Клиническое многообразие проявлений поражения экстрапирамидной системы, например болезнь Паркинсона (БП), эссенциальный тремор (ЭТ), идиопатическая цервикальная дистония (ИЦД), недостаток знаний этиологии и патогенеза заболеваний и отсутствие во многих случаях объективных маркеров болезней часто затрудняют диагностику этих патологий, особенно на ранних стадиях, не позволяя подобрать адекватное лечение.

На протяжении нескольких десятилетий в Институте проблем управления им. В.М. Трапезникова РАН (ИПУ РАН) проводились экспериментальные исследования двигательной функции человека, направленные на получение преобразованного сигнала электрической активности мышц (электромиограмма — ЭМГ), который являлся бы аппроксимационной моделью величины мышечного усилия. Кривая изменения усилия мышцы существенно отличается от ЭМГ. Спектральный анализ поверхностной (интегральной) ЭМГ показывает, что основная мощность сигнала (интенсивность) лежит в диапазоне 80—150 Гц. Однако двигательные возможности наших суставов ограничены более низкими частотами — до 40 Гц, а визуальный тремор покоя, характерный, например, для болезни БП, имеет частоту от 3 до 7 Гц. Таким образом, спектры ЭМГ не содержат информацию о двигательной активности мышц. Следовательно, чтобы получить такую информацию, необходимо преобразовать интегральный сигнал ЭМГ.

Для решения этой проблемы в ИПУ РАН был разработан метод компьютерной регистрации и количественной оценки треморных движений человека, возникающих при неизменном поддержании позы суставного угла [1]. Созданный метод позволяет проводить анализ частотных составляющих специально преобразованной ЭМГ в диапазоне от 0 до 40 Гц. В результате исследований получены новые ЭМГ-маркеры экстрапирамидных заболеваний, и на их основе создан аппаратно-программный комплекс (АПК) для ранней и дифференциальной диагностики и оценки лечения этих болезней.

В состав АПК входят компьютерный электромиограф Нейро-МВП-4 («Нейрософт», Россия) и компьютер. Блок усилителя Нейро-МВП подключается к компьютеру с использованием интерфейса USB. Небольшие габаритные размеры электромиографа (460×350×170 мм) позволяют использовать его как в стационарном, так и в переносном режимах. Электромиограф снабжен 16-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и одновременно регистрирует сигналы ЭМГ по 4 каналам. Регистрация сигналов электрической активности мышц проводится с помощью поверхностных отводящих электродов с переменным межэлектродным расстоянием ЭПП-1.

Программная часть АПК состоит из следующих блоков: преобразование сигналов ЭМГ, записанных в текстовых файлах после регистрации электромиографом; спектрально-статистическая обработка преобразованных сигналов ЭМГ с функцией выделения и сохранения основных параметров; анализ параметров, получение диагностических маркеров; дифференциальная диагностика и оценка эффективности проводимого лечения для экстрапирамидных заболеваний; детализированная итоговая информация о проведенном обследовании пациента (отчет); многофункциональная база данных, позволяющая вести учет пациентов и результатов обследований с возможностью отслеживания изменений параметров во времени.

База данных представляет собой виртуальную картотеку, структурированную по пациентам. Для каждого больного заводится карточка, где отображаются все проведенные ему обследования.

Блок преобразования сигналов ЭМГ состоит из цифрового амплитудного детектора и цифрового фильтра низких частот. Для получения спектральной оценки сигнала используется алгоритм быстрого преобразования Фурье. Далее по специальному алгоритму определяются и сохраняются основные спектральные параметры. Программа предусматривает визуализацию спектров, корректировку положения пика в спектре, расчет и сохранение дополнительных параметров. Блок дифференциальной диагностики и оценки эффективности проводимого лечения использует значения диагностических маркеров для БП (табл. 1)

Цель настоящего исследования — оценка эффективности разработанного метода для диагностики и лечения двигательных расстройств при БП, ЭТ и ИЦД.

Экспериментальные исследования проводились сотрудниками ИПУ РАН совместно с ведущими московскими клиниками Научного центра неврологии, кафедры неврологии (Центр экстрапирамидных заболеваний) Российской медицинской академии непрерывного профессионального образования (РМАНПО), отделения неврологии Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского, а также Республиканского клинико-диагностического центра экстрапирамидной патологии и ботулинотерапии (Казань).

Было проведено более 500 обследований пациентов с разными формами и стадиями БП в возрасте 22—83 лет с длительностью заболевания от менее 1 года до 7 лет. Изучение Э.Т. проводилось в процессе обследования 115 больных 16—90 лет с длительностью заболевания от 1 года до 48 лет. В серии исследований ИЦД принимали участие 14 больных (средний возраст 54,6±14,6 года, продолжительность заболевания 15,7±10 лет).

Необходимо отметить, что во всех проводимых исследованиях были задействованы группы контроля («норма»). Всего в обследованиях приняли участие 150 относительно здоровых (без экстрапирамидных заболеваний) в возрасте от 20—65 лет.

Регистрировалась полная электрическая активность мышц, отводимая поверхностными электродами одновременно с 4 мышц — лучезапястных (m. extensor carpi radialis longus) и голеностопных суставов (m. tibialis anterior) с правой и левой стороны.

В исследованиях использовалась статистическая обработка как индивидуальных, так и групповых данных. Применялись методы параметрической и непараметрической статистики.

Проведенные исследования показали, что основные симптомы БП (тремор, ригидность и акинезия) имеют свой рисунок спектра специально преобразованных сигналов ЭМГ [2, 3] (рис. 1).

Особенности различий симптомов больных проявляются как в виде «спектральных портретов», так и в отличиях спектральных параметров. В процессе исследования были выявлены наиболее информационные спектральные параметры и получены интервалы их значений, соответствующие той или иной симптоматике Б.П. Такими параметрами являются: значение частоты (F) и мощности доминирующего пика (A²_p) в спектрах; коэффициент тремора (К_т) — отношение мощности пика к мощности дополнительных частот (параметр характеризует степень преобладания мощности доминирующей частоты над мощностью остальных частотных составляющих спектра); доля попадания доминирующей в спектре частоты в один из трех частотных диапазонов спектра P1 (3,8—6,4 Гц), P2 (6,4—9 Гц), P3 (9—15 Гц). Границы диапазонов связаны с основными симптомами БП (тремором, ригидностью и акинезией).

Исследования клинически здоровой стороны больных гемипаркинсонизмом показало, что уже на ранних этапах, когда отсутствуют внешние признаки заболевания, в спектрах ЭМГ в области низких частот, характерных для БП, появляются дополнительные низкоамплитудные пики. Наличие такого патологического пика совместно с пиком физиологического тремора не дает внешних проявлений заболевания, т. е. амплитуда патологического тремора настолько мала, что визуально он не заметен и врач его не диагностирует. При развитии динамики заболевания патологический пик растет по амплитуде и полностью замещает пик физиологического тремора. На этой стадии болезни появляются внешние проявления, которые клинически диагностируются. Таким образом, одним из ранних маркеров заболевания может служить низкоамплитудный пик в патологической области частот. На рис. 2 приведены

Как видно из рис. 2, на правой, клинически больной стороне выделяется четкий пик в области 5,47 Гц. Среднее значение мощности этого пика для мышцы разгибателя лучезапястного сустава (СDE) 390±95 мкВ², а мышцы разгибателя голеностопного сустава (TDE) 220±34 мкВ². К_т соответственно — 47 и 38 (норма — менее 12). Полученные значения диагностических маркеров четко указывают на дрожательную симптоматику, что не противоречит клиническому диагнозу. В то же время на клинически здоровой левой стороне также наблюдается пик в области 5,47 Гц. Мощность этого пика значительно меньше, чем на правой стороне (5,9±2,1 мкВ² — для мышцы лучезапястья и 41±17 мкВ² — для мышцы голеностопа), поэтому визуально тремор на левой стороне не выявляется. Однако наличие этого патологического пика свидетельствует о начале заболевания и на левой стороне.

Совместно с сотрудниками кафедры неврологии (Центр экстрапирамидных заболеваний) РМАНПО была разработана методика, позволяющая диагностировать не только «чистые» клинические формы, но и «смешанные» формы БП. В табл. 1 приведены диапазоны значений диагностических маркеров, полученных для БП.

Для оценки эффективности построенных алгоритмов диагностики БП была разработана специальная процедура. С ее подробным описанием можно ознакомиться в статье Л.А. Гусева и соавт. [4]. Оценка проводилась с помощью базы данных, содержащей 399 диагнозов, среди которых было 90 диагнозов с моносимптоматикой. Из них 47 — акинетическая форма (А), 26 — ригидная форма ® и 17 — дрожательная форма (Т). Остальные 309 диагнозов представляли смешанные формы. Сравнительный анализ клинической диагностики и диагностики, проведенной по разработанному методу, показал высокую корреляцию (около 0,7) между клиническими симптомами БП и диагностикой, полученной с помощью маркеров.

В следующих сериях экспериментальных исследований полученные значения диагностических признаков использовались для объективного контроля эффективности назначаемых противопаркинсонических препаратов и индивидуального подбора фармакотерапии [5, 6]. Разработанная методика применялась также при обследовании больных в процессе нейрохирургического лечения паркинсонизма [7], больных подвергнувшихся нейротрансплантации и больных с электростимуляцией.

При обследовании пациентов с ЭТ были получены количественные оценки параметров ЭМГ мышц верхних и нижних конечностей и разработаны диагностические маркеры для дифференциальной диагностики БП и ЭТ [8].

Для получения дифференциальных критериев различия между ЭТ и ИЦД были проведены дополнительные исследования [9]. Сигналы ЭМГ отводились с 6 мышц: мышц шеи (m. sternocleidomastoideus), лучезапястных мышц (m. extensor carpi radialis longus) и мышц голеностопных суставов (m. tibialis anterior) с правой и левой сторон.

В проводимых исследованиях принимали участие пациенты с правосторонней и левосторонней кривошеей. Поверхностная ЭМГ регистрировалась стандартным методом с грудиноключично-сосцевидных мышц (m. sternocleidomastoideus) и мышц верхней конечности (m. extensor carpi radialis longus) справа и слева.

Основным симптомом ЭТ и ИЦД являются наличие и выраженность тремора. Для диагностики ЭТ и ИЦД диагностические таблицы (табл. 2, 3,

Для проведения дифференциальной диагностики в АПК были составлены схемы-шаблоны распространения симптомов для больных БП, ЭТ и ИЦД с целью выявления их возможных сочетаний для каждого из этих заболеваний. Схемы составлены для обследования 4 мышц — по 2 мышцы шеи и рук или по 2 мышцы рук и ног. При составлении шаблонов распространения симптомов для БП учитывалось, что заболевание начинается, как правило, с одной стороны.

Кроме того, заболевание может начинаться с дрожания, тугоподвижности или неловкости в одной из конечностей, с последующей генерализациeй симптоматики, в том числе асимметричной. Для Б.П. было составлено 11 схем-шаблонов распространения симптомов заболевания. При составлении шаблонов распространения симптомов для ЭТ учитывалось двустороннее начало заболевания. Локализация тремора — голова, руки, реже — ноги. Было составлено 6 схем-шаблонов распространения симптомов ЭТ. Схемы-шаблоны (всего 4) распространения симптомов для ИЦД учитывали обязательное присутствие билатеральности для мышц шеи с возможной локализацией тремора на одной или обеих руках.

Дифференциальная диагностика, как правило, проводится между БП и ЭТ, а также ЭТ и ИЦД. При первом варианте обследуются мышцы рук и ног, а при втором — шеи и рук. Кроме схем-шаблонов, алгоритм дифференциальной диагностики включает дополнительный критерий — «симметричность параметров» мышц шеи для пациентов с ЭТ и ИЦД. Двусторонняя локализация тремора обусловливает либо его присутствие на мышцах шеи с двух сторон, либо полное его отсутствие на мышцах шеи (возможно в случае ЭТ). Таким образом, дифференциальная диагностика трех экстрапирамидных заболеваний (БП, ЭТ, ИЦД) сводится к рассмотрению количественных признаков и схем локализации тремора только для двух групп: БП и ЭТ, ЭТ и ИЦД. Алгоритм основан на сопоставлении схем симптомов, полученных по количественным диагностическим признакам в первой части блока диагностики, с шаблонами распространения симптомов во второй части этого блока и дополнительной проверкой по критерию «симметричности» параметров при дифференциальном диагнозе ЭТ и ИЦД.

Для оценки эффективности проводимого лечения в системе создана опция сравнения обобщенных параметров обследований для одного пациента. Сравнение параметров проводится в виде диаграмм. Процесс сравнения запускается выбором пациента, открытием его карточки и указанием обследований, данные которых необходимо поместить на диаграмму. Диаграмма позволяет наглядно демонстрировать направление изменения основных параметров ЭМГ на любых этапах и после курса лечения. Например, уменьшение мощности основной частоты тремора и сдвиг частоты тремора в область более высоких частот может свидетельствовать об эффективности проводимого лечения.

Ведение учета данных пациентов и результатов обследований реализовано в виде виртуальной многофункциональной картотеки, организованной по аналогии с картотекой поликлиники. Для каждого пациента заводится личная карточка с указанием личных данных. В карточку добавляются описания и результаты проводимых с больным обследований. Таким образом, стандартная папка с подшиваемыми в нее новыми листами заменена компьютерной базой данных. Папка обследования каждого пациента содержит исходный текстовый файл данных ЭМГ, полученных с электромиографа, обобщенные спектральные коэффициенты и обобщенные параметры. В папке хранятся лишь картинки обобщенных спектров, необходимые для формирования отчета. Автоматическое ведение отчетов удобно тем, что позволяет врачу иметь всю необходимую информацию: данные пациента, врача, проводившего обследование, характеристики обследования, обобщенные параметры и картинки обобщенных спектров.

База данных позволяет врачу (или исследователю) производить поиск, задавая различные критерии, например вывести обследования, проведенные в определенный период времени или имеющие определенный статус.

Таким образом, АПК дает возможность клиницистам получить новые, в том числе объективные, количественные параметры, помогающие в более точной диагностике и управлении лечением. Система позволяет проводить диагностику для каждой исследуемой мышцы. Таким образом, диагноз устанавливается раздельно для каждого сустава, мышцы которого исследуются. Это дает преимущество над общей диагностикой.

АПК позволяет выделить те симптомы, которые находятся на ранней стадии проявления и еще не выявляются клиническими методами, а также просматривать динамику изменения состояния пациента как в численных характеристиках, так и в графической интерпретации. Система дает возможность оценить эффективность различных форм лечения больных. В экспериментальных целях можно отслеживать влияние того или иного препарата на разные формы Б.П. Также с помощью АПК можно точнее подобрать курс лечения для конкретного пациента.

На данном этапе АПК используется только для трех экстрапирамидных заболеваний: паркинсонизм, эссенциальный тремор и цервикальная дистония. Однако возможности системы могут быть расширены за счет включения диагностических маркеров, полученных и для других экстрапирамидных заболеваний, например мультисистемной атрофии [10].

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

e-mail: oyex@mail.ru