Electroencefalografia

2.1 Generalități

Electroencefalografia (EEG) este o metodă de monitorizare electrofiziologică care înregistrează activitatea electrică de la nivelul creierului. Tipic este neinvazivă, cu electrozi plasați pe scalp. În unele aplicații se pot folosi și electrozi invazivi. EEG măsoară fluctuațiile de tensiune electrică rezultate din trecerea curentului ionic prin celulele neuronale. În context clinic, EEG se referă la înregistrarea activității electrice spontane a creierului pe o perioadă de timp, colectată de electrozi multipli plasați pe scalp. Aplicațiile de diagnostic se focusează în general pe conținutul în frecvență (spectral) a EEG, adică pe tipurile de oscilații neuronale (unde) care pot fi observate pe traseele EEG.

Activitatea electrică a creierului este dată de miliarde de neuroni. Aceștia sunt polarizați de proteine membranare de transport care trimit ioni dincolo de membrana lor. Celulele neuronale sunt într-un schimb constant de ioni cu mediul extracelular pentru menținerea potențialului de repaus și pentru propagarea potențialelor de acțiune. Ionii cu aceeași încărcare electrică se resping, astfel încât atunci când mai mulți ioni sunt împinși din mai mulți neuroni simultan, ei pot să îsi împingă vecinii, care îsi împing vecinii și așa mai departe, formând o undă. Acest proces este denumit conducție în volum. Atunci când undele de ioni ating electrozii de pe scalp, ei pot trage sau împinge elctronii pe metalul electrozilor. Diferența dintre voltajul de tragere și cel de împingere între cei 2 electrozi poate fi măsurat de un voltmetru. Înregistrarea acestor voltaje în timp se numește electroencefalogramă.

Principalii generatori ai EEG sunt potențialele postsinaptice de excitație sau de inhibiție. Activitatea de suprafață a EEG depinde de sumarea potențialelor de câmp locale, care sunt îmbunătățite prin orientarea perpendiculară a dendritelor apicale ale neuronilor piramidali. În plus față de orientare și localizare , aria neuronală care permite vizualizarea unei activități sincronizate pe o EEG de suprafață este estimată la 6 cm2.

2.2 Parametrii unei electroencefalografii normale

Frecvența reprezintă numărul de cicli efectuați de o undă în unitatea de timp, în cadrul unei activități ritmice. În funcție de frecvență, activitatea EEG se clasifică în: unde Delta (< 4 Hz), unde Teta (4 – 8 Hz), unde Alfa (8 -13 Hz) și unde Beta ( > 13 Hz).

Amplitudinea se măsoară în microvolți vârf la vârf. Amplitudinea undelor inregistrate reflecta numarul neuronilor care functioneaza sincron la un moment dat. In mod normal amplitudinea undelor este in jur de 100 µV. Atenuarea și blocarea sunt termeni ce definesc reduceri în activitatea EEG, de regulă datorită unor stimuli (atenuarea ritmului alfa se datorează deschiderii ochilor).

Morfologia undei – aspectul EEG depinde de frecvență, amplitudine, existența stimulilor, starea clinică a pacientului și alți factori.

Un traseu EEG este de obicei descris în funcție de activitatea ritmică, care este împărțită în benzi de frecvență. Această divizare apare deoarece activitatea ritmică cu un anumit spectru de frecvență are o distribuție specifică la nivelul scalpului și o însemnătate biologică particulară. Se descriu astfel 4 ritmuri, denumite alfa(α), beta(β), teta(θ), delta(Δ).

Ritmul alfa are origine în ambele arii occipitale și în aria parietală pre-vertex, cu o amplitudine mai are homolateral emisferei cerebrale dominante. Are o frecvență cuprinsă între 8-13 Hz și o aplitudine ce variază între 10 și 100 µV. Se manifestă ca o succesiune perpetuă de unde sinusoidale, sincrone și simtetrice, ce pot iradia în zonele parietale și frontale. Apare prima oară o data cu progresele funcției vizuale. Unele studii au arătat că ritmul alfa se dezvoltă în același timp cu aptitudinea de integrare a stimulilor vizuali. Într-o fiziologie normală, undele alfa sunt predominante în condiții de relaxare, de meditare. Ritmul alfa poate fi amplificat prin stimularea luminoasă intermitentă și închiderea ochilor. Ritmul poate fi atenuat o data cu deschiderea ochilor, cu practicarea unor activități mentale (calcule matematice), cu creșterea numărului de repetări ale testului. De asemenea, este asociat cu capacitatea de control inhibitor, cu scopul de la măsura activitatea inhibitorie în diferite părți ale creierului. Patologic, ritmul alfa apare la persoanele în comă.

Traseu specific ritmului alfa

Ritmul beta reflectă activitatea neuronilor din cortexul frontal și parietal anterior. Este un ritm cu amplitudini joase, cu valori cuprinse între 5-30 µV. Frecvența ia valori, de obicei, în intervalul 13-31 de Hz, însă poate atinge și 70 Hz. Sunt neregulate și semnifică o desincronizare a activității neuronilor corticali. Este specific unei stări de concentrare ridicatăsau unei stări de anxietate. Ritmul beta cu un set de frecvențe dominante este asociat cu diverse patologii și efecte ale medicamentelor, în special a benzodiazepinelor. Poate fi absent sau atenuat în zonele corticale lezate.

Traseu specific ritmului beta

Ritmul teta are origini în regiunile temporale bilaterale. Undele au un aspect sinusoidal, o amplitudine variabilă între 30 și 70 µV și o frecvență de 4-7 Hz. Acest ritm este dominant la copiii de până la 5 ani, la adulți în fazele incipiente ale somnului, precum și atunci când pacientul încearcă să își inhibe o acțiune sau să își reprime în mod active un răspuns. Patologic, undele teta par în leziuni focale subcorticale, encefalopatii metabolice, unele cazuri de hidrocefalie.

Traseu specific ritmului teta

Ritmul delta are origini în ariele centro-parietale. Constă în unde de amplitudine mare, mono sau polimorfice. Valoarea amplitudinii variază între 20-30 µV și 200-300 µV. Frecvența este joasă, mai mică de 4 Hz. În mod normal, ritmul delta apare la nou-născuți, la adulți în timpul somnului și în timpul unor activități ce necesită concentrare continuă. Patologic, undele delta apar în cazul leziunilor subcorticale, a leziunilor difuze sau a encefalopatiilor hidrocefalice metabolice.

Traseu specific ritmului delta

Se mai disting două ritmuri, gamma și mu, a căror frecvențe se suprapun ce unul din cele patru ritmuri principale. Ritmul gamma are origini în cortexul somatosenzitiv și o frecvență mai mare de 32 de Hz. În mod normal, acest ritm apare atunci când pacientul recunoaște obiecte, sunete sau senzații tactile sau în timpul procesării senzoriale care combină două simțuri diferite, cum ar fi văzul și auzul. Se crede că acest ritm „leagă” diferite populații neuronale într-o rețea cu scopul îndeplinirii unei anumite funcții motorii sau cognitive. Patologic, o scădere a banda de activitate a ritmului poate fi asociată cu declin cognitiv, mai ales în asociere cu banda de frecvență specifică ritmului teta.

Traseu specific ritmului gamma

Ritmul mu are origini în cortexul senzomotor și are o bandă de frecvență cuprinsă între 8 și 12 Hz. Reflectă activitatea sincronă a neuronilor motorii într-o stare de odihnă a pacientului. Reprimarea acestor unde poate indica că neuronii-oglindă motori au activitate. Deficite în reprimarea ritmului mu, și astfel a neuronilor oglindă, poate juca un rol în autism.

Traseu specific ritmului mu

Avantajele electroencefalografiei sunt:

Costul componentelor semnificativ mai mici decât în cazul altor tehnici

Previne limitarea disponibilităților tehnologiilor care oferă îngrijire imediată în spitale mari, aglomerate

Senzorii EEG pot fi plasați în mai multe locuri decât în cazul fMRI, SPECT, PER, MRS sau MEG, care necesită echipamente masive, imobile. De exemplu, MEG are nevoie de detectori de helium lichid care pot fi folosiți doar în camere speciale, protejate magnetic; fMRI necesită un magnet de 1 tonă, tot într-o cameră specială.

EEG are o rezoluție temporală foarte ridicată, de ordinul milisecundelor. În mod normal, EEg este înregistrat la frecvențe între 250 și 2000 Hz în condiții clinice și de cercetare. Noile sisteme de colectare a datelor EEG sunt capabile de înregistrare la o frecvență mai mare de 20 MHz, dacă este nevoie.

EEG permite o oarecare mișcare a pacientului. Există metode de reducere a artefactelor produse de aceste mișcări.

EEG este silențios, ceea ce permite un studiu mai bun asupra reacțiilor la stimuli auditivi

EEG nu prezintă o problemă pentru pacienții claustrofobici, precum, fMRI, PET, SPECT

EEG nu implică expunerea pacientului la câmpuri magnetice de intensități ridicate (mai mari de 1 Tesla), expunere ce poate avea efecte negative și care neagă efectuarea testului la pacienți cu metal implantant (pacemaker)

EEG nu necesită radioliganți, spre deosebire de tomografia cu emisie de pozitroni (PET)

EEG este extreme de neinvazivă, spre deosebire de electrocorticografie, care necesită plasarea electrozilor pe suprafața creierului.

Dezavantajele electroencefalografiei sunt:

Rezoluție spațială scăzută. FMRI, de exemplu, poate arăta direct zonele active ale creierului, în timp ce EEG necesită o intense interpretare doar pentru a presupune ce zone sunt activate de un amunit răspuns.

EEG măsoară întrr-un mod deloc satisfăcător activitatea neuronală ce are loc dincolo de cortexul cerebral.

Spre deosebire de PET și MRS, EEG nu poate identifica locații specifice la nivelului creierului, unde pot fi găsiți diferiti neurotransmițători, medicamente etc

Durata destul de lungă a conectării unui pacient la EEg, având în vedere că necesită plasarea precisă a unei multitudini de electrozi în jurul capului și utilizarea unei varietăți de geluri, soluții saline, și/sau paste pentru a-I menține la locul potrivit.

Raportul semnal-zgomot este scăzut, astfel încât extractarea informațiilor utile de pe o EEG necesită o analiză a datelor sofisticată și un eșantion mare de pacienți.

Indicațiile EEG depind de tipul investigației și de parametrii clinici.

EEG de rutină

-pentru determinarea tipului de epilepsie (crize cu debut focal vs. generalizat, anumite sindroame epileptice)

-pentru stabilirea riscului de reapariție a convulsiilor ( după o criză neprovocată sau înainte de reducerea dozei medicamentoase în vederea întreruperii tratamentului)

-pentru diagnosticul diferențiat a fenomenelor paroximale care pot fi epileptice sau nu

EEG ambulatoriu

-penru creșterea randamentului în detectarea anormalităților epileptiforme interictale la pacienții cu EEG de rutină normal.

-pentru evaluareadiagnosticului la pacienți cu evenimente frecvente și care nu necesită tratament.

-pentru determinarea frecvenței crizelor la pacienții care sunt incapabili să își semnalizeze crizele în vederea personalizării tratamentului și a restricțiilor de zi cu zi.

EEG la pacienți internați

-pentru evaluarea pacienților cu status mental alterat din motive necunoscute

-pentru stabilirea unui prognostic la pacienții aflați în comă.

– ca și test de confirmare pentru stabilirea unui diagnostic de moarte cerebrală.

Monitorizare EEG continuă (video) la pacienții internați

-unitatea de monitorizare a epilepsiei

-evaluarea diagnosticelor pacienților cu crize refractare pe o perioadă mai mare de 1 an

-schimbări rapide de tratament la pacienții cu convulsii greu de controlat

-unitatea de terapie intensivă

-detectarea crizelor subclinice la pacienții cu status mental alterat

-după status epilepticus convulsiv

-după o lezare acută a creierului (traumă, hemoragie, leziune anoxică)

-monitorizarea pacienților în supresie convulsivă

-proceduri

-endartectomie carotidă, operație de anevrism

-test Wada.

EEG de suprafată

Tehnici de înregistrare

Plasare: electrozii EEG se plasează după sistemul 10-20. Astfel, se permite acoperirea proporțională a capului utilizând 10 și 20% dintr-o anumită distanță definită de puncte de reper anatomice. Electrozii au denumiri specifice: T7 și P7 pentru electrozii temporoparietali stângi, T8 și P8 pentru electrozii temporoparietali drepți. Pentru fixarea electrozilor de folosesc geluri specifice. Colodiul este necesar pentru asigurarea unei calități de durată în cazul înregistrărilor ce durează mai multe ore sau zile.

În setările standard, frecvența minimă de filtrare pentru un EEG de rutină este de 1 Hz,iar cea maximă de 70 Hz. Un filtru notch poate fi utilizat pentru reducerea interferențelor electrice. Senzitivitatea este setată inițial la 7µV/mm. Impedanța electrodului poate varia între 100 ohmi și 5 kΩ.

Înregistrările digitale permit schimbarea montajului în timpul investigației. Montajele pot fi referențiale, longitudinale bipolare sau transversale bipolare.

Limitările EEG-ului de suprafață

-rezoluția: inregistrările de suprafață nu pot detecta sincronizarea electrică pe o suprafață mai mică de 6 cm2 din cortex si au rezoluție slabă a cortexului care nu e acoperit de un electrod.

-eșantionarea: o EEG de rutină are o durată de doar 20-30 de minute și anormalitățile epileptiforme interictale pot fi ușor de ratat. În cazul înregistrărilor EEG seriale, 50% din pacienții cu epilepsie au avut anormalități pe prima EEG, 84% pe a treia și 92% pe a patra.

Metode de creștere a randamentului unei EEG de rutină

Privarea de somn

Marele avantaj al acestei metode este că pacientul adoarme în timpul investigației. Înregistrarea în timpul somnului mărește capacitatea EEG-ului de a captura anormalități epileptoforme, mai ales în cazul pacienților tineri și a pacienților cu sindroame epileptice generalizate.

Hiperventilația

Răspunsul fiziologic al hiperventilației este o încetinire a ritmului delta. Această metodă poate semnaliza activitate epiletoformă în 10% din epilepsiile generalizate și rar în epilepsiile focale. Poate induce crize non-convulsive.

Stimulare fotică

Traseu EEG normal

Anormalități interictale

Anormalități non-epileptoforme

Încetiniri

Încetinirea generalizată indică o disfuncție difuză, care de obicei se corelează clinic cu o encefalopatie.

Încetinirea generalizată intermitentă este tiică pentru o encefalopatie slabă. Încetinirea continuă, asociată cu pierderea unei activități electrice posterioare de fundal, indică o encefalopatie moderată sau severă.

Alte anormalități tipice găsite la pacienții în comă includ supresii de fundal (amplitudini mai mici de 10µV), suprimări bruște și inactivități la nivelul undelor alfa, teta sau delta, consistente cu o activitate inexistentă în intervalele de frecvență respective).

Încetiniri focale, indicative ale unei disfuncții focale

Încetinire focală intermitentă, mai ales la nivelul regiunii temporale poate fi normală în cazul unei stări de somnolență, a indivizilor tineri sau a pacienților peste 40 de ani.

Încetinirea focală continuă este un indicator pentru o anormalitate focală de structură.

Încetinirea focală intermitentă ritmică poate reprezenta o criză electrografică, mai ales dacă aeasta poate fi corelată clinic.

Asimetrii

Asimetriile ritmului alfa de până la 50% apar de obicei, mai frecvent în emisfera cerebrală dreapta decât în cea stângă.

Creșerea amplitudinii apare după craniotomii.

Reducerea în amplitudine poate apărea din cauza unei lezări corticale sau a colectării lichidului între suprafața corticală și electrozi ( hemoragie subdurală)

Frecvențele emisferice de fundal trebuie să aibă o valoare mai mică de 1Hz. Asimetria iîn frecvență este un parametru nespecific.

Descărcări periodice generalizate

Descărcări (epiletoforme) generalizate după o leziune anoxică de obiei asociate cu crize mioclonice.

Unde trifazice tipice pentru encefalopatiile metabolice

Descărcări electrice periodice ce apar la fiecare 1-2 secunde tipice pentru pacienții cu sindromul Creutzfeldt-Jakob.

Anormalități epiletoforme

Vârfuri focale și unde ascuțite sunt elementele careacteristice epilepsiilor cu crize focale

Anormalitățile epileptoforme apar la 80-90% din pacienții epileptici cu crize focale și sunt detectate la mai puțin de 1-2% din populația normală.

Vârfurile multifocale sau generalizate sau undele ascuțite, vârfurile generalizate și complexele de undă și polivârfurile sunt tipice epilepsiilor cu convulsii generalizate.

În combinație cu un istoric normal atțt în stare aertă, caât și în stare de somn, vârfurile generalizate cu o frecvență de 3-4 Hz, complexele de undă și polivârfurile sunt caracteristice pentru un grup de sindroame epileptice genetice: epilepsia absentă din copilărie (CAE), epilepsia absentă juvenilă (JAE), epilepsia mioclonică juvenilă (JME).

Descărcări epileptoforme generalizate sunt mai puțin specifice decât descărcările epileptoforme focale. Aproximativ 10-20% din pacienții cu descărcări generalizate, înregistrate spontan sau declanșate prin stimulare fotică sau hiperventilare, nu au niciun istoric de convulsii.

Descărcările epileptoforme lateralizate periodice sau semiperiodice cu o perioadă de 1-5 secunde apar în cazul unei leziuni focale corticale acute sau semiacute.

Tresee ictale

Crizele EEG pot fi clasificate în funcție de debut și de evoluția precoce în trasee focale (regionale), lateralizate, generalizate sau nelocalizabile.

Crizele focale

Traseele în cazul unei crize focale sunt caracterizate de activități rimice, sinusoidale la nivelul undelor alfa, beta sau teta, și de descărcări repetitive cu evoluție în frecvență, amplitudine sau distribuție. De obicei, încep cu desincronizare generalizată de fundal și se termină cu o activitate înceată iregulară. Traseul ictal este, în general, nedetectabil, dar apare cu o alterare a stării de cunoștință ceea ce indică că o răspândire a descărcărilor ictale dincolo de zona de debut este necesară pentru ca traseul să devină vizibil pe înregistrarea unui EEG neinvaziv.

Importanța localizării a unui EEG ictal depinde de zona de debut. Majoritatea epilepsiilor de lob temporal au rezultate EEG localizate, observate în 90% din epilepsiile de lob temporal mesial și în 75% din convulsiile de lob temporal neocortical care pot prezenta mai des un debut lateralizat decât un debut focal. Un traseu ritmic teta la debut este specific pentru epilepsiile de lob temporal, și mai rar pentru cele de lob extratemporal.

Epilepsiile de lob frontal, mai ales cele cu origini în structurile mesiale, se prezintă cu o supresie difuză sau un debut EEG generalizat. Doar o treime din cazuri au un traseu EEG localizat. Descărcările epileptoforme ictale în epilepsiile de lob frontal pot avea o distribuie generală, un fenomen numit hipersincronie bilaterală secundară.

Epilepsiile de lob parietal și occipital au un traseu de debut localizat în jumătate din cazuri. Totuși, convulsiile de lob occipital pot fi localizate în mod eronat în zona contralaterală din cauza orientării vectorului ictal. În plus, epilepsiile de lob parieto-occipital au tendința de a se răspândi rapid la nivelul lobului temporal sau frontal, ipsilateral sau contralateral sau pot avea un traseu asemănător cu traseul unei convulsii generalizate.

Convulsii generalizate

Traseul EEG în crizele generalizate se corelează de obicei cu tipul crizelor. În subgrupul epilepsiilor genetice (CAE, JAE, JME), EEG-ul interictal este identic cu cel ictal.

EEG-ul în timpul crizelor neconvulsive în CAE și JAE arată același traseu cu vârfuri și unde cu o amplitudine de 2.5-3.5 Hz. Erupția ictală are o durată mai lungă decât activitatea interictală asimptomatică. Totuși, chiar și crizele cu o durată de 1-2 secunde poate determina simptome.

Traseul EEG în timpul convulsiilor mioclonice îm JME evidențiază o explozie de descărcări de complexe polivârf-undă cu o amplitudine variabilă între 3-4 Hz. Aceste descărcări pot avea o durată mai lungă decât activitatea mioclonică inițială și pot fi asociate cu privitul în gol și o stare de pasivitate. Crizele sunt provocate de lipsa de somn și apar după trezire.

Convulsiile tonico-clonice generalizate asociate cu CAE și JME sunt precedate de crize non-convulsive sau mioclonice . Faza tonică este în mare parte obturată de un artefact electromiografic dens, dar se pot observa o scurtă atenuare și un voltaj scăzut, succedat de o activitate cu o frecvență asociată ritmului alfa. Această activitate încetinște progresiv, iar atunci cand atinge o frecvență de 4-5 Hz, apare un traseu polivârf-undă acompaniate de spasme clonice ca devin din ce în ce mai neregulate.

Crizele atonice și tonice sunt tipice pentru sindromul Lennox-Gastaut și descriu o varietate de trasee EEG. Cel mai frecvent, convulsiile sunt asociate cu o atenuare a voltajului sau cu un răspuns electrodecremental. Criza poate fi precedată de un complex (poli)vârf-undă generalizat și urmată de o perioadă de încetinire generalizată.

Complexe (poli)vârf-undă generalizate, cu o frecvență de 2-3 Hz la un pacient cu epilepsie genetică generalizată

Descărcări epileptoforme periodice lateralizate

Convulsie focală. Cinci secunde după debutul clinic, apariția abruptă a ritmului teta în regiunea temporală dreaptă, cu răspândire după 8 secunde în regiunea temporală stângă.

Convulsie generalizată. După 4 secunde, apariția bruscă a unei activități cu voltaj scăzut și polivârfuri difuze, acoperită progresiv de o activitate iregulară EMG de 2-3 Hz, corelată cu spasme mioclonice urmate de artefacte EMG dense ce indică activitate tonică musculară