że zastosowanie EEG może znacząco poprawić opiekę neurologiczną nad chorymi noworodkami, zarówno wcześniakami, jak i dziećmi urodzonymi w terminie. Pod koniec lat 90. sieć badawcza z siedzibą w Helsinkach rozpoczęła pełną rewizję koncepcji i praktyki EEG w neonatologii. W wyniku tych prac wprowadzono kilka nowych pomysłów, aby połączyć wszystkie trzy domeny EEG.

Przedstawiono technikę EEG umożliwiającą dokładną ocenę funkcjonowania mózgu. Zakres częstotliwości rozszerzono do pełnego pasma EEG, a zakres przestrzenny zwiększono poprzez wprowadzenie wielokanałowych czapek EEG dla noworodków. Dodatkowo wprowadzono nową domenę systemową, polegającą na przeprowadzaniu testów sensorycznych u wcześniaków podczas rejestracji EEG.

Ta konfiguracja rejestracji jest kompatybilna z nowatorską ramą analityczną, która łączy aktywność EEG u wcześniaków z rozwojem połączeń mózgowych. EEG rejestruje aktywność elektryczną mózgu za pomocą elektrod przyczepionych do skóry głowy. Sygnał EEG jest generowany głównie przez aktywność neuronów w obszarze ciemieniowym kory.

Reagują one na przychodzące sygnały nerwowe i generują fluktuacje pól elektrycznych, które po wzmocnieniu są widoczne w EEG. Liczba i rozmieszczenie elektrod może być różna, od kilku do ponad stu, w zależności od potrzeb. Kliniczne badania noworodków historycznie wykonywano przy użyciu od czterech do 10 elektrod.

Lokalizacje są zawsze definiowane zgodnie z międzynarodową nomenklaturą, która określa obszary skóry głowy w oparciu o kombinację liter i cyfr. U noworodków zazwyczaj dodaje się kanały poligraficzne do rejestracji oddechu, ruchów gałek ocznych, napięcia mięśni żuchwy oraz aktywności serca. Sygnał EEG jest konwencjonalnie silnie filtrowany, aby wyeliminować najwolniejsze i najszybsze aktywności.

Choć metoda ta pozwala skutecznie wyeliminować wiele artefaktów technicznych i pozamózgowych sygnałów biologicznych, może ona również prowadzić do poważnych zniekształceń sygnałów mózgowych. Porównanie tych samych sygnałów EEG wcześniaków z filtrowaniem i bez niego pokazuje, że filtry mogą znacząco zniekształcić wygląd EEG wcześniaka. Termin pełnopasmowe EEG lub F-B-E-E-G odnosi się do techniki umożliwiającej rejestrację wszystkich częstotliwości bez zniekształceń.

Jest to istotne dla wykrywania najwolniejszych zdarzeń, takich jak tzw. aktywność spontaniczna, przejściowa lub SAT w EEG wcześniaków. Multimodalne badanie EEG obejmuje jednoczesne testowanie układu sensorycznego. Może to być bardzo przydatne w ocenie klinicznej, ponieważ zmiany mózgowe u wcześniaków często ograniczają się do struktur podkorowych i w związku z tym mogą wpływać jedynie na szlaki sensoryczne.

EEG o gęstym rozmieszczeniu elektrod to system rejestracyjny, w którym liczba elektrod jest znacznie większa niż w konwencjonalnych systemach dwu- lub dziesiokanałowych. Zastosowanie od 20 do 60 elektrod jest możliwe nawet na oddziale intensywnej terapii. Dzięki zastosowaniu czepek EEG zaprojektowanych dla noworodków, każda z ponad stu elektrod dostarczy istotnych, nowych informacji o mózgu noworodka.

Reakcje korowe na bodźce sensoryczne w mózgu wcześniaka znacznie różnią się od tych obserwowanych w późniejszym wieku. Na przykład u wcześniaków amplituda somatosensorycznej odpowiedzi na bodziec dotykowy może być setki razy większa, a czas jej trwania wielokrotnie dłuższy niż w przypadku odpowiedzi obserwowanej u starszych dzieci. Odpowiedzi sensoryczne wcześniaków są zatem widoczne na poziomie pojedynczej odpowiedzi, co sprawia, że są one łatwo mierzalne podczas zapisu EEG.

Ponieważ kora mózgu wcześniaka szybko ulega zmęczeniu, może ona potrzebować kilku sekund na regenerację pomiędzy odpowiedziami, podczas gdy mózg starszych dzieci może odpowiadać częściej niż 10 razy na sekundę. Wszystkie te różnice wynikają z fundamentalnie unikalnych mechanizmów sieci neuronowych, które leżą u podstaw trwającej aktywności i odpowiedzi sensorycznych w mózgu wcześniaka; zrozumienie tych odpowiedzi sprawia, że testy sensoryczne są klinicznie użyteczne. Podczas zapisu EEG wcześniaka, odpowiedź wywołaną sensorycznie lub SE arm może zostać wywołana poprzez zastosowanie bodźca sensorycznego praktycznie w dowolnej części ciała. Bodziec może być dotykowy, elektryczny, a nawet proprioceptywny, taki jak wywołany zgięciem nadgarstka lub kostki.

Wygodnym sposobem dostarczania bodźca SER podczas zapisu EEG jest dotknięcie dłoni lub stopy; bodziec dotykowy lub proprioceptywny generuje sygnał, który przemieszcza się wzdłuż nerwu obwodowego do rdzenia kręgowego, a następnie przechodzi na drugi nerw wznoszący się do wzgórz po przeciwnej, kontralateralnej stronie ciała. Ostatecznie sygnał biegnie wzdłuż nerwu wzgórzowo-korowego do kory mózgowej, gdzie wywołuje pole elektryczne rejestrowane przez EEG w obszarach centralno-ciemieniowych. Odpowiedź wywołaną bodźcem wzrokowym lub tzw. ramieniem VE można łatwo wywołać za pomocą migającego światła stymulującego siatkówkę; sygnały z siatkówki przemieszczają się wzdłuż nerwów wzrokowych do wzgórz po obu stronach.

Sygnał przeskakuje następnie do nerwów korowych i zostaje przekazany do kory wzrokowej. Powstające pola elektryczne są rejestrowane przez elektrody EEG TAL w okresie od wczesnego przedwczesnego do pełnego terminu ciąży. Następuje wówczas kluczowy rozwój strukturalny, który odzwierciedla się w charakterystyce sygnałów EEG.

Powierzchnia kory niezwykle małego wcześniaka jest niemal płaska i posiada grubą, leżącą pod nią warstwę podpłyty. Pierwsze połączenia wzgórzowo-korowe i korowo-korowe wrastają do podpłyty i zaczynają naciekać na płytę korową. W kolejnych tygodniach kora przybierze bardziej pofałdowaną powierzchnię, a podpłyta stanie się cieńsza.

Połączenia lamo, korowe i kortyko-kortykalne zbliżają się obecnie do swoich celów w korze mózgowej. W wieku okołoporodowym kora dziecka jest silnie zwinięta, a strefa podpłytowa praktycznie zanikła. Połączenia lamo, korowe i kortyko-kortykalne dotarły do swoich docelowych warstw i są gotowe do przetwarzania danych sensorycznych pochodzących zarówno ze świata zewnętrznego, jak i z wnętrza organizmu.

Etap rozwoju połączeń korowo-wzgórkowych definiuje, w jaki sposób kora i warstwa podpłytowa (subplate) u wcześniaków będą reagować na bodźce sensoryczne. Ta animacja przedstawia porównanie odpowiedzi zarejestrowanej na skórze głowy oraz odpowiadającego jej profilu głębokości w obrębie kory. U najmłodszych wcześniaków impuls wzgórkowy wywołuje głównie powolną i rozległą odpowiedź w warstwie podpłytowej, co objawia się jako powolna odpowiedź o wysokiej amplitudzie w elektrodach powierzchniowych; kilka tygodni później ten sam sygnał wzgórkowy wywołałby już nieco mniejszą odpowiedź w warstwie podpłytowej.

Dodatkowo, pojawia się coraz wyraźniejsza szybka składowa z głębokich warstw kory, która jest również widoczna w elektrodach skalpowych w wieku bliskim terminowi. Odpowiedzi z subplate nie są już widoczne. Główna reakcja sensoryczna pochodzi z końcowego miejsca docelowego w układzie wzgórzowo-korowym.

Warstwa czterech neuronów, której wynikiem jest odpowiedź zbliżona do tej obserwowanej w korze mózgowej dorosłych. Rejestracja EEG u wcześniaków jest wyzwaniem zarówno praktycznym, jak i technicznym. Rejestracje EEG muszą być zgodne z różnymi procedurami pielęgnacyjnymi.

W związku z tym rejestrację EEG może być konieczne przerwać lub wstrzymać w dowolnym momencie. Ponadto oddział intensywnej terapii stanowi wymagające środowisko dla czułych urządzeń EEG. Niemowlęta są stale podłączone fizycznie do urządzeń, przewodów i linii, które mogą powodować znaczne zakłócenia elektryczne w zapisach EEG.

Pierwszym krokiem przy łóżku pacjenta jest zminimalizowanie potencjalnych źródeł artefaktów technicznych. Należy odsunąć luźne przewody monitora parametrów życiowych i linie kroplówek od głowy niemowlęcia, przewodów EEG oraz wzmacniacza. Należy również upewnić się, że głowa niemowlęcia nie styka się z żadnymi mokrymi tkaninami, które mogą łatwo przenosić zakłócenia elektryczne z łóżeczka na dziecko.

Przed nałożeniem czepek EEG zaleca się usunięcie z owłosienia dziecka substancji utrudniających kontakt, takich jak wosk czy olej, poprzez przetarcie skóry ściereczką zwilżoną rozcieńczonym alkoholem lub szamponem dla niemowląt. Nałożenie czepek EEG jest łatwiejsze przy udziale dwóch osób – jednej zajmującej się czepkiem oraz drugiej przytrzymującej głowę oraz ewentualne rurki intubacyjne lub rurki do CPAP nosowego. Jeśli pacjent korzysta z CPAP, należy go odłączyć na 10–20 sekund, czyli na czas niezbędny do założenia czepek EEG.

Pasy CPAP można w razie potrzeby owinąć wokół czepka EEG. Przed zapięciem pasa podbródkowego należy upewnić się, że czepek został rozmieszczony symetrycznie na głowie.

Żel elektrodowy nanosi się przez otwory elektrod, aby ustanowić kontakt elektryczny ze skórą głowy. Do nakładania żelu w trudno dostępnych miejscach może być pomocna końcówka zgięta. Ważne jest, aby zastosować odpowiednią ilość żelu, by wypełnić cały uchwyt na żel w przypadku wstrzyknięcia zbyt dużej ilości.

Jednakże żel może wyciekać i tworzyć mostki z sąsiednimi elektrodami lub nawet zamoczyć podkładkę, powodując artefakty. Bardziej praktyczna może okazać się formuła żelu o większej gęstości. W związku z tym powierzchnia skóry często może wymagać dodatkowego przygotowania mechanicznego po aplikacji żelu; krok ten usuwa zewnętrzne warstwy nabłonka w celu zmniejszenia ilości artefaktów elektrycznych i ruchowych.

Można to przeprowadzić poprzez delikatne pocieranie mechaniczne lub stosując tzw. metodę Sure prep. Jakość kontaktu ze skórą można oceniać w czasie rzeczywistym na podstawie wartości impedancji podawanych przez oprogramowanie EEG. Ze względów praktycznych często najłatwiej jest zakończyć aplikację żelu i przygotowanie skóry dla całej półkuli w momencie, gdy poziomy impedancji są akceptowalne.

Jak wskazują zielone kropki w tym oprogramowaniu EEG, nadeszła pora na przejście do rejestracji EEG i obserwację jakości sygnału EEG. Ostatnim krokiem jest zastosowanie kanałów poligraficznych. Napięcie mięśniowe jest zazwyczaj mierzone za pomocą dwóch elektrod EMG przymocowanych pod brodą.

Praca serca jest rejestrowana za pomocą elektrod EKG przymocowanych do klatki piersiowej lub ramion. Ruchy gałek ocznych mogą być rejestrowane za pomocą frontalnego EEG lub oddzielnych elektrod do oczu bądź EOG przymocowanych w pobliżu bocznych kącików oczu. Oddychanie może być monitorowane za pomocą pasa z czujnikiem rozciągania owiniętego wokół tułowia.

Pas musi być wystarczająco ciasny, aby podążać za ruchami oddechowymi, a jednocześnie na tyle luźny, by nie ograniczać swobodnego oddychania u niemowląt z oddechem spontanicznym. Należy zachować szczególną ostrożność, aby nie krępować ruchów oddechowych. Można również przymocować czujnik piezoelektryczny wrażliwy na ruch do dowolnej części ciała, która może wykazywać podejrzane ruchy.

Ostatnim krokiem jest ustawienie kamery wideo zsynchronizowanej z EEG, aby cały niemowlę był dobrze widoczny na ekranie. Po pełnym przygotowaniu niemowlęcia można rozpocząć rejestrację EEG. Ważne jest monitorowanie jakości sygnału EEG i wprowadzanie korekt, jeśli którakolwiek z elektrod przekazuje słaby sygnał.

Wszelkie zdarzenia, które mogą zostać uznane za istotne klinicznie, powinny zostać zapisane w pliku adnotacji. Długość rejestracji jest dostosowywana indywidualnie tak, aby EEG obejmowało wszystkie stany czuwania: budzenie, sen aktywny oraz sen spokojny. Zazwyczaj oznacza to czas rejestracji od 40 do 90 minut.

W przypadku wszystkich badań reaktywności sensorycznej u wcześniaków powszechnym zjawiskiem jest szybki spadek odpowiedzi sensorycznej w korze mózgowej, jeżeli bodźce są powtarzane zbyt często. Podobnie, trwająca aktywność EEG w pobliżu kory sensorycznej może blokować lub tłumić odpowiedzi sensoryczne. W związku z tym bodźce sensoryczne prezentowane w tym filmie powinny być podawane w momentach, gdy zapis EEG pozostawał relatywnie cichy przez co najmniej kilka sekund.

Z tego względu głęboki sen jest idealnym okresem do badania reakcji wzrokowych. Odpowiedzi wzrokowe wywołane bodźcem można badać poprzez podawanie pojedynczych błysków. Ponieważ oczy są bardzo wrażliwe, błysk może być podany nawet z odległości przez przezroczystą ściankę inkubatora, a nawet przy zamkniętych powiekach.

Somatosensoryczne potencjały wywołane można badać, podając bodziec dotykowy na dłoń lub podeszwę stopy niemowlęcia. Alternatywnie można po prostu zgiąć nadgarstek lub kostkę, aby wywołać bodziec proprioceptywny. Pomocne jest zastosowanie urządzenia, które generuje znacznik synchronizacji bodźca lub wyzwalacz w zapisie EEG.

W przeciwnym razie konieczne jest dodanie ręcznych adnotacji obrazujących czas podania bodźców. Reaktywność słuchową można łatwo sprawdzić za pomocą niemal każdego dźwięku. Dobrą reakcję korową można wywołać na przykład poprzez klaskanie.

Tradycyjny klakson może być również przydatny, jednak dźwięk ten jest często na tyle głośny, że może zarówno aktywować system słuchowy, jak i wywołać reakcję pobudzenia. Po zakończeniu sesji zapisu EEG zdejmuje się czepek oraz pozostałe czujniki, a następnie oczyszcza skórę głowy niemowlęcia. Czepek EEG oraz wszystkie pozostałe czujniki są czyszczone mechanicznie i sterylizowane zgodnie z instrukcjami szpitalnymi.

Dokładna analiza EEG jest przeprowadzana w trybie offline na stacji roboczej, gdzie wyniki EEG mogą zostać przetworzone i opisane bardziej szczegółowo. Dobre zrozumienie zależności między rozwijającą się funkcją a strukturą mózgu sprawia, że badanie EEG u wcześniaków jest wyjątkowym doświadczeniem, dającym możliwość oceny dojrzewania mózgu w czasie, gdy niemowlę nie może jeszcze komunikować się ze światem zewnętrznym. W konsekwencji lepsza opieka neurologiczna może przynieść korzyści wcześniakowi przez całe jego życie.