Dott. Vittorio Govoni

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1 Elettrogenesi corticale e EEG Dott. Vittorio Govoni Clinica Neurologica A.A Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia V anno Secondo Semestre

2 Elettrogenesi corticale e EEG l attività dei neuroni della corteccia cerebrale è coordinata in modo tale da indurre variazioni del campo elettrico registrabili dal capo questa osservazione di Berger (1924) è all origine dell EEG, registrazione sistematica delle variazioni di potenziale raccolte dagli elettrodi distribuiti sul capo (registrazione multicanale dell attività elettrica di superficie del cervello)

3 Basi fisiologiche dell EEG l interpretazione fisiologica dell EEG è complessa e non del tutto chiarita: i principali neuroni corticali sono orientati secondo un asse perpendicolare alla superficie delle circonvoluzioni cerebrali i dendriti si espandono negli strati più superficiali della corteccia mentre l assone si dirige in profondità nella sostanza bianca pirenoforo e dendriti si articolano con un gran numero di terminazioni sinaptiche su cui si esercitano azioni eccitatorie (PPSE) e inibitorie (PPSI)

4 Basi fisiologiche dell EEG la propagazione di correnti locali provoca il continuo sommarsi di PPSE e PPSI sulla membrana cellulare se la depolarizzazione della regione vicina all origine dell assone raggiunge il livello soglia si produce una scarica neuronale (una scarica di potenziali d azione propagati lungo l assone) le influenze sinaptiche sul pirenoforo hanno un effetto diretto sulla produzione di questa scarica le influenze sui dendriti agiscono indirettamente modulando il grado di eccitabilità del neurone (la probabilità che esso risponda con una scarica a un dato eccitamento afferente)

5 Basi dell EEG EEG è la somma delle attività unitarie che si svolgono in seno a una grande popolazione di neuroni sottostanti l elettrodo l osservazione di ritmi e di figure fisiologiche nell EEG dimostra che l attività dei neuroni non è anarchica ma che essi sono sottoposti a meccanismi che ne assicurano la sincronizzazione

6 Basi dell EEG la sincronizzazione è di grado estremo nella crisi epilettica che si manifesta con la comparsa di figure patologiche specifiche (dette epilettiformi ) di grande ampiezza la comparsa di figure patologiche epilettiformi di grande ampiezza riflette la sincronizzazione della scarica di una vasta popolazione di neuroni cerebrali (scarica eccessiva ipersincrona)

7 le basi dell EEG si pensa che i ritmi permanenti dell EEG derivino da variazioni periodiche della polarizzazione dei dendriti ( modulazione ) questa modulazione è relativamente indipendente dall attivazione specifica dei neuroni corticali (dalla scarica neuronale, dalla scarica di potenziali d azione propagati lungo l assone) per quanto questa tende a farla scomparire ( reazione d arresto del ritmo alfa all apertura degli occhi) si pensa che questa modulazione dipenda da effetti sinaptici eccitatori e inibitori dendritici di cui gli interneuroni corticali sono la fonte principale

8 le basi dell EEG l attività corticale non è anarchica ma sottoposta a una regolazione da parte di meccanismi posti a distanza (sistemi sottocorticali profondi mediani e paramediani a proiezione corticale diffusa) la maturazione dell EEG e le modificazioni in funzione del livello di coscienza dimostrano il ruolo spettante a tali sistemi di controllo nel sonno si osservano cambiamenti caratteristici dell EEG in sequenza (rallentamento globale progressivo dell attività di fondo, onde aguzze al vertice, fusi del sonno e complessi K che riflettono un attività corticale sincrona altamente organizzata

9 tecnica di registrazione dell EEG l ordine di grandezza degli eventi registrati è microvolt l EEG ha richiesto lo sviluppo di sistemi di amplificazione il metodo di esplorazione è standardizzato (sistema internazionale 10-20) da 20 a 30 elettrodi sono posti simmetricamente sulle due metà del capo un sistema di commutatori permette di selezionare diverse combinazioni di derivazioni tra gli elettrodi (montaggi)

10 tecnica di registrazione dell EEG nella modalità di registrazione abituale, bipolare, gli elettrodi sono posti in serie lineari: trasversali (anteriore, media, posteriore) e longitudinali (superiore e inferiore) nella modalità monopolare ogni elettrodo è collegato a un elettrodo di riferimento comune

11 ritmi cerebrali nell EEG si osservano variazioni periodiche dei potenziali registrati (dette ritmi meglio caratterizzati dalla frequenza che dall ampiezza) il ritmo alfa, 8-13 Hz, compare nel soggetto in stato di riposo sensoriale (veglia rilassata a occhi chiusi, attività mentale leggera ) si registra normalmente sui 2/3 posteriori del capo (regione parietotemporo-occipitale) ed è interrotto tipicamente dall apertura degli occhi ( reazione d arresto ) in modo sincrono e simmetrico sulle derivazioni dei due lati

12 ritmi cerebrali sulle regioni anteriori (frontale e centrale rolandica ) si osservano ritmi in banda beta ( >13 Hz) di minore ampiezza rispetto all alfa sulle regioni temporali si osserva spesso un ritmo di frequenza minore dell alfa, in banda theta (4-7 Hz ), più ampio dei ritmi beta anteriori (theta bi-temporale simmetrico sui due lati) in certi stati patologici si possono osservare ritmi più lenti (< 4 Hz, ritmi in banda delta) di varia ampiezza

13 EEG normale EEG di un soggetto sano, adulto, vigile, in riposo sensoriale, rilassato, con gli occhi chiusi presenta un attività di fondo in banda alfa spazializzata che occupa i 2/3 posteriori del capo (regione parieto-temporo-occipitale) bilaterale, simmetrica, sincrona e stabile (le asimmetrie di frequenza sono sempre più significative delle asimmetrie di ampiezza, fino al 50%) i ritmi beta si registrano sulle regioni frontali e centrali ( rolandiche ), i ritmi theta si possono osservare sulle regioni temporali spesso frammisti all alfa (ritmo theta frammisto bi-temporale simmetrico) si osserva la reattività del ritmo alfa che viene interrotto dall apertura degli occhi in modo sincrono e asimmetrico sui due emisferi e sostituito bilateralmente da ritmi rapidi

14 manovre di attivazione il sonno, la privazione di sonno, l iperpnea (HPN) e la stimolazione luminosa intermittente (SLI) possono provocare la comparsa di figure epilettiformi (assenti nell EEG a riposo) e vengono chiamate nel loro complesso manovre (prove) di attivazione; nell EEG di routine si esegue la prova dell iperpnea (HPN) e la SLI, l iperventilazione, sopratutto nel bambino, tende a produrre ritmi più lenti, più ampi e più regolari la SLI può interrompere il ritmo alfa e determinare la comparsa di potenziali posteriori, bilaterali simmetrici e sincroni che si ripetono al ritmo della SLI ( trascinamento fotico posteriore, bilaterale sincrono e simmetrico)

15 EEG nello sviluppo la maturazione delle strutture cerebrali si associa a una modificazione progressiva dell EEG nel prematuro si registrano ritmi rapidi di bassa ampiezza (non sincronizzati sui due emisferi) nel neonato a termine l attività è ampia, lenta, instabile nei primi 2-3 anni l EEG accelera e tende a organizzarsi sottoforma di un ritmo theta a 4-5 Hz il ritmo alfa compare a 5 anni, in seguito l evoluzione prosegue fino all età adulta e avanzata

16 figure EEG patologiche le più specifiche tra quelle che si inscrivono sui ritmi di fondo sono le figure epilettiformi figure che si stagliano chiaramente sull attività di fondo: punte (figure puntute bi- e tri-fasiche molto rapide, < 1/12 di secondo, <83 mmsec), onde puntute (figure aguzze bi- e tri-fasiche rapide (<1/5 di secondo, < 200 mmsec), complessi di punta-onda, complessi di polipunta onda e complessi di onda puntuta onda lenta

17 EEG patologico Anomalie diffuse sui due emisferi ( generalizzate sui due emisferi ) sia onde lente sia figure parossistiche (con inizio e fine improvvisi) vanno interpretate tenendo conto di età, vigilanza, condizioni di registrazione (a riposo, in iperpnea, SLI) e quadro clinico; anomalie lente diffuse (a proiezione bi-emisferica) possono dipendere da un anomalia non lesionale nel quadro di un encefalopatia diffusa (metabolica, endocrina, tossica, iatrogena, infettiva), ma anomalie lente diffuse bilaterali più o meno sincrone sui due emisferi possono dipendere da un alterazione lesionale delle strutture centrali profonde che controllano normalmente la modulazione dei ritmi corticali; anomalie epilettiformi diffuse sui due emisferi quando bilaterali sincrone e simmetriche (c.d. generalizzate ) sono caratteristiche delle Epilessie Generalizzate Idiopatiche

18 anomalie localizzate ( focali ) dell EEG le Anomalie Localizzate ( Focali ) riflettono un alterazione cerebrale circoscritta; un alterazione focale può però dipendere anche da una lesione a distanza che interessa una struttura profonda che proietta su quella regione della corteccia le anomalie focali si caratterizzano per 1) segni EEG deficitari (segni lesionali) come onde lente (delta o delta-theta) o una riduzione di ampiezza localizzata dei ritmi cerebrali oppure 2) segni EEG di iperfunzione come le figure epilettiformi che riflettono una scarica neuronale eccessiva parossistica ipersincrona di una popolazione di neuroni cerebrali (punte, onde puntute, complessi di punta-onda, di polipunta-onda o di onda puntuta onda lenta) la semeiologia EEG non è quasi mai specifica di un eziologia

19 EEG nella pratica clinica l EEG è un esame di semplice esecuzione, è relativamente poco costoso e utile in diversi contesti clinici richiede però la collaborazione del paziente e capacità di rilassamento psico-fisico

20 valutazione del paziente con sospetta Epilessia anomalie epilettiformi con andamento parossistico (anomalie EEG caratteristiche con inizio e fine improvvisi) durante disturbi accessuali compatibili con crisi epilettiche stabilisce la diagnosi certa (registrazione della crisi epilettica) le crisi epilettiche sono imprevedibili e non è frequente registrare l EEG durante una crisi epilettica (importanza della video-eeg) nonostante ciò l EEG di routine è spesso alterato nei periodi intercritici ed è utile a scopo diagnostico

21 valutazione del paziente con sospetta Epilessia le anomalie epilettiformi intercritiche sono di aiuto a questo riguardo anche se il 20-40% dei soggetti affetti da Epilessia presenta un EEG di routine privo di anomalie epilettiformi (fino al 50% al primo EEG) anomalie epilettiformi si osservano però anche in soggetti che non hanno mai avuto crisi epilettiche (2-7%) ma la loro frequenza è maggiore nei soggetti epilettici rispetto ai soggetti non epilettici anomalie epilettiformi intercritiche in un soggetto che ha presentato episodi accessuali (motori, sensitivi, sensoriali,vegetativi, psichici, alterazioni pure della coscienza) compatibili con crisi epilettiche aumentano grandemente la probabilità che il paziente sia affetto da Epilessia

22 valutazione del paziente con Epilessia EEG aiuta a classificare il tipo di sindrome epilettica e a selezionare la terapia anti-epilettica appropriata nei pazienti affetti da Epilessia Generalizzata Idiopatica con crisi di Assenza ( Piccolo Male ) EEG presenta in fase critica e in fase intercritica scariche generalizzate di complessi di punta onda a 3 Hz ( facilitate da HPN) inscritte su un attività di fondo normale nei pazienti con episodi accessuali di alterazione della coscienza causati da crisi epilettiche focali complesse EEG può mostrare in fase intercritica scariche focali di figure epilettiformi durante una crisi epilettica si osserva un attività elettrica anomala parossistica caratterizzata da figure epilettiformi di frequenza e ampiezza variabile a distribuzione localizzata (crisi focale), generalizzata (crisi generalizzata) o focale secondariamente generalizzata

23 prognosi del paziente con Epilessia EEG fornisce indicazioni utili ai fini della prognosi dell Epilessia EEG con attività di fondo normale e rare scariche di figure epilettiformi implica una prognosi più favorevole circa il controllo delle crisi epilettiche EEG con attività di fondo molto alterata e con frequenti scariche di figure epilettiformi (EEG molto attivo ) implica una prognosi sfavorevole circa il controllo delle crisi epilettiche

24 interruzione della terapia anti-epilettica EEG è di aiuto nel decidere se interrompere la terapia anti-epilettica nei pazienti liberi da crisi epilettiche da diversi anni la sospensione della terapia ha più probabilità di successo se nell EEG sono assenti scariche di figure epilettiformi sia a riposo sia durante le prove di attivazione (HPN e SLI), però l EEG fornisce solo un informazione generica e nonostante l assenza di scariche di figure epilettiformi nell EEG i pazienti possono comunque presentare crisi epilettiche alla sospensione della terapia ma il rischio è inferiore (50% vs 75% nelle sintomatiche lesionali)

25 trattamento dello stato epilettico (SE) EEG è di scarso aiuto nello SE tonico-clonico (convulsivo) a meno che non siano stati somministrati farmaci bloccanti la trasmissione neuro-muscolare e il paziente sia in coma farmacologico indotto con anestetici generali, in questo caso EEG è utile per indicare il livello di anestesia e per valutare il persistere o il ripetersi delle crisi epilettiche nell EEG lo SE si caratterizza per la presenza di un attività epilettifome continua o il continuo ripetersi di crisi elettriche focali o generalizzate nello SE non convulsivo con alterazione della coscienza l EEG permette la diagnosi e distingue i due tipi principali nello SE non convulsivo generalizzato tipo assenza (Stato di Assenza) si osserva un attività epilettiforme generalizzata continua di punta-onda a 3 Hz o il continuo ripetersi di crisi elettriche generalizzate nello SE focale complesso senza manifestazioni motorie (non convulsivo focale con alterazione della coscienza) si osserva un attività epilettifome focale continua o il continuo ripetersi di crisi elettriche focali

26 diagnosi di sospetta lesione cerebrale EEG è stato utilizzato per molti anni quale esame non invasivo nella diagnosi di sospetta lesione cerebrale in caso di lesione cerebrale si possono osservare anomalie lente focali, una riduzione d ampiezza localizzata dell attività elettro-corticale (depressione, attenuazione circoscritta dell attività di fondo) o un alterazione EEG più diffusa (anomalie lente diffuse) all emisfero omolaterale alla lesione o a entrambi gli emisferi che in genere riflette un alterazione del livello di coscienza causata dalla lesione cerebrale (il rallentamento è in genere più pronunciato nell emisfero omolaterale), inizialmente le anomalie lente diffondono all emisfero omolaterale alla lesione quando la lesione è molto vasta o tende a espandersi La diagnostica per immagini neuroradiologica (TC e RMN encefalo) ha sostituito l EEG in questo contesto

27 diagnosi di sospetta encefalopatia diffusa onde aguzze trifasiche diffuse sui due emisferi inscritte su un attività di fondo globalmente rallentata e scarsamente reagente si osservano spesso nelle encefalopatie diffuse (insufficienza epatica, polmonare, renale) abbondante attività beta proiettata su tutte le derivazioni, non interrotta dall apertura degli occhi associata a un rallentamento globale dell attività di fondo suggerisce un intossicazione da benzodiazepine, barbiturici o altri farmaci sedativo-ipnotici

28 diagnosi di malattie neurologiche alcune malattie neurologiche mostrano all EEG anomalie caratteristiche che per quanto non specifiche sono utili nella diagnosi scariche periodiche di figure epilettiformi (ampie onde puntute ogni 2-4 secondi) in uno o a volte in entrambi gli emisferi cerebrali più evidenti sulla regione temporale in un soggetto con alterazione acuta delle funzioni cerebrali suggerisce la diagnosi di Encefalite da Herpes Simplex ampie onde puntute diffuse periodiche (ogni 0,5-2 secondi) più evidenti sulle regioni anteriori dei due emisferi inscritte su un attività di fondo globalmente rallentata e depressa in un adulto con demenza subacuta e mioclonie multifocali ( bilaterali asimmetriche e asincrone senza stretto rapporto con le onde puntute periodiche) suggerisce la diagnosi di malattia di Creutzfelt -Jakob scariche diffuse di ampie onde delta periodiche (ogni 5-10 secondi) inscritte su un attività di fondo rallentata e depressa in un bambino con turbe del comportamento, declino delle funzioni nervose superiori (linguaggio) e mioclonie bilaterali periodiche (sincrone e asincrone con le onde delta periodiche) suggerisce la diagnosi di Panencefalite Sclerosante Subacuta (PESS)

29 valutazione delle alterazioni della coscienza Attività elettro-corticale tende universalmente a rallentare nei quadri di depressione della coscienza la presenza di anomalie epilettiformi può suggerire diagnosi non considerate le registrazioni seriali dell EEG nei pazienti in coma contribuiscono alla prognosi e al monitoraggio della malattia causale la reattività dell EEG agli stimoli sensitivo-sensoriali (richiamo verbale, stimoli acustici non verbali, dolore) nel coma è utile ai fini diagnostici e prognostici e indica un livello di coma meno profondo assenza di attività elettrica di origine cerebrale, spontanea e provocata, per un tempo superiore a 30 minuti (quadro di silenzio elettrico cerebrale, tracciato EEG isoelettrico, EEG piatto ) è una delle condizioni necessarie per la diagnosi di morte cerebrale pazienti apparentemente comatosi possono avere in realtà coscienza integra benchè presentino tetraplegia, paralisi bilaterale dei muscoli faciali, paralisi di sguardo laterale bilaterale e paralisi sopranucleare dei muscoli a innervazione bulbare (sindrome locked-in sindrome da defferentazione causata da una lesione bilaterale del ponte ventrale) hanno un normale EEG di veglia che aiuta a definire la diagnosi