Post 4: Esophageal vs. Surface EMG measurements

Einführung

Elektrische Aktivität (auch als Elektromyogramm bezeichnet - EMG) der Atemmuskulatur wird seit Jahrzehnten, beispielsweise auf Esel Aktivierung und Ermüdung verwendet. Ich habe zuvor beschrieben, das Signal Grundsätze in Post 1 und Post 3. Die Methoden zur Messung des Zwerchfell-EMG umfassten transösophageale Messungen, wie in dargestellt Beitrag 2 aber auch andere Methoden mit Oberflächenelektroden sowie eingeführten Drähten oder konzentrischen Nadelelektroden. Ihre Verwendung wurde zuvor in „Electrophysiologic Techniques for the Assessment of Respiratory Muscle Function“ beschrieben (ATS / ERS Erklärung zur AtemmuskeltesterBd. 166, S. 548–557, Am J. Respir Crit Care Med, 2002).

Geschichte

Frühe Arbeiten beschreiben EMG der menschlichen Zwischenrippenmuskeln mit Oberflächenelektroden wurde präsentiert von Campell im Jahr 1955. Er fasste zusammen: „Die Zwischenrippen sind dünne Muskeln, die fast vollständig von anderen Muskeln bedeckt sind. Es ist keine Bewegung oder Aktion bekannt, die sie dazu bringt, sich zusammenzuziehen, während die anderen Muskeln in ihrer Nähe inaktiv sind. Sie sind daher aufgrund der Einschränkungen sowohl der Oberflächen- als auch der Nadelelektrodentechniken am intakten menschlichen Probanden elektromyographisch schwer zu untersuchen.“

Die früheste Pubmed Zitieren transösophageale EMG-Messungen in den Menschen ist durch Petit, Milic-Emili und Delhez im Jahr 1959. Es folgte im Jahr 1960 durch Agostoni, Sant'Ambrogio und Del Portillo Carrasco zeigt die Verbindung zwischen Zwerchfell-EMG und Kraft. Diese Arbeiten zeigten weniger Probleme bei der Identifizierung des Zwerchfellsignals mit transösophagealem EMG im Vergleich zu Oberflächenelektroden.

Laut Pubmed präsentiert der Suchbegriff „diaphragm EMG“ 1682 Publikationen, die Publikationsrate erreichte 1993 mit 74 Publikationen in diesem Jahr ihren Höhepunkt. „Intercostal EMG“ präsentiert 709 Publikationen. Das Zwerchfelloberflächen-EMG weist 168 Veröffentlichungen auf. „Diaphragm esophageal EMG“ hat 179 Publikationen. „Membrannadel-EMG“ ergibt 72 Treffer.

Messarten

Transösophageale EMG

Da der Ösophagus frontal zur Aorta durch das Crus des Zwerchfellschenkels verläuft, stellt er einen Messort bereit, der weit entfernt von anderen Inspirations-/Exspirationsmuskeln liegt. Nichtsdestotrotz muss man bedenken, dass die Speiseröhre ein Muskel ist, ebenso wie das angrenzende Herz, die beide Signale mit mehrfach höherer Amplitude als das Zwerchfell haben, jedoch durch einen anderen Frequenzgehalt gekennzeichnet sind (Sinderby et al. 1995).

Oberflächen-EMG

Oberflächenelektroden wurden am unteren Brustkorb angebracht, um das Zwerchfell-EMG zu messen, über den Zwischenrippen, um das Einatmungs- und/oder Ausatmungs-EMG zu messen, sowie über den Hilfsmuskeln. Typischerweise werden zwei Elektroden an der Haut über dem interessierenden Bereich angebracht, um eine differentielle Aufzeichnung des Atemmuskel-EMG zu erhalten. Je nach interessierender Stelle sind unterschiedlich viele Muskeln an der EMG-Aufzeichnung beteiligt.

Das Zwerchfell-EMG wird typischerweise mit Elektroden in den untersten Interkostalräumen in der Mittelklavikular- bis Mittelaxillarlinie erhalten. Es gibt mehrere Schichten von Interkostal- und Bauchmuskeln, die diesen Bereich durchziehen und eine inspiratorische, exspiratorische und posturale Funktion haben. Das Zwerchfell ist in Bezug auf die Elektroden der am weitesten entfernte Muskel überhaupt.

• Die parasternale Muskulatur wird als inspiratorisch erkannt, jedoch vom M. pectoralis überdeckt.
• Nebenmuskeln sind inspiratorisch und viele erfüllen jedoch alle posturale Funktionen.

Nadel und Feindrahtelektroden

Kleine Elektroden mit sehr geringem Abstand zwischen den Elektroden können verwendet werden, um spezifische Informationen von spezifischen Muskeln zu erhalten, wenn sie in den interessierenden Muskel eingeführt werden. Ein Problem besteht darin, zu wissen, welchen Muskel die Elektrode durchdringt, und einen Pneumothorax zu vermeiden. Eine neuere Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von Ultraschall (Amirjaniet al. 2012).

Übersprechen

Die EMG-Messung wird durch Übersprechen zwischen benachbarten Muskeln beeinflusst, d. h. ähnlich wie bei einem Mikrofon ist es sehr schwierig, eine selektive Aufzeichnung eines bestimmten Muskels zu erhalten, wenn benachbarte Muskeln gleichzeitig aktiv sind (Sinderby et al. 1998). Betrachten Sie als Beispiel die Oberflächenaufnahme des Zwerchfells. Das erste Atmen kann nicht anstrengend sein, da dies inspiratorische Zwischenrippen mit sich bringen könnte. Zweitens, wenn Belastung oder Agonie eine Ausatmungsmuskelaktivität von Interkostal- oder Bauchmuskeln induziert, wird dies ebenfalls in das Signal übergehen. Drittens, wenn sich der Patient bewegt, wird die posturale Aktivierung der Interkostal- und Bauchmuskeln eine tonische EMG-Aktivität induzieren. Mit anderen Worten, eine standardisierte Testsituation für Oberflächen-EMG-Messungen ist entscheidend. Mehrere Gruppen haben zum Beispiel Oberflächen-EMG mit standardisierten Testsituationen erfolgreich eingesetzt Reillyet al. 2013. Hahnmann 2004. Schmidtet al. 2013. Maarsinghet al. 2006.

EMG mit konzentrischer Nadel und kleinem Draht kann verwendet werden, um genauer zu sein und Übersprechen zu vermeiden, jedoch können diese Methoden begrenzt sein, wenn es um globale Aktivierung und Langzeitmessungen geht (Parthasarathy et al. 2007. Butler & Gandevia 2008.)

Fettleibigkeit

Ein zunehmender Abstand zwischen dem Muskel (Signalquelle) und den EMG-Elektroden verringert die Signalamplitude, hauptsächlich durch den Verlust der Hochfrequenzkomponenten des Signals. Daher wird das Signal-Rausch-Verhältnis irgendwann zu niedrig sein, um qualitativ hochwertige Aufnahmen zu ermöglichen. Fettleibigkeit erlegt eine Schicht zwischen dem Brustkorb und der Hautoberfläche auf, wodurch der Abstand zwischen Muskel und Oberflächenelektrode vergrößert und das Signal-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt wird. Meiner Erfahrung nach scheint Fettleibigkeit keinen messbaren dämpfenden Effekt auf transösophageale EMG-Aufzeichnungen zu haben.

Abschluss

Concentric Nadel EMG kann verwendet werden, um die spezifische Aktivität der motorischen Einheit zu messen. Insbesondere kann die Aktivität des Rippendiaphragmas erfolgreich untersucht werden. Nadel-EMG wird nicht durch Fettleibigkeit beeinflusst und hat wenig Übersprechen von benachbarten Muskeln.

Kleine Drahtelektroden, wenn sie mit einem kleinen Abstand zwischen den Elektroden platziert werden, liefern ein spezifischeres Signal als Oberflächenelektroden und können verwendet werden, um die Aktivität der motorischen Einheit zu untersuchen. EMG wird nicht durch Fettleibigkeit beeinflusst und hat weniger Übersprechen von benachbarten Muskeln und dem Herzen.

Oberflächenelektroden Bereitstellung eines EMG, das repräsentativ für die globale respiratorische (d. h. inspiratorische und/oder exspiratorische) und posturale Muskelaktivität ist. Die Genauigkeit der Oberflächen-EMG-Methode hängt in hohem Maße von Protokollen ab, die zur Standardisierung der Messsituation implementiert werden. Um ein Übersprechen benachbarter Muskeln zu vermeiden, die nicht mit der interessierenden Aktivität verbunden sind, z. B. EMG des Brustmuskels Bei der Messung des EMG der Parasternalmuskeln ist es wichtig, die Bewegung der Arme während der Aufzeichnung zu kontrollieren. Um zu vermeiden, dass der untersuchte Muskel aus einem anderen Grund als dem vom Untersucher angenommenen aktiviert wird, z.B. Haltungs-EMG-Aktivität der Interkostalmuskeln Während der Untersuchung der EMG-Inspirationsaktivität ist es wichtig, dass der Oberkörper sorgfältig gestützt wird und Körperbewegungen vermieden werden. EMG wird durch Fettleibigkeit beeinträchtigt und stark durch Übersprechen benachbarter Muskeln, einschließlich des Herzens, beeinträchtigt.

Ösophagus-Elektroden Bereitstellung einer globalen EMG (EAdi)-Aktivität der Unterschenkel des Zwerchfells. Es wurde gezeigt, dass diese Aktivität mit der globalen Inspirationsaktivierung zusammenhängt (Sinderby et al. 1998. Beck et al. 2001). Das transösophageale EMG wird durch Fettleibigkeit nicht beeinträchtigt und weist eine gut charakterisierte Wechselwirkung zwischen Herz und Speiseröhre auf, die identifiziert und behandelt werden kann.

Korrekt protokolliert, erfasst und analysiert sind alle Methoden zur EMG-Messung im Hinblick auf das Monitoring wertvoll.

Zur Steuerung der Beatmungsunterstützung sind Nadel- und Feindrahtelektroden möglicherweise begrenzt, da die Messungen sehr spezifisch sind und es schwierig sein kann, sie über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. EMG, das über Oberflächenelektroden gewonnen wird, wird durch Übersprechen, Haltungs- und Exspirationsmuskelaktivität beeinflusst – das Signal-Rausch-Verhältnis wird auch durch Fettleibigkeit beeinflusst. Außerdem können sich die Elektroden lösen, wenn der Patient schwitzt oder sich bewegt. Es wurde festgestellt, dass das transösophageale EMG (EAdi) mit einem gesicherten Katheter die Beatmungsunterstützung bei Patienten jeden Alters zuverlässig steuert, sofern eine angemessene Signalerfassung, -verarbeitung und -steuerung von Elektrodenfilterung und Übersprechen von Herz und Speiseröhre vorausgesetzt wird (Sinderby & Beck, NAVA; in Principles and Practice of Mechanical Ventilation, 3. Auflage, hrsg. Tobin 2013).

Für ein neues Update auf EMG-Überwachung der Atemmuskulatur die interessiert wird empfohlen zu lesen Doorduin et al. (2013).