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Vigilancia de Función Cerebral

Vigilancia de Función Cerebral. Incitación al desarrollo de nuevas técnicas. IV Coloquios de Ingeniería Biomédica en Valparaiso (Conferencias 2002 Rama Estudiantil IEEE U. de Valparaíso) Antonio Glaría Bengoechea MSc Biomedical Engineering, Ing. Civil Electrónico

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Vigilancia de Función Cerebral

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  1. Vigilancia de Función Cerebral

  2. Incitación al desarrollo de nuevas técnicas IV Coloquios de Ingeniería Biomédica en Valparaiso (Conferencias 2002 Rama Estudiantil IEEE U. de Valparaíso) Antonio Glaría Bengoechea MSc Biomedical Engineering, Ing. Civil Electrónico Programa de Ingeniería Biomédica Departamento de Fisiología Universidad de Valparaíso

  3. Electroencefalografía y vigilancia de la función Cerebral Chávez B, Orellana A. (2004) “Evaluación y manejo avanzado en neurotrauma craneal”. Editorial U. de Valparaíso, Valparaíso. Jaako Malmivuo, Robert Plonsey. (1995) “Bioelectromagnetism” O.U.P. Antonio Glaría B. (1983) “Comparative analysis in EEG monitoring techniques: an evaluation during surgery” Tesis para optar al grado de MSc in Biomedical Engineering University of Newcastle-upon-Tyne(GB) A Starr (1978) Annual Review of Neurosciences MD. Rodrigo Covarrubias Neurocirujano Clínica Reñaca/ Hospital Carlos van Buren, Valparaíso Ing. Javier López Centro de Neurociencias PUC

  4. La invención del EEG El primer registro del campo eléctrico del cerebro humano fue realizado por el Psiquíatra alemán Hans Berger en 1924 en la ciudad de Jena. Él le dió el nombre de Electroencefalograma (EEG) a éste registro. (Berger, 1929). (Desde 1929 a 1938 Berger publicó 20 artículos científicos sobre el EEG bajo el mismo título prinicipal: "Über das Elektroenkephalogram des Menschen".)

  5. Registro de la actividad eléctrica del cerebro Actividad Espontánea: EEG Cuero cabelludo: 100 µV. Superficie cerebro y 1-2 mV. BW: 1Hz a 50 Hz Actividad evocada, Pot. evocados sens. y cognit.: Componentes de EEG respuesta a estímulos Bajo el nivel del ruido Indistinguible c/registro normal: promediación coherente Registro de eventos en células aisladas Microelectrodos que registran células de interés

  6. EL CEREBRO COMO GENERADOR BIOLÉCTRICO Número de neuronas en el cerebro del orden de 1011. Fuerte interconectividad: 1.000-100.000 sinapsis Amplitud del impulso 100 mV; duración 1 ms Densidades de corrientes iónicas producen campo eléctrico. Por volumen conductor, pueden medirse en superficie. Potenciales postsinápticos: generadores de EEG.

  7. Potenciales postsinápticos: PEPS y PIPS Para el EEG los geenradores serían debidos a la acción (des)(hiper)polarizante de transmisores químicos: Neuro Transmisores en neuronas corticales postsinçapticas. Potenciales locales PEPS (depolarización) o PIPS (hiperpolarización). Dipolo en volumen conductor: • cero mV para células en reposo; • no-cero mV para celulas activas: resulta fuente primaria diferente de cero.

  8. Generadores básicos del EEG MODELO ELECTROMAGNÉTICO Atenuación entre 10 y 20 veces Fuente dipolar Fuente dipolar Cuero cabelludo (0,4 cm) R= 6 cms Volumen conductor R= 6 cms Calota (0,5 cm) Liquido Cefalo Raquideo (0,1 cm)

  9. Diferencias con fuentes de EKG La complejidad de la estructura cerebral y su comportamiento electrofisiológico dificulta la evaluación del eefcto de las fuentes. En consecuencia, el estudio cuantitativo del EEG es muy diferente del de EKG, donde se puede evaluar las funciones genradoras. El EEG cuantitativo EEG se basa en tratamiento estadístico y el análisis del EEG clínico es fuertemente empírico.

  10. Caracteristicas del EEG Sistema 10-20 Bandas EEG: Amplitud: 20 a 200 mV Patrones de Actividad i.e.Paroxística epileptiforma QEEG: Indices Mapeo Cerebral Compactar datos Localización

  11. Interferencias en el registro de EEG Interferencias en el registro Biológicas EMG, EOG, sudoración, etc De la red eléctrica Efecto capacitivo de 50 Hz Externas Uso de jaula de Faraday Amplificadores diferenciales, etc.

  12. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (EEG) Origen de Potenciales eléctricos cerebrales registrados en cuero cabelludo La corriente eléctrica que produce los voltajes registrados en cuero cabelludo, se origina en la corteza por cambios en la conductancia de las membranas neuronales. Existen dos fenómenos eléctricos de importancia fundamental en la comunicación interneuronal: El potencial de acción y el potencial postsináptico. El potencial de acción (de 1-2 ms con 80mV aprox),es generado por un proceso electroquimico a nivel de la membrana celular y afecta una zona pequeña de esta. El potencial postsináptico es de menor amplitud (5-10 mV) es de mayor duración(10-250ms), se extienden sobre una gran región de la membrana celular. Tanto en tiempo como en dominio espacial, existe una gran probabilidad de traslapamiento de los potenciales postsinápticos. Por esta razón, se considera que el potencial en la superficie del cuero cabelludo (EEG), se debe a la influencia principal de los potenciales postsinápticos de poblaciones de neuronas piramidales orientadas perpendicularmente al electrodo.

  13. Derivaciones EEG convencionales Sistema 10-20(Jasper 1958) El estándar, conocido como 10-20, (% de ditancias) consta de 21 electrodos y emplea referencias anatómicas para la colocación de los electrodos; a pesar de las diferencias individuales del tamaño y forma de la cabeza, se muestrea la misma región de la corteza con cada electrodo. Además, se usan electrodos intermedios en posiciones de 10%. Localización y nomenclatura: American EEEG Society (Sharbrough et al., 1991) Cuatro electrodos T7, T8, P7, y P8 tienen nombre distinto que los del sistema 10-20 Sistema internacional 10-20. A = lóbulo de oreja C = central Pg = nasofaríngeo, P = parietal F = frontal, Fp = frontal polar O = occipital

  14. Derivaciones EEG ampliadas Localización y nomenclatura de electrodos intermedios al 10%. American Electroencephalographic Society. (Sharbrough, 1991)

  15. Cambios del EEG por posición de los electrodos (A) Registro Bipolar y (B) unipolar. Nótese que la forma de onda del EEG depende de la localización del electrodo.

  16. Comportamiento de la señal de EEG Es posible diferencias las ondas alfa (α), beta (β), delta (δ), y theta (θ) en el EEG, además de algunos patrones, como espigas asociadas a epilepsia. Las onda alfa tienen frecuencias en el espectro 8-13 Hz y son abundantes en la región occipital de una persona vigil con ojos cerrados. La frecuencia de la banda beta va de 13 a 30 Hz; Es detectable sobre los lóbulos parietales y frontales. La onda delta está entre 0.5 y 4 Hz y aparece en niños, y en adultos, durante el sueño. La onda theta tiene freceuncias de 4 a 8 Hz y se registarn en niños y adultos durante el sueño.

  17. Espectro de frecuencia de un EEG normal: bandas

  18. EEG y estados de conciencia La señal de EEG está muy relacionada con los estados de conciencia de la persona. A medida que la actividad aumenta, el EEG se desplaza hacia frecuencias dominantes elevadas y de baja amplitud. Cuando se cierran los ojos, las ondas alfa se hacen dominantes. Cuando la persona se queda dormida, la frecuencia dominante disminuye y la amplitud aumenta. En alguna fase del sueño, sin embargo, en sueño REM (rapid eye mouvements), la persona tiene actividad onírica y mueve los ojos; esto puede ser caracterízado por el EEG. En sueño profundo, el EEG presenta deflecciones lentas y de gran amplitud. No se detecta acti-vidad en el paciente que presenta muerte cerebral.

  19. Vigilancia no invasiva, electrofisiológica de la función cerebral

  20. ¿Porqué la vigilancia de la función cerebral? La razón principal para vigilar la función cerebral es porque el cerebro juega un rol decisivo en la regulación de los procesos vitales. Ningún otro órgano está tan involucrado en el mantenimiento de la homeostasis corporal; incluso su propio equilibrio es protegido por varios mecanismos autorregulados. El daño cerebral irreversible puede resultar, sea en la muerte o en el empobrecimiento de la calidad de vida del paciente.

  21. ¿Porqué la vigilancia de la función cerebral? Debido a las escasas reservas de oxígeno disuelto y de glucosa en los tejidos nerviosos, los procesos oxidativos de la glucosa pueden estar severamente impedidos cuando los suministros de oxígeno se encuentran restringidos. Un adecuado flujo sanguíneo cerebral debe ser mantenido para proveer de manera abundante y continua el oxígeno y la glucosa requeridos.

  22. ¿Porqué la vigilancia de la función cerebral? Cuando la irrigación sanguínea no es adecuada, el flujo nutricional de la sangre al sistema nervioso central resulta insuficiente pudiendo producirse estados anóxicos. Los procesos anaeróbicos para producir energía pueden resultar más relevantes que los aeróbicos, y los catabolitos producidos por el metabolismo tisular pueden acumularse, conduciendo a una disfunción cerebral. El daño cerebral irreversible resulta más probable y el funcionamiento al largo plazo puede ser parcial o totalmente impedido.

  23. Vigilancia multimodal

  24. Salvas de supresión -con eliminación metabólica- por administración de 125 mg de tiopental sódico mediante bolus intravenoso. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (EEG) El registro electroencefalográfico provee un método muy adecuado con el que vigilar la función cerebral. La adecuosidad del método se sostiene en que provee una medida no invasiva, directa del estado de funcionamiento del cerebro. Hay una larga tradición de vigilar la función cerebral mediante el EEG en diferentes condiciones clínicas, como en coma, anestesia, sueño, TEC y cirugía a corazón abierto.

  25. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (EEG) Bandas del EEG D:1-3,5[Hz] q:3,5-7,5[Hz] a: 7,5-12,5[Hz] b> 12,5[Hz] Sincronización y amplitud Actividad mental y desincronización

  26. Modalidades de monitoreo multiparamétrico 1.2. Monitoreo Neurofisiológico: Mapeo cerebral y QEEG EEG Cuantitativo (QEEG) Mapeo en el dominio de la amplitud Mapeo en dominio de la frecuencia Reducción de datos por QEEG Resolución del problema inverso: localización estructural

  27. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (QEEG) EEG cuantitativo • Espectro de Potencia absoluta • Espectro de Potencia relativa • Asimetría de energía • Coherencia • Frecuencia media, y otros (Hjorth) • ADQ

  28. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (QEEG) Mapeo de amplitud del EEG .

  29. Monitoreo Neurofisiológico: Electroencéfalograma (QEEG) Mapeo en el dominio de la frecuencia del EEG .

  30. Monitoreo Neurofisiológico: CFM en cirugía a corazón abierto • Adquisición por ventanas deslizantes para análisis cuantitativo de EEG • Ventana Hamming para eliminar frecuen-cias espúreas de pega-do de ventanas

  31. Monitoreo Neurofisiológico: CFM en cirugía a corazón abierto Alternativa de análisis para un canal de EEG : Amplitud C.F.M. Fourier (ABD) Descriptor Hjorth

  32. Monitoreo Neurofisiológico: Localización estructural Resolución del problema inverso (1990-2000)

  33. Vigilancia no invasiva, electrofisiológica de la función cerebral

  34. Modalidades de monitoreo multiparamétrico 1.3. Monitoreo Neurofisiológico: Potenciales Evocados PE Sensoriales: Visuales Auditivos Somestésicos PE cognitivos

  35. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados Los Potenciales Evocados (PE) son respuestas provocadas en ciertas regiones o zonas del Sistema Nervioso mediante un estímulo que afecta selectivamente a la región que se desea estudiar. Contrariamente a EEG, PE se genera en zonas más limitadas del Sistema Nervioso y, por lo tanto, nivel de actividad es mucho menor (0.1-20 V) El PE se encuentra inmerso en la actividad espontánea del sistema nervioso (v.gr. el EEG) de fondo, que se considera para este caso como ruido. La técnica mas utilizada para extraer el PE del ruido de fondo se conoce como promediación coherente. Para ello se realizando varias estimulaciones sucesivas y se promedian muestra a muestra las respuestas registradas.

  36. Monitoreo Neurofisiológico:Promediación de Pot. evocados El conjunto constituido por las vías sensoriales aferentes, que reciben el estímulo y lo transmiten al cerebro, y la región de la corteza que responde a dicho estímulo se consideran como un sistema completo de características lineales e invariantes en el tiempo. Es decir, el sistema responde de la misma forma a estímulos iguales aun en instantes diferentes, por lo que la señal puede considerarse estacionaria. El estímulo aplicado para activar selectivamente un área cortical o región del sistema nervioso es constante. El EEG o “ruido” de fondo es una señal aleatoria e(t), que puede modelarse como “ruido blanco” de media nula y de baja correlación con la respuesta evocada que se suma a ella: vi(t) = pi(t) + ei(t)

  37. Monitoreo Neurofisiológico:Promediación de Pot. evocados El resultado de promediar el registro de N respuestas evocadas estaría dado, para cada muestra “i” de cada respuesta por: Vi(t) = vi(t) N Vi(t) = pi(t) + ei(t) N N Las características que definen un PE son la amplitud de sus componentes y, de manera más importante, los tiempos en que aparece la deflexión después del estímulo (denominada latencia).

  38. Monitoreo Neurofisiológico:Promediación de Pot. evocados

  39. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados visuales Potenciales Evocados visuales Electroretinograma (ERG) PE visual primario (VEP-I) PE visual secundario (VEP-II)

  40. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados visuales PE visuales: Componentes de vía visual Test Generador Receptor Electroretinograma Mayoritariamente función bastones Neurona. Afe- No disponible No rente primaria. Vía No disponible No ascendente Córtex PE visuales Corteza visual Primario primaria Córtex PE visuales Cortezas visuales no especifico secundarias

  41. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados visuales Parámetros de registro Ubicación Pasabanda Estímulo Tiempo Ensayos Amplitud Nombre electrodo Hz-kH -3dB (Tipo) (ms) (Cant.) (μV) examen Receptor Ref. cornea 1.0-1.0 Flash 100 1 <500.0 Electrore- Lóbulo oreja tinograma Aferente No disponible Ascendente No disponible Corteza Oz- 1.0-100 Flash o 200 50 <20.0 PE visual Visual vertex tablero alt. primario Corteza Oz- 1.0-100 Flash o 500 50 <20.0 PE visual Inespecifica vertex tablero alt. secundario

  42. Potenciales evocados visuales

  43. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados auditivos Potenciales Evocados Auditivos PE Cocleares microfónicos (CMEP) PE De N.Auditivo yTronco (ANBP) PE Auditivos de Tronco Cerebral (BAEP) Potenciales seguidores de frecuencia (FFAEP) PE auditivos primarios (AEP-I) PE auditivos secundarios (AEP-II)

  44. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados auditivos PE auditivos: Componentes de vía visual Test Generador Receptor Electrococleograma Células PEA de C. lejano ciliadas Neurona. Afe- Electrococleograma VIII par rente primaria. Vía PEATC VIII par por Ascendente Coliculo Inferior Córtex Potencial de Desconocido Primario latencia media Córtex Potencial de Desconocido no especifico latencia larga

  45. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados auditivos Parámetros de registro Ubicación Pasabanda Estímulo Tiempo Ensayos Amplitud Nombre electrodo Hz-KH -3dB (Tipo) (ms) (Cant.) (μV) examen Receptor I Mastoideo- Variable Tonos hasta 10 2.000 <1.0 Micrófoni- referencia co coclear Aferente I Mastoideo- 100-10 Clicks 3 2.000 <1.0 N. auditivo referencia Tronco C. Ascendente Vertex-I M 100- 3.0 Clicks 10 2.000 <1.0 PEATC Vextex-CM 100- 3.0 Tonos 20 2.000 <1.0 P.seg.frec. Corteza Vertex- M 10- 0.3 Tono/click 60 100 <2.0 PE auditivo Auditiva primario Corteza Vertex-M 1.0-0.1 Tonos 500 50 <50 PE auditivo Inespecífica secundario I,C: Ipsi/Contra lateral a estímulo acústico; M: Mastoideo

  46. Potenciales evocados auditivos

  47. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados: PEATC Se puede vigilar la función cerebral a través de diversos parámetros de potenciales evocados sensoriales. Se ilustra Potencia Evocado Auditivo del Tronco Cerebral que presenta diferentes ventajas.

  48. Monitoreo Neurofisiológico:PEATC: ¿Tranformación de Jewett? Onda iiii [frac.] [ms]-1 [ms]-1 [ms] 6,62 2,03 2,53 1,16 6,80 2,13 2,56 2,45 6,80 4,25 5,23 3,49 8,15 2,11 2,70 4,69 7,31 3,86 4,42 5,43

  49. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados somestésicos Potenciales Evocados Somestésicos (o somato-sensoriales) Potencial de acción del nervio periférico (NAEP) Potenciales de la médula espinal (SCEP) Potenciales de campo lejano (FFEP) PE somestésicos (SEP-I y II)

  50. Monitoreo Neurofisiológico:Potenciales evocados somestésicos PE somestésicos Componentes de vía visual Test Generador Receptor No disponible No Neurona. Afe- Pot. de acción de Nervio periferico rente primaria tronco nervioso G.Fib. mielinizada Vía PE espinales Columna dorsal Ascendente PES C.Lejano Lemnisco medio Diencéfalo Cerebelo Córtex PE somestésico Ctza. sensorial Primario especifica Córtex PE somestésico Desconocido no especifico de larga latencia

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