Electroencephalographic arousal pattern in severe alcohol poisoning

Full Text

Введение

Синдромы угнетения сознания являются ведущими в клинической картине острой церебральной недостаточности, вызванной различными этиологическими факторами: действием нейротоксикантов, острой гипоксией, тяжелой травмой мозга [1, 2]. Коматозные состояния характеризуются скудностью неврологической симптоматики на фоне выключения сознания [3, 4]. В этой связи анализ параметров биоэлектрической активности головного мозга представляет собой один из немногих методов прямой оценки функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС) и ее резервов [5–7]. Вместе с тем систематизированные электрофизиологические критерии, позволяющие судить о начавшемся процессе восстановления активности ЦНС и пробуждении, разработаны недостаточно [8–10]. Изменения, регистрируемые при электроэнцефалографии (ЭЭГ), в случае коматозных состояний неспецифичны и не отражают этиологический фактор, вызвавший острую церебральную дисфункцию [11]. Вследствие этого представлялось целесообразным рассмотреть динамику параметров ЭЭГ при неосложненном течении алкогольной комы. Тяжелое отравление этанолом при отсутствии вторичных повреждающих факторов, как правило, является обратимым состоянием [12, 13]. При адекватной этиопатогенетической терапии пробуждение наступает в течение 4–6–10 часов с начала оказания помощи.

Цель исследования — оценить динамику биоэлектрической активности головного мозга при коматозных формах тяжелых отравлений этанолом и определить электрофизиологические критерии пробуждения.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена в ходе обследования и лечения 50 пациентов (в возрасте от 20 до 60 лет, мужчин — 46, женщин — 4) с острым тяжелым отравлением этанолом. Все больные проходили лечение в Центре по лечению острых отравлений (ЦЛОО) Санкт-Петербургского научно-исследовательского института скорой помощи им. И.И. Джанелидзе. Критериями включения в исследование были: 1) острое тяжелое отравление этанолом; 2) угнетение сознания на момент поступления до уровня комы; 3) отсутствие черепно-мозговой травмы; 4) отсутствие указаний на наличие в анамнезе эпилепсии и нарушений мозгового кровообращения; 5) отсутствие в крови психотропных и наркотических средств.

Диагноз острого отравления ставили на основе клинической картины и обнаружения этанола в крови и моче путем химико-токсикологического исследования. Концентрация этанола в крови составляла в среднем 5,3 ‰ (от 2,5 до 7,2 ‰), в моче — 5,7 ‰ (5,5–9,2 ‰). Всем пациентам выполняли неврологический осмотр. Уровень сознания оценивали по шкале комы Глазго (GCS).

Всем пациентам в условиях отделения реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) проводили длительный непрерывный ЭЭГ-мониторинг [14]. Регистрацию ЭЭГ начинали с момента окончания базовых реанимационных мероприятий и оканчивали при явном восстановлении сознания (пробуждении). Среднее время регистрации составило 4,5 ч (3,0–6,3 ч). Биоэлектрическую активность регистрировали на аппаратно-программных комплексах МБН (ООО «МБН», Россия), «Мицар-ЭЭГ» (ООО «Мицар», Россия). ЭЭГ регистрировали и анализировали в стандартных монополярных и биполярных отведениях по системе 10–20. Полоса пропускания — от 1,6 до 35 Гц.

Изменения биоэлектрической активности в коме характеризовались по двум «осям»: состояние спонтанной активности и реактивность. Основные амплитудно-частотные параметры ЭЭГ у больных в коме оценивали в центральных отведениях (С3 и С4), поскольку, как считается, в этих отведениях максимально представлена динамика пробуждения. Амплитудно-частотные параметры ЭЭГ изучали за эпоху анализа 10 с. Выделяли следующие диапазоны частот: дельта (0,5–4 Гц), тета (4–8 Гц), альфа (8–12 Гц), бета (13–35 Гц). Для интегральной оценки ЭЭГ использовали показатель частоты правого края спектра (spectral edge frequency, SEF) — частота, при которой суммарная спектральная мощность ЭЭГ достигала 50 % (SEF-50) или 90 % (SEF-90) от общей мощности за выбранную эпоху анализа. Для оценки реактивности ЭЭГ у больных в коме применяли пробу с болевой стимуляцией. Пробу считали положительной при явных признаках десинхронизации на ЭЭГ в ответ на стимуляцию.

Основные амплитудно-частотные параметры ЭЭГ у больных в ясном сознании оценивали в левом затылочном отведении (О1). Спектральный анализ общей мощности проводили за эпоху 10 с.

Статистическую обработку результатов осуществляли с помощью методов вариационной статистики. Данные представлены в формате MEAN ± me (среднее ± ошибка среднего). Для оценки различий в распределении вариационных рядов использовали U-критерий Манна – Уитни, поскольку значение не всех параметров соответствовало нормальному распределению. При описании результатов приведены значения уровня р. Для проверки гипотезы о различии вероятности распределения событий в выборке применяли критерий согласия Пирсона (χ²). Для оценки уровня сопряжения исследуемых параметров использовали метод корреляционного анализа по Пирсону. Статистические тесты выполняли в пакете Scipy.stats (язык программирования Python).

Результаты и их обсуждение

Клиническая картина на момент поступления больных в стационар соответствовала коматозной форме отравления этанолом. Уровень сознания находился в пределах от 4 до 9 GCS. Концентрация этанола в крови по результатам химико-токсикологического исследования составляла от 2,5 до 7,2 ‰.

Результаты анализа амплитудно-частотных параметров спонтанной ЭЭГ соответствовали уровню угнетения ЦНС: средняя амплитуда не превышала 40 мкВ, в спектральном составе доминировала медленноволновая активность. Частота правого края спектра (SEF-50) не выходила за пределы 8 Гц. Во всех случаях фоновая активность распределялась диффузно, без четких зональных различий.

Несмотря на относительную однородность клинической картины, по параметрам биоэлектрической активности головного мозга и, главное, по скорости восстановления обследованная когорта больных не была однородной (табл. 1). В зависимости от спектрального состава ЭЭГ и от уровня реактивных изменений в ответ на болевую стимуляцию на момент поступления больных в ОРИТ были выделены две группы: с выраженной отчетливой визуализируемой реакцией и без реактивных изменений. В группе больных с отчетливой реакцией медленноволновой компонент в фоновой ЭЭГ был преимущественно сформирован активностью тета-диапазона (рис. 1). Низкая реактивность в основном отмечалась у больных при доминировании медленноволновой дельта-активности (рис. 2). Исходя из характера спонтанной ЭЭГ и реактивности, больные были разделены на две группы: 1) больные, у которых регистрировался паттерн «тета-кома» (28 человек), и 2) больные, у которых регистрировался паттерн «дельта-кома» (22 человека).

 

Рис. 1. Типичный пример ЭЭГ паттерна «тета-кома»: диффузная медленноволновая активность с большой долей тета-диапазона (5–6–7 Гц) с амплитудой 30–40 мкВ (пациент К., 36 лет, острое отравление этанолом тяжелой степени, концентрация этанола в крови — 4,8 ‰, в моче — 7,3 ‰; кома-1, уровень сознания 9 баллов GCS)

Fig. 1. A typical example of an EEG theta-coma pattern: diffuse slow-wave activity with a large proportion of theta-band (5–6–7 Hz) with an amplitude of 30–40 µV (patient K., 36 years old, acute severe ethanol poisoninge, the concentration of ethanol in the blood is 4.8‰, in the urine — 7.3‰; coma-1, level of consciousness — 9 points GCS)

 

Рис. 2. Типичный пример ЭЭГ паттерна «дельта-кома»: диффузная дельта-активность с частотой 2–3 Гц и амплитудой до 50 мкВ, устойчивая к внешней стимуляции (пациент Р., 42 года, острое отравление этанолом тяжелой степени, концентрация этанола в крови — 5,6 ‰, в моче — 7,5 ‰; кома-2, уровень сознания 5 баллов GCS)

Fig. 2. A typical example of an EEG delta-coma pattern: diffuse delta activity with a frequency of 2–3 Hz and amplitude up to 50 µV, resistant to external stimulation (patient R., 42 years old, acute severe ethanol poisoning; the concentration of ethanol in the blood is 5.6‰, in the urine — 7.5‰; coma-2, level of consciousness — 5 points GCS)

 

Таблица 1 / Table 1

Параметры биоэлектрической активности головного мозга у больных в остром периоде отравления этанолом тяжелой степени

Parameters of bioelectric activity of the brain in patients with acute severe ethanol poisoning

Параметры ЭЭГ		Группы больных (по параметрам ЭЭГ при поступлении)		p
		Дельта-кома (n = 22)	Тета-кома (n = 28)
Уровень сознания, GCS		4,9 ± 0,1	6,5 ± 0,1	<0,001
Cредняя амплитуда, мкВ		43,9 ± 1,3	40,7 ± 1,2	0,05
Общая мощность спектра, мкВ2с		63,2 ± 2,5	53,2 ± 1,6	0,002
Доля диапазона в общей мощности, %	дельта	44,4 ± 0,6	30 ± 0,9	<0,001
	тета	29,8 ± 0,9	44,3 ± 0,6	<0,001
	альфа	20,3 ± 0,6	21,4 ± 0,9	0,29
	бета	5,5 ± 0,3	4,4 ± 0,2	0,02
SEF-50, Гц		4,8 ± 0,1	7,1 ± 0,2	<0,001
Увеличение SEF-50 при стимуляции, Гц		0,6 ± 0,1	2,7 ± 0,1	<0,001
Время формирования паттерна пробуждения, мин		163,4 ± 17,2	98,2 ± 3,4	<0,001

Примечание. Различия аналогичных параметров в группах достоверны при p < 0,05.

 

Пациенты с паттерном «тета-кома» при болевой стимуляции демонстрировали нарастание частоты активности на 2–4–6 Гц, что соответствовало ЭЭГ-активации (см. табл. 1). При проведении ноцицептивной стимуляции у пациентов с паттерном «дельта-кома» характер фоновой активности практически не изменялся. Характер спонтанной и вызванной биоэлектрической активности в целом закономерно отражал разницу угнетения сознания в выделенных группах, однако не мог полностью быть объяснен только исходя из клинической картины. В группе пациентов с дельта-комой сознание находилось на уровне 4–6 баллов GCS. В группе «тета-кома» этот показатель составил 5–7 баллов GCS.

Все случаи острых отравлений закончились клиническим выздоровлением. У всех больных регистрировали редукцию нейрофизиологической картины острой церебральной недостаточности. Клиническим признакам выхода из комы (появление реакции на болевое раздражение в виде целенаправленного движения, открывание глаз, в некоторых случаях — появление речи) предшествовала отчетливая смена паттерна биоэлектрической активности.

Основным критерием формирования паттерна пробуждения на ЭЭГ была устойчивая ритмизированная активность (рис. 3). В группе больных с паттерном «тета-кома» и у некоторых больных с дельта-комой частота ритмизированной активности была выше 8 Гц. Альфа-активность была неустойчивой по частоте: наблюдалась флюктуация частоты в пределах 2 Гц. Модуляция в веретена практически отсутствовала, при этом активность не характеризовалась чертами «машинообразности»: наблюдалась апериодическая модуляция амплитуды. Зональность распределения, как правило, была нарушена. Альфа-активность характеризовалась сниженным фронто-окципитальным градиентом по амплитуде с тенденцией к диффузному распространению. Отличительной особенностью альфа-активности была высокая реактивность на внешнюю болевую и звуковую стимуляцию.

 

Рис. 3. Вариант ЭЭГ паттерна пробуждения: ритмизированная альфа-активность, неустойчивая по частоте (9–10–11 Гц), с амплитудой 30–50 мкВ, с тенденцией к диффузному распространению (снижение фронто-окципитального градиента), альфа-активность не блокируется при открывании глаз (пассивное открывание глаз соответствует фрагменту с артефактами движения глазных яблок в лобных отведениях)

Fig. 3. The variation of awakening EEG pattern: rhythmicized alpha activity, unstable in frequency (9–10–11 Hz) with an amplitude of 30–50 µV, with a tendency to diffuse propagation (decrease in front-occipital gradient), alpha activity is not blocked when opening the eyes (passive opening of the eyes corresponds to a fragment with artifacts of the movement of the eyeballs in the frontal leads)

 

У 8 больных с паттерном «тета-кома» ритмизированная альфа-активность при пробуждении сменилась на транзиторный паттерн с бета-веретенами.

У 16 пациентов с паттерном «дельта-кома» паттерн пробуждения был представлен ритмизированной активностью тета-диапазона частот (6–7–8 Гц) средней амплитуды с диффузным распространением. Тем не менее наличие реакции десинхронизации при внешней стимуляции позволяет считать эту активность медленным альфа-вариантом, что полностью согласуется с концепцией альфа-тета-континуума, согласно которой существуют единые механизмы генерации активности в альфа- и тета-диапазонах частот.

Время, прошедшее с момента начала реанимационных мероприятий до формирования устойчивого паттерна пробуждения на ЭЭГ (время «ЭЭГ-пробуждения»), составляло от 35 мин до 5 ч. Время ЭЭГ-пробуждения зависело от глубины угнетения сознания. У пациентов с тета-комой паттерн пробуждения на ЭЭГ формировался в пределах 90–120 мин. У больных, паттерн которых был преимущественно сформирован активностью дельта-диапазона, время, прошедшее с момента поступления до пробуждения, было достоверно в 1,5 раза больше (рис. 4).

 

Рис. 4. Время формирования паттерна пробуждения на ЭЭГ у больных с тяжелым отравлением этанолом при различном уровне угнетения биоэлектрической активности: кома-1.0 — паттерн тета-комы, кома-2.0 — паттерн дельта-комы. Высота бокса ограничивает межквартильный размах (IQR) между первым и третьим квартилями; линия в боксе — медиана; интервалы ограничивают значения ± 1,5 IQR

Fig. 4. Awakening pattern formation time on the EEG of the patients with severe ethanol poisoning with different levels of bioelectric activity inhibition: coma-1.0 — theta-coma pattern, coma-2.0 — delta coma pattern. Box height limits interquartile range (IQR) between first and third quartiles; line in the box — median; intervals limit the values ± 1.5 IQR

 

Характерными особенностями для паттернов пробуждения были увеличение SEF-50 и высокая реактивность. Пробуждение сопровождалось увеличением частоты правого края спектра на 2–3 Гц по сравнению с фоновой активностью в период угнетения сознания. Болевая и звуковая стимуляция вызывали отчетливую реакцию десинхронизации (рис. 5). Данный факт подтверждается результатами корреляционного анализа (табл. 2). Увеличение SEF-50 имеет устойчивую отрицательную корреляционную связь со временем пробуждения. Частота правого края спектра (SEF-50) — интегральный параметр оценки мощности ЭЭГ, а увеличение этой частоты — интегральный параметр в оценке ЭЭГ-реактивности при стимуляции. Исходя из этого, можно сделать вывод, что время регистрации паттерна пробуждения (и, соответственно, выхода из комы) находится в обратной зависимости от частоты фоновой ритмики: чем больше данный показатель, тем меньше время ЭЭГ-пробуждения и тем скорее наступает выход из комы. Кроме того, существует такая же связь с реактивностью паттерна: чем выше частота фоновой активности при стимуляции (то есть чем выше реактивность паттерна), тем меньше время возникновения паттерна пробуждения.

 

Рис. 5. Динамика биоэлектрической активности и реактивность паттерна у пациентов с острым отравлением этанолом тяжелой степени. Прямой линией на схеме обозначен паттерн «тета-кома», пунктирной — «дельта-кома». При болевой стимуляции (стрелка) зарегистрирована отчетливая десинхронизация фоновой активности

Fig. 5. The dynamics of bioelectric activity and pattern reactivity in the patients with acute severe ethanol poisoning. The straight line in the diagram indicates the “theta-coma” pattern, the dotted one — “delta coma”. With pain stimulation (arrow), a distinct desynchronization of background activity is recorded

 

Таблица 2 / Table 2

Сопряжение параметров ЭЭГ у больных в алкогольной коме (по результатам корреляционного анализа)

Conjugation of EEG parameters in the patients in alcoholic coma (according to the results of the correlation analysis)

Показатель	GCS	А, мкВ	Общая мощность спектра, мкВ2с	Дельта	Тета	Альфа	Бета	SEF-50, Гц	Увеличение SEF-50 при стимуляции, Гц	Время ЭЭГ-пробуждения, мин
Уровень сознания, GCS	1,00
Амплитуда, мкВ	*	1,00
Общая мощность спектра, мкВ2с	*	0,64	1,00
Дельта	–0,65	0,39	0,48	1,00
Тета	0,73	–0,33	–0,48	–0,86	1,00
Альфа	*	*	*	–0,42	*	1,00
Бета	*	*	*	*	–0,39	*	1,00
SEF50, Гц	0,78	*	*	–0,64	0,69	*	–0,36	1,00
Увеличение SEF50 при стимуляции, Гц	0,77	*	–0,32	–0,78	0,81	*	*	0,68	1,00
Время ЭЭГ-пробуждения, мин	–0,54	*	***	0,42	–0,45	*	*	–0,69	–0,71	1,00

Примечание: *коэффициенты корреляции незначимы.

 

В свою очередь, и SEF-50, и ее повышение при стимуляции демонстрируют сильную корреляционную связь с мощностью дельта- и тета-диапазона спектра ЭЭГ. При этом и сами параметры мощности дельта- и тета-диапазона находятся в прямой обратной зависимости друг от друга. Сильная разнонаправленная связь выделенных параметров с уровнем угнетения сознания (в баллах по GCS) отражает общие закономерности изменений ЭЭГ в коме: чем глубже угнетение ЦНС, тем медленнее активность на ЭЭГ и меньше вероятность изменений ЭЭГ при внешней стимуляции.

Заключение

Электроэнцефалографические корреляты церебральной недостаточности при коматозных состояниях отличаются выраженным полиморфизмом и высокой индивидуальной вариабельностью. С учетом этих особенностей в качестве прогностических критериев следует использовать «динамические» параметры: спонтанность и изменчивость паттерна, реактивность при стимуляции. Повышение частоты биоэлектрической активности, десинхронизация при внешних стимулах могут свидетельствовать о начавшемся процессе восстановления сознания. Электрофизиологические критерии пробуждения, разработанные в данной работе на примере алкогольной комы, могут быть применимы и к бессознательным состояниям, вызванным другими этиологическими факторами: травмой, гипоксией, сосудистой катастрофой. Исследование динамики электрофизиологических показателей при помощи ЭЭГ в состоянии комы и, в частности, паттерна пробуждения является важным аспектом реанимационной ЭЭГ. Необходимы дальнейшие исследования в этой области, которые позволят сформировать критерии паттерна пробуждения для более длительных бессознательных состояний.

About the authors

Mikhail V. Aleksandrov

Russian Neurosurgery Research Institute named after prof. A.L. Polenov (branch of the Almazov National Medical Research Center); Institute of toxicology of Federal Medical-Biological Agency

Email: mdoktor@yandex.ru
Russian Federation, St.Petersburg

Ekaterina S. Povalyukhina

Russian Neurosurgery Research Institute named after prof. A.L. Polenov (branch of the Almazov National Medical Research Center); Dzhanelidze Research Institute of Emergency Medicine

Email: mdoktor@yandex.ru
Russian Federation, St.Petersburg

Tatyana V. Alexandrova

Dzhanelidze Research Institute of Emergency Medicine

Email: tata-al@yandex.ru
Russian Federation, St.Petersburg

Lev B. Ivanov

Moscow City Clinical Hospital № 9 of G.N. Speransky

Email: mdoktor@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

Valery S. Chernyi

Military Medical Academy named after S.M. Kirov

Author for correspondence.
Email: 9297911@list.ru
Russian Federation, St.Petersburg

References

Supplementary files