Jump to content

Подавление всплесков

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ), показывающая паттерны подавления всплесков. Начало всплесков обозначено сплошными стрелками; смещение открытыми стрелками. И в A, и в B интервал между каждой вертикальной пунктирной линией составляет одну секунду.

Подавление всплесков — это образец электроэнцефалографии (ЭЭГ), который характеризуется периодами высоковольтной электрической активности, чередующимися с периодами отсутствия активности в мозге. Такая закономерность обнаруживается у пациентов с инактивированными состояниями мозга, например, в результате общей анестезии , комы или гипотермии . [ 1 ] Этот паттерн может быть физиологическим, как на ранних стадиях развития, или патологическим, как при таких заболеваниях, как синдром Отахара . [ 2 ]

Характер подавления всплесков впервые был обнаружен Дербиширом и др. при изучении воздействия анестетиков на кору головного мозга кошек в 1936 году исследователи заметили смешанную медленную и быструю электрическую активность с уменьшением амплитуды по мере углубления анестезии. [ 3 ] В 1948 году Суонк и Уотсон ввели термин «паттерн подавления всплесков», чтобы описать чередование всплесков и стабилизированных линий электрической активности при глубокой анестезии. [ 4 ] Лишь в начале 1960-х годов схема подавления всплесков начала использоваться в медицинских учреждениях; в первую очередь это наблюдалось в исследованиях на животных и в психохирургии . [ 5 ]

Механизмы

[ редактировать ]

Статья, опубликованная в 2023 году, показала, что подавление всплесков и эпилепсия могут иметь один и тот же механизм эфаптической связи . [ 6 ] Когда тормозной контроль достаточно низок, как в случае некоторых общих анестетиков, таких как севофлуран (из-за уменьшения активации интернейронов [ 7 ] ), электрические поля способны вовлекать соседние клетки для синхронного срабатывания по схеме подавления всплесков. Этот же механизм лежит в основе эпилептических вспышек, но величина вспышек сравнительно слабее при подавлении вспышки, поскольку нейронная сеть все еще сохраняет частичный тормозящий контроль под действием анестезии.

Характеристики

[ редактировать ]

Псевдоритмический характер подавления всплесков определяется истощением внеклеточного кальция и способностью нейронов восстанавливать концентрацию. [ 4 ] Всплески сопровождаются истощением внеклеточных кортикальных ионов кальция до уровней, которые ингибируют синаптическую передачу , что приводит к периодам подавления. [ 4 ] Во время подавления нейрональные насосы восстанавливают концентрацию ионов кальция до нормального уровня, тем самым заставляя кору снова подвергаться этому процессу. [ 4 ] По мере того как мозг становится менее активным, периоды всплесков становятся короче, а периоды подавления — длиннее. [ 8 ] Укорочение всплесков и удлинение супрессии вызвано неспособностью центральной нервной системы должным образом регулировать уровень кальция из-за повышенной гематоэнцефалической проницаемости . [ 8 ]

На клеточном уровне гиперполяризация мембранного потенциала корковых нейронов достоверно предшествует любой явной электроэнцефалографической активности подавления всплеска. [ 9 ] Эта гиперполяризация, которую связывают с увеличением калиевой проводимости мембран нейронов, [ 9 ] Было высказано предположение, что он играет важную роль в индукции подавления вспышки, что подтверждается индукцией подавления вспышки за счет применения ГАМК А агониста прямого действия , мусцимола . [ 5 ] Напротив, ингибирование уменьшается, когда подавление вспышки индуцируется с помощью изофлюрана . [ 10 ] Другая теория состоит в том, что изменения в метаболизме мозга регулируют зависимую от активности медленную модуляцию АТФ -зависимой проводимости калиевых каналов , которая вызывает подавление всплесков. [ 1 ] Однако модуляция ингибирующей активности сама по себе может оказаться недостаточной для подавления вспышки, а модуляция возбуждающей синаптической эффективности, обусловленная истощением и последующим восстановлением уровней интерстициального кальция, может способствовать индукции подавления вспышки. [ 5 ]

Эпизоды взрывов связаны с возбуждающей активностью корковых нейронов. [ 11 ] Подавление обусловлено отсутствием синаптической активности корковых нейронов; однако некоторые таламокортикальные нейроны в эти периоды демонстрируют колебания в диапазоне дельта-частот . [ 9 ] Характер подавления взрыва варьируется в зависимости от концентрации анестетика в головном мозге при фармакологическом индуцировании комы. [ 12 ] Уровень подавления можно регулировать, уменьшая или увеличивая скорость инфузии анестетика, регулируя тем самым уровень инактивации. [ 13 ]

Хотя подавление всплесков обычно рассматривается как однородное состояние мозга, недавние исследования показали, что всплески и подавления могут возникать в определенных областях, в то время как другие области не затрагиваются. [ 14 ] Тот факт, что паттерн подавления всплеска сохраняется после того, как у пациента произошла корковая деафферентация, указывает на то, что подавление всплеска представляет собой внутренний динамический режим коры. [ 5 ] Даже если всплеск кажется однородным по всему мозгу, время возникновения всплесков в разных регионах может различаться. [ 14 ]

Схемы подавления всплесков можно классифицировать путем сравнения длительности всплесков и интервалов между всплесками, максимального пикового напряжения и соотношения мощности на высоких и низких частотах. (Акрави и др., 1996 г.) [ 15 ] Подавление пакетов с идентичными пакетами предполагает детерминированный процесс генерации пакетов, тогда как другие схемы подавления пакетов зависят от стохастических процессов . [ 2 ] Подавление пакетов идентичными пакетами является отчетливым патологическим паттерном ЭЭГ, типичным для диффузной ишемии головного мозга и связанным с плохими исходами у пациентов в коме после остановки сердца. [ 2 ]

Электрофизиология

[ редактировать ]

Всплески можно идентифицировать на показаниях ЭЭГ по их высокой амплитуде (75–250 мкВ), обычно короткому периоду 1–10 секунд и диапазону частот 0–4 Гц ( δ ) и 4–7 Гц ( θ ). [ 16 ] Эпизоды подавления можно отличить по низкой амплитуде (< 5 мкВ) и, как правило, длительному периоду (> 10 с). [ 16 ]

Записи ЭЭГ паттерна всплеска-подавления различаются у взрослых и новорожденных из-за различных колебаний паттерна, обнаруженных в ЭЭГ новорожденных. [ 16 ] Эти колебания, наряду с внезапными изменениями в синхронной активности нейронов, вызваны развитием мозга новорожденного. [ 16 ] Паттерны всплеска подавления также возникают спонтанно во время неонатального развития, а не как характеристика инактивированного мозга, как у взрослых. [ 12 ]

Количественная оценка

[ редактировать ]

Чтобы количественно оценить характер подавления всплеска, сигнал ЭЭГ должен быть подвергнут сегментации. [ 17 ] В первой сегментации использовался фиксированный порог напряжения, а во временной области были разработаны различные методы сегментации или обнаружения пакетов. [ 12 ] частотная (Фурье) область и то и другое. [ 18 ] Эти процессы разделяют эпизоды всплеска и подавления на основе таких характеристик ЭЭГ, как энтропия, нелинейный энергетический оператор, изменение напряжения или адаптация алгоритма постоянной частоты ложных тревог (CFAR). [ 19 ] и т. д. Когда функции представляют собой различимые шаблоны всплеска и подавления, устанавливается фиксированный порог с использованием ROC-кривой или методов машинного обучения. [ 18 ] используются для сегментации.

Количественная оценка шаблона подавления пакетов позволяет рассчитать коэффициент подавления пакетов (BSR) путем присвоения двоичных значений 0 пакетам и 1 эпизодам подавления. [ 17 ] Таким образом, коэффициент подавления всплесков, равный 1, связан с состоянием мозга, в котором отсутствует электрическая активность, а коэффициент, равный 0, указывает на то, что мозг активен. Коэффициент подавления всплесков измеряет количество времени в течение интервала, проведенного в состоянии подавления. [ 12 ] Это соотношение увеличивается по мере того, как мозг становится все более неактивным, пока сигнал ЭЭГ мозга не станет ровным , что представлено коэффициентом подавления всплеска, равным 1. [ 20 ] Из-за прямой зависимости между коэффициентом подавления всплесков и бездеятельностью мозга это соотношение является индикатором интенсивности подавления. [ 12 ]

Используя те же двоичные назначения для шаблона подавления пакетов, можно определить другую меру глубины подавления пакетов, вероятность подавления пакетов (BSP). [ 12 ] Математически мгновенная вероятность быть подавленным равна

BSR = (общее время подавления/длина эпохи) × 100%. [ 20 ] где x i — состояние подавления мозга в момент времени i Δ, где Δ представляет интервалы для анализа и варьируется во всех действительных числах. [ 17 ]

Клинические преимущества

[ редактировать ]
Пациенты с высоким коэффициентом подавления взрывов (желтые кружки) демонстрируют значительно лучшее восстановление после комы (травматической этиологии), что измерено по расширенной шкале исходов Глазго (GOSe) через 6 месяцев после травмы (гистограмма на вертикальной оси). Рисунок из Frohlich et al. 2021 Границы неврологии.

Поскольку паттерн подавления вспышки характерен для инактивированного мозга, этот паттерн можно использовать в качестве маркера степени комы, в которой находится пациент, при этом сохранение паттерна обычно связано с плохим прогнозом. [ 17 ] Однако обратите внимание, что существуют доказательства, связывающие подавление взрыва, вызванное седацией, с положительными результатами у пациентов, выходящих из комы после черепно-мозговой травмы, что указывает на нейропротекторный эффект. [ 21 ] При вызове комы для защиты мозга после травмы этот паттерн помогает поддерживать необходимый уровень комы, чтобы мозгу не было нанесено дальнейшего повреждения. [ 13 ] Модель также используется для проверки способности анестетиков, вызывающих возбуждение, вызывать выход из комы. [ 17 ] Схема подавления всплесков также может использоваться для отслеживания возникновения гипотермии и выхода из нее путем наблюдения за изменениями в схеме. [ 17 ]

Мониторинг коэффициента подавления всплесков помогает медицинскому персоналу регулировать интенсивность подавления в терапевтических целях; однако в настоящее время медицинский персонал полагается на визуальный мониторинг ЭЭГ и произвольную оценку глубины подавления всплеска. [ 12 ] Вручную производится не только оценка сигнала ЭЭГ для подавления вспышки, но и скорость инфузии анестетика для регулировки интенсивности подавления. [ 13 ] Внедрение машин делает поддержание должного уровня бездействия более точным за счет использования алгоритмов. Это достигается за счет использования таких мер, как вероятность подавления всплесков. [ 12 ] для отслеживания подавления всплесков в реальном времени или интерфейсов «мозг-машина» для автоматизации поддержания надлежащего уровня бездействия. [ 13 ]

  1. ^ Jump up to: а б Чинг, С.; Пердон, Польша; Виджаян, С.; Копелл, Нью-Джерси; Браун, EN (7 февраля 2012 г.). «Нейрофизиолого-метаболическая модель подавления всплесков» . Труды Национальной академии наук . 109 (8): 3095–3100. Бибкод : 2012PNAS..109.3095C . дои : 10.1073/pnas.1121461109 . ПМЦ   3286963 . ПМИД   22323592 .
  2. ^ Jump up to: а б с Хофмейер, Жаннетт; Тьепкема-Клостерманс, Марлин Дж.; ван Путтен, Мишель ЖЕМ (октябрь 2013 г.). «Подавление всплесков идентичными всплесками: отчетливый паттерн ЭЭГ с плохим исходом при постаноксической коме» (PDF) . Клиническая нейрофизиология . 125 (5): 947–954. дои : 10.1016/j.clinph.2013.10.017 . ПМИД   24286857 . S2CID   5101630 .
  3. ^ Нидермейер, Э. (декабрь 2009 г.). «Электроэнцефалограмма с подавлением взрыва». Американский журнал электронейродиагностических технологий . 49 (4): 333–41. дои : 10.1080/1086508X.2009.11079736 . ПМИД   20073416 . S2CID   8752000 .
  4. ^ Jump up to: а б с д Амзика, Флорин (1 декабря 2009 г.). «Основы физиологии подавления всплесков» . Эпилепсия . 50 : 38–39. дои : 10.1111/j.1528-1167.2009.02345.x . ПМИД   19941521 .
  5. ^ Jump up to: а б с д Лили, Дэвид ТиДжей; Уолш, Мэтью (2013). «Мезоскопическое моделирование подавления взрыва во время анестезии» . Границы вычислительной нейронауки . 7 : 46. дои : 10.3389/fncom.2013.00046 . ПМЦ   3639728 . ПМИД   23641211 .
  6. ^ Дубовиков, Эван Д.; Сердюкова Наталья Александровна; Гринберг, Стивен Б.; Гаскойн, Дэвид А.; Минхадж, Мохаммед М.; Аксенов Даниил П. (сентябрь 2023 г.). «Влияние электрического поля на активность мозга: последствия эпилепсии и подавление приступов» . Клетки . 12 (18): 2229. doi : 10.3390/cells12182229 . ISSN   2073-4409 . ПМЦ   10527339 . ПМИД   37759452 .
  7. ^ Аксенов Даниил П.; Миллер, Майкл Дж.; Диксон, Конор Дж.; Вирвич, Алиса М. (июнь 2019 г.). «Влияние севофлурановой и изофлурановой анестезии на потенциалы единичного и локального поля» . Экспериментальное исследование мозга . 237 (6): 1521–1529. дои : 10.1007/s00221-019-05528-9 . ISSN   1432-1106 . ПМК   6526065 . ПМИД   30919011 .
  8. ^ Jump up to: а б Тетро, ​​Самуэль; Чевер, Оана; Сик, Аттила; Амзика, Флорин (1 октября 2008 г.). «Открытие гематоэнцефалического барьера во время анестезии изофлюраном». Европейский журнал неврологии . 28 (7): 1330–1341. дои : 10.1111/j.1460-9568.2008.06443.x . ПМИД   18973560 . S2CID   28555021 .
  9. ^ Jump up to: а б с Стериаде, М; Амзика, Ф; Контрерас, Д. (январь 1994 г.). «Корковые и таламические клеточные корреляты подавления электроэнцефалографических всплесков». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 90 (1): 1–16. дои : 10.1016/0013-4694(94)90108-2 . ПМИД   7509269 .
  10. ^ Феррон, Дж. Ф.; Крегер, Д; Чевер, О; Амзика, Ф (5 августа 2009 г.). «Корковое торможение во время подавления взрыва, вызванного анестезией изофлюраном» . Журнал неврологии . 29 (31): 9850–60. doi : 10.1523/jneurosci.5176-08.2009 . ПМК   6666595 . ПМИД   19657037 .
  11. ^ Крегер, Дэниел; Флоря, Богдан; Амзика, Флорин; Диксон, Клейтон Т. (18 сентября 2013 г.). «Модель активности человеческого мозга за пределами изоэлектрической линии экстремальной глубокой комы» . ПЛОС ОДИН . 8 (9): е75257. Бибкод : 2013PLoSO...875257K . дои : 10.1371/journal.pone.0075257 . ПМЦ   3776755 . ПМИД   24058669 .
  12. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Брэндон Вестовер, М.; Шафи, Мухсин М.; Чинг, ШиНунг; Чемали, Джессика Дж.; Пердон, Патрик Л.; Кэш, Сидней С.; Браун, Эмери Н. (1 сентября 2013 г.). «Сегментация в реальном времени моделей подавления всплесков при мониторинге ЭЭГ в реанимации» (PDF) . Журнал методов нейробиологии . 219 (1): 131–141. doi : 10.1016/j.jneumeth.2013.07.003 . hdl : 1721.1/102246 . ПМЦ   3939433 . ПМИД   23891828 .
  13. ^ Jump up to: а б с д Шанечи , Марьям М.; Чемали, Джессика Дж.; Либерман, Макс; Солт, Кен; Браун, Эмери Н.; Спорнс, Олаф (31 октября 2013 г.). «Интерфейс мозг-машина для контроля медикаментозной комы» . PLOS Вычислительная биология . 9 (10): e1003284. Бибкод : 2013PLSCB...9E3284S . дои : 10.1371/journal.pcbi.1003284 . ПМК   3814408 . ПМИД   24204231 .
  14. ^ Jump up to: а б Льюис, Л.Д.; Чинг, С.; Вайнер, В.С.; Петерфройнд, РА; Эскандар, EN; Наличные, СС; Браун, EN; Пердон, Польша (25 июля 2013 г.). «Локальная корковая динамика подавления всплеска в анестезированном мозге» . Мозг . 136 (9): 2727–2737. дои : 10.1093/brain/awt174 . ПМЦ   3754454 . ПМИД   23887187 .
  15. ^ Акрави, WP; Драммонд, Джей Си; Калькман, CJ; Патель, премьер-министр (январь 1996 г.). «Сравнение электрофизиологических характеристик подавления всплеска ЭЭГ, производимого изофлураном, тиопенталом, этомидатом и пропофолом». Журнал нейрохирургической анестезиологии . 8 (1): 40–6. дои : 10.1097/00008506-199601000-00010 . ПМИД   8719192 .
  16. ^ Jump up to: а б с д Бхаттачарья, Сурья; Бисвас, Арунава; Мукерджи, Джаянта; Маджумдар, Арун Кумар; Маджумдар, бандана; Мукерджи, Сучандра; Сингх, Арун Кумар (1 ноября 2013 г.). «Обнаружение артефактов от всплесков высокой энергии на ЭЭГ новорожденных». Компьютеры в биологии и медицине 43 (11): 1804–1814. doi : 10.1016/j.compbiomed.2013.07.031 . ПМИД   24209926 .
  17. ^ Jump up to: а б с д и ж Чемали, Джессика; Чинг, ШиНунг; Пердон, Патрик Л; Солт, Кен; Браун, Эмери Н. (1 октября 2013 г.). «Алгоритмы вероятности подавления всплесков: методы в пространстве состояний для отслеживания подавления всплесков ЭЭГ» . Журнал нейронной инженерии . 10 (5): 056017. Бибкод : 2013JNEng..10e6017C . дои : 10.1088/1741-2560/10/5/056017 . ПМЦ   3793904 . ПМИД   24018288 .
  18. ^ Jump up to: а б Ли, Джэюн; Сон, У-Джин; Ли, Хян Вун; Шин, Хён Чхоль (2016). «Новая сегментация подавления всплесков в совместной частотно-временной области для ЭЭГ при лечении эпилептического статуса» . Вычислительные и математические методы в медицине . 2016 : 2684731. doi : 10.1155/2016/2684731 . ПМК   5107253 . ПМИД   27872655 .
  19. ^ Ли, Джэюн; Шин, Хён Чхоль (2019). «Сегментация ЭЭГ с подавлением всплесков с использованием адаптивной бинаризации во временной и частотной областях» . Доступ IEEE . 7 : 54550–54561. Бибкод : 2019IEEA...754550L . дои : 10.1109/ACCESS.2019.2910869 .
  20. ^ Jump up to: а б Виджн, ПК; Снейд, младший (1 сентября 1998 г.). «Внутривенная анестезия и подавление взрывов ЭЭГ у крыс: болюсные инъекции и закрытые инфузии» . Британский журнал анестезии . 81 (3): 415–421. дои : 10.1093/бья/81.3.415 . ПМИД   9861133 .
  21. ^ Фрелих, Джоэл; Джонсон, Мика А.; МакАртур, Дэвид Л.; Луткенхофф, Эван С.; Делл'Италия, Джон; Настоящая, Кортни; Шреста, Викеш; Спивак, Норман М.; Руис Техеда, Хесус Э.; Веспа, Пол М.; Монти, Мартин М. (2021). «Подавление взрыва, вызванное седацией, предсказывает положительный результат после черепно-мозговой травмы» . Границы в неврологии . 12 : 750667. doi : 10.3389/fneur.2021.750667 . ISSN   1664-2295 . ПМЦ   8727767 . ПМИД   35002918 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3ee110d22815872227218026979abf52__1722166500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3e/52/3ee110d22815872227218026979abf52.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Burst suppression - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)