CC BY
39
Вопросы общей патологии
УДК 612.741.16:612.65+612.648
НЕЛИНЕЙНЫЕ И ЛИНЕЙНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОМИОГРАММЫ У НЕДОНОШЕННЫХ ДЕТЕЙ
Ю. Р. Зарипова1’ 2*, кандидат медицинских наук,
А. Ю. Мейгал1, доктор медицинских наук
1 ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», 185910, Россия, Республика Карелия, г. Петрозаводск, просп. Ленина, д. 33
2 ГУЗ «Детская республиканская больница», 185007, Россия, Республика Карелия, г. Петрозаводск, ул. Парковая, д. 58
РЕЗЮМЕ Исследованы четыре мышцы (трехглавая и двуглавая мышцы плеча справа; икроножная и передняя большеберцовая мышцы слева) у 10 детей с гестационным возрастом 31/32 недели на 33, 35 и 37-й неделе жизни с помощью линейных и нелинейных методов обработки интерференционной электромиограм-мы. У недоношенных детей все параметры интерференционной электромиограммы были статистически значимо меньше, чем у доношенных детей того же постнатального возраста: электромиограмма характеризовалась «упрощенной» временной структурой, низкой амплитудой и средней частотой и замедленной динамикой на протяжении 6 недель. Вместе с тем интерференционная электромиограмма недоношенных детей обладает большей сложностью и амплитудой по сравнению с таковой у доношенных детей того же постконцептуального возраста. Установлено, что периферическая двигательная система недоношенного ребенка менее подготовлена к постнатальной жизни в связи с более коротким пребыванием его во внутриутробном состоянии.
Ключевые слова: недоношенные дети, нелинейные и линейные параметры, электромиография, нейромы-шечный статус.
* Ответственный за переписку (corresponding author): e-mail: [email protected]
Особенностью нервной деятельности новорожденных является незрелость нейронального аппарата и межнейрональных контактов, малая скорость проведения по нервным волокнам, низкие частоты разрядов двигательных единиц, гетерохрония созревания структур нервной системы [1]. В первые три месяца жизни у ребенка преобладает спонтан-
ная двигательная активность, к которой относится мышечный тонус, безусловные двигательные рефлексы и массивные движения. Двигательная активность является признаком доминантного возбуждения в нервной системе, способствуя оптимальному жизнеобеспечению, и находится в тесной связи с функциональным состоянием ЦНС.
Zaripova Yu. R., Meigal A. Yu.
NONLINEAR AND LINEAR PARAMETERS OF INTERFERENCE ELECTROMYOGRAM IN PRETERM INFANTS
ABSTRACT The study was aimed to the investigation of neuromuscular status in the infants with lower gestational age. 10 preterm infants with gestational age 31-32 weeks were examined on the 33, 35 and 37th week. Linear and nonlinear parameters of sEMG were used to quantitize sEMG in 4 muscles (mm. bic. br. dext., tric. br. dext, tib. ant. sin., gastr. sin., altogether 120 EMG records). In preterm infants aged 33-37 weeks all linear and nonlinear sEMG parameters were significantly lower in comparison with term infants. Thus sEMG of the preterm infants was characterized by more “primitive” time-dependent structure, lower amplitude and spectrum frequency. Also unlike to term newborns in the preterm infants the dynamics of sEMG parameters was retarded. However sEMG of the preterm infants is more “complex” in comparison with the term newborns of the same post-conceptual age. It was determined that the motor system of the preterm infant was less prepared to the postnatal life due to the shorter existence in utero.
Key words: preterm infants, non-linear and linear parameters, electromyography, neuromuscular status.
После рождения мышечные волокна ребенка претерпевают первое существенное передиффе-ренцирование, которое заключается в уменьшении пропорции быстрых недифференцированных волокон класса 11с и появлении медленных волокон [6]. Наиболее заметным новым сенсорным фактором, наряду с другими, является гравитация, которая, возможно, и определяет развитие мышечных волокон. Очевидно, процесс дифференцирования мышечных волокон у недоношенных детей подвергается действию гравитации на несколько недель раньше , чем у доношенных.
Морфологическое развитие двигательной системы ребенка описано достаточно подробно уже с первых дней жизни. Вместе с тем функциональное состояние двигательной сферы ребенка, например максимальную скорость, силу и ритм сокращений мышцы, точность движений, можно тестировать только с 3-6-летнего возраста. Для оценки психомоторного статуса у недоношенных детей применяются различные шкалы [7, 8, 10], позволяющие установить соответствие развития ребенка его гестационному и постконцептуально-му (количество недель беременности + возраст в неделях) возрастам. Однако методика проведения осмотра и интерпретация полученных клинических данных зависит от многих внешних факторов, в том числе от опыта неонатолога, педиатра или невролога. В этой связи закономерен интерес врачей к появлению в клинической и исследовательской практике новых диагностических методик, позволивших расширить представления о состоянии нейромышечного статуса у новорожденных детей.
Цель работы - исследовать линейные и нелиней-ныепараметры интереференционной электромио-граммы (ИЭМГ) у детей с малым гестационным возрастом с помощью поверхностной электромиографии (ЭМГ). Выбор именно накожной методики был обусловлен ее преимуществами перед игольчатой ЭМГ: неинвазивностью, безболезненностью, доступностью, хорошей переносимостью, удобством и постоянством наложения электродов. Эти требования особенно важны при работе с детьми раннего возраста. С учетом того, что в практику ЭМГ постепенно включаются нелинейные методы обработки сигнала [9, 11, 12], для достижения поставленной цели нами использованы традиционные линейные и новые нелинейные методы обработки ИЭМГ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Десять недоношенных детей с гестационным возрастом 31/32 недели и низкой степенью риска обследованы на 2, 4 и 6-й неделе жизни (фактически
в 33, 35, 37 недель постконцептуального возраста). Всего выполнено 30 обследований с временным интервалом в 2 недели. Дети обследовались в присутствии врача-неонатолога в ГУЗ «Детская республиканская больница» (Петрозаводск) после получения информированного согласия матерей и одобрения этического комитета при Минздравсоцразвития Республики Карелия. Для регистрации ИЭМГ использовали поверхностные биполярные электроды фирмы «Нейрософт» (Иваново). Заземляющий электрод укрепляли в области нижней трети голени или прижимали рукой к коже. Отводящие электроды прижимали рукой к коже ребенка. Соблюдались правила антисептики. Усиление ЭМГ-сигнала осуществляли с помощью электромиографов «Нейро-МВП-4» и «Нейро-МВП-Микро» («Нейрософт», Иваново).
Нелинейный анализ ИЭМГ (FRACTAN 4.4) включал в себя измерение фрактальной размерности (D), корреляционной размерности (Dc) и корреляционной энтропии (K2). В линейном анализе ИЭМГ использована средняя амплитуда (A, мкВ) и средняя частота (MNF, Гц).
ИЭМГ регистрировалась с четырех крупных мышц, имеющих достаточную подкожную локализацию: с трехглавой и двуглавой мышц плеча справа; с икроножной и передней большеберцовой мышцы слева. В ходе работы было получено 120 записей ИЭМГ.
Исследование проводилось между кормлениями со строгим соблюдением теплового режима: в 33 недели - непосредственно в условиях кувеза (температура воздуха +32°С, влажность 40%). Наложение электродов и регистрация спонтанной или вызванной двигательной активности производилась через окошки и дверцы инкубатора. Температура тела контролировалась с помощью накожного датчика сервоконтроля. В гестацион-ном возрасте 35 и 37 недель дети обследовались на пеленальном столике при частичном распе-ленании, при температуре воздуха +24-25°С и низкой постоянной скорости движения воздуха (0,1 м/с). При низкой температуре окружающей среды было бы вероятно получить реакцию повышения мышечного тонуса и тремор, а при высокой - мышечную гипотонию. Периферическую температуру измеряли в области бедра с помощью электротермометра (UT-102, «A&D Company, Ltd.», Япония) с точностью до 0,1°С.
Обследование проводили между кормлениями, так как при насыщении ребенок обычно расслаблен, у него могут быть снижены мышечный тонус и некоторые рефлексы и реакции, а перед кормлением новорожденный может находиться в состоянии относительной гипогликемии, ведущей к
беспокойству, тремору и повышению мышечного тонуса. ИЭМГ регистрировали во время спонтанной или вызванной двигательной активности.
Статистическая обработка проведена с помощью программ «Excel 2003» и «SPSS 12.0». Для сравнения нелинейных параметров различных возрастных групп использовали двухвыборочный t-критерий для независимых выборок. Для расчета корреляции применяли параметрический критерий Пирсона.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
У недоношенных детей в возрасте 33-37 недель фрактальная размерность (D) составила 1,50-1,80, корреляционная размерность (Dc) и корреляционная энтропия (K2) достигали 4,0-5,0 в мышцах как верхних, так и нижних конечностей (табл.). Эти значения были меньше по сравнению с аналогичными параметрами у доношенных де-
тей, у которых й составила 1,70-1,90, а йс и К2 достигали значений 6,0-10,0 [3]. Средняя частота спектра ИЭМГ составила у недоношенных детей 160-180 Гц, а максимальная средняя амплитуда -130-179 мкВ (табл.).
При проведении обследования в течение всех 4 недель наблюдалась положительная динамика нелинейных параметров, а именно их увеличение к 37-й неделе постконцептуального возраста (6-я неделя жизни) (табл.). У новорожденных доношенных детей первых 4 дней жизни, по данным литературы, все нелинейные параметры низкие (й - 1,35-1,45, йс и К2 - 2,5-4,0), но далее увеличиваются и остаются высокими (й - 1,72-1,81, йс.- 6,4-7,4, К2 - 7,47-9,67) [3]. Этот факт может быть дополнен данными о высоких значениях й, йс и К2 у взрослых людей [5]. В целом это свидетельствует о том, что уже к концу 2-й недели доношенный ребенок имеет вполне «зрелую»
Таблица. Показатели интерференционной электромиограммы в зависимости от постконцептуального и постнатального возрастов в разных мышцах у недоношенных детей
Параметр ИЭМГ В гестационном возрасте 33 нед. В постконцептуальном возрасте Зб нед. В постконцептуальном возрасте 37 нед.
M. triceps bachii dextra
Корреляционная размерность йс 4,86 і 0,51 5,12 і 0,28 5,3 і 0,28*
Корреляционная энтропия К2 4,42 і 0,37 5,26 і 0,56 5,27 і 0,33*
Фрактальная размерность й 1,59 і 0,51 1,54 і 0,09 1,66 і 0,08
Средняя частота МЫР, Гц 185,35 і 27,29 179,74 і 34,54 153,80* і 41,40
Средняя амплитуда А, мкВ 146,67 і 30 169,93 і 18 233,00 і 76,13
M. biceps brachii dextra
Корреляционная размерность йс 4,42 і 0,37 5,26 і 0,56 5,27 і 0,33*
Корреляционная энтропия К2 4,77 і 0,33 4,50 і 0,05 4,78 і 1,00
Фрактальная размерность й 1,64 і 0,09 1,62 і 0,09 1,63 і 0,09
Средняя частота МЫР, Гц 166,35* і 32,68 180,63 і 45,03 163,88 і 29,63
Средняя амплитуда А, мкВ 153,67 і 53,10 162,00 і 49,00 144,67 і 11,90
m.gastrocnemius sinistra
Корреляционная размерность йс 5,09 і 0,75 4,67 і 0,18 4,84 і 0,23
Корреляционная энтропия К2 4,77 і 0,33 4,5 і 0,05 4,78 і 1,00
Фрактальная размерность й 1,49 і 0,07 1,49 і 0,07 1,56 і 0,07***
Средняя частота МЫР, Гц 182,32 і 21,05 188,39 і 48,46 183,87 і 45,82
Средняя амплитуда А, мкВ 129,67 і 29,57 133,33 і 4,04 134,00 і 9,00
m.tibialis anterior sinistra
Корреляционная размерность йс 4,96 і 0,33 5,08 і 0,33 4,93 і 0,33*
Корреляционная энтропия К2 4,21 і 0,57 3,85 і 0,30 3,87 і 0,33
Фрактальная размерность й 1,49 і 0,05 1,51 і 0,06 1,87 і 1,09
Средняя частота МЫР, Гц 171,12 і 31,19 163,46 і 47,15 150,41 і 25,27
Средняя амплитуда А, мкВ 173,00 і 96,17 179,33 і 48,00 176,00 і 19,69
Примечание. Статистическая значимость различий: * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** - р < 0,001 при сравнении детей в постконцепту-альном возрасте 35, 37 недель и в гестационном возрасте 33 недели.
ИЭМГ. Вероятно, созревание двигательной системы поддерживается действием новых постна-тальных факторов - гравитации и более низкой температуры.
В отличие от доношенного, у недоношенного ребенка невысокие значения нелинейных параметров сохраняются даже на 6-й неделе после рождения (й - 1,56-1,87, йс.- 4,84-5,3, К - 3,87-4,88) (см. табл.). В настоящее время нет доступных данных о нелинейных параметрах ИЭМГ недоно-
шенного ребенка сразу после рождения. Однако мы можем предположить, что у него не должно наблюдаться столь же стремительного, как у доношенного ребенка, нарастания значений параметров ИЭМГ.
Корреляционная размерность временных рядов характеризует степень хаотичности системы и количество факторов, управляющих данной системой [4]. С точки зрения нейрофизиологии, корреляционная размерность, вероятно, отражает
Рис. Электромиограмма икроножной мышцы голени слева в разные возрастные периоды: А - постконцептуальный возраст 33 недели, Б - 35 недель, В - 37 недель
количество управляющих элементов (степень кластеризации) в генераторе ИЭМГ, то есть количество нейронных кластеров в мотонейронном пуле. Корреляционная энтропия характеризует предсказуемость поведения системы в будущем, а фрактальная размерность - богатство сигнала событиями (перегибами, ритмами, самоподобием). В совокупности все три показателя и характеризуют «сложность» системы. Сложная система управляется многими слабо зависящими друг от друга факторами, в нашем случае - кластерами нейронов и разными уровнями ЦНС. Таким образом, ИЭМГ недоношенного новорожденного ребенка может быть охарактеризована как «примитивная», или «упрощенная», как и у только что родившегося доношенного ребенка (см. рис.). Вместе с тем действие гравитации и более низкой температуры внеутробной среды заставляют двигательную систему недоношенного ребенка развиваться (усложняться). Именно поэтому недоношенный ребенок одного постконцептуаль-ного возраста с доношенным обладает более «сложной» электромиограммой.
В этой связи можно считать перспективным лон-гитудинальное или катамнестическое исследование недоношенных детей на протяжении дли-
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурсиан А. В. Ранний онтогенез моторного аппарата теплокровных. - Л. : Наука, 1983. - С. 165.
2. Зарипова Ю. О., Соколов А. Л., Мейгал А. Ю. Нелинейные параметры суммарной электромиограммы в исследовании периферической двигательной системы у детей первого года жизни // Вопр. практической педиатрии. - 2010. - Т. 5, прил. 1. - С. 24.
3. Мейгал А. Ю. Ворошилов А. С. Перинатальная модель перехода человека от гипогравитации к земной гравитации на основе нелинейных характеристик электромиограммы // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2009. - Т. 43, № 6. - С. 14-19.
4. Меклер А. А. Применение аппарата нелинейного анализа динамических систем для обработки сигналов ЭЭГ // Вестн. новых медицинских технологий. - 2007. - Т. 14, № 1. - С. 73.
5. Нейромышечный статус женщин в течение менструального цикла по данным электромиографии / Н. В. Воронова [и др.] // Медицинский академический журн. - 2010. - Т. 10, № 5. - С. 10.
6. Сонькин В. Д., Тамбовцева Р. В. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М. : ЛИБРОКОМ, 2011.
тельного времени (12-24 месяца). Это позволит выяснить, в какой момент времени произойдет «конвергенция» параметров ИЭМГ недоношенных и доношенных детей.
ВЫВОДЫ
Унедоношенногоребенканапротяжении 6-недельного постнатального периода электромиограмма имеет сходство с таковой у доношенного новорожденного первых дней жизни и характеризуется «упрощенной» временной структурой и низкой амплитудой. Различия в параметрах ИЭМГ разных мышц у недоношенных детей не обнаружено. Динамика параметров ИЭМГ преждевременно родившегося ребенка замедлена, что может быть связано с тем, что его двигательная система менее подготовлена к постнатальной жизни в связи более коротким пребыванием во внутриутробном состоянии. Таким образом, комплексное электро-миографическое исследование позволяет тестировать состояние нейромышечного статуса детей с малым гестационным возрастом, объективизировать данные, полученные клиническими и другими путями, а также может являться методом диагностики начальных изменений периферического отдела двигательной системы.
7. Bollard J. L., Kazmaier K., Driver M. A. A simplified assessment of gestational age // Pediatr. Res. - 1977. -Vol. 11. - P. 374.
8. Dubowitz L. M. S., Dubowitz V., Mercuri E. The neuro-
logical assessment of the pre-term and full-term infant // Clinics in Developmental Medicine. - London : MacKeith Press. 1999. - № 148.
9. Farina D., Merletti R., Enoka R. M. The extraction of neural strategies from the surface EMG // J. Appl. Physiol. - 2003. - Vol. 96. - P. 1486-1495.
10. Gosselin J., Amiel-Tison C. Évaluation neurologique de la naissance à 6 ans // Presses de l'Hôpital Sainte-Justine. - Montréal-Paris : Masson, 2007.
11. Linear and nonlinear trem or acceleration characteristics in patients with Parkinson's disease / A. Yu. Meigal [et al.] // Physiol. Meas. - 2012. - Vol. 33. -P. 395-412.
12. Sung P. S., Zurcher U., Kaufman M. Comparison of spectral and entropic measures for surface electromyography time series: a pilot study // J. Rehabil. Res. and Dev. - 2007. - Vol. 44. - P. 599-610.
