Masticationpedia

Elettromiografia Clinica

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Article by: Cesare Iani

Elettromiografia Clinica

Cesare Iani Responsabile UOC Neurologia, Ospedale San Eugenio, Roma

L'esame elettromiografico (EMG) consiste in tre fasi sequenziali: 1) esame dell'attività spontanea, 2) analisi delle singole unità motorie, 3) esame del pattern di interferenza durante sforzo moderato e massimo.

Definizione di Unità Motoria (UM)

L'UM è composta da un neurone motorio, il suo assone e il muscolo innervato dall'assone. L'attività dell'unità motoria può essere registrata con vari tipi di elettrodi: - **Elettrodo a Fibra Singola (SF-EMG)**: Registra solo una o poche fibre dell'unità motoria. Ha un diametro di 25 μm, più piccolo di una fibra muscolare normale, che ha un diametro di circa 40-50 μm. L'area di registrazione di un elettrodo SF-EMG è paragonabile a una sfera con una distribuzione spaziale di 300 μm. In un soggetto normale, questo elettrodo registra simultaneamente 1 o 2 fibre muscolari appartenenti alla stessa unità motoria.[1] Fig.1

Figura 1: Tipi di elettrodi ad ago

L'**elettrodo ad ago Macro-EMG** ha una superficie di registrazione molto ampia: ≅15 mm da una cannula di elettrodo EMG modificata. Registra simultaneamente dall'intera unità motoria.[2] Gli elettrodi più comunemente usati nella diagnostica clinica, tuttavia, sono gli elettrodi concentrici e monopolari, che hanno caratteristiche intermedie tra i due tipi descritti sopra.[3] L'**elettrodo concentrico** ha una superficie di registrazione di 150 x 580 μm con un'area di 0,07 mm², mentre l'**elettrodo monopolare** è isolato con Teflon tranne che nella porzione terminale e ha un'area di registrazione di 0,5-0,8 mm², registrando così una regione sferica più ampia rispetto all'elettrodo concentrico. Nelle registrazioni di routine, l'elettrodo concentrico presenta vantaggi significativi rispetto a quello monopolare, annullando l'attività delle unità motorie remote e annullando parzialmente i potenziali d'azione delle fibre distanti della stessa unità motoria. In conclusione, il metodo di registrazione con elettrodo concentrico garantisce una maggiore stabilità di base.

Generazione del Potenziale di Unità Motoria (MUP)

Il MUP rappresenta l'attività sommata delle singole

I potenziali d'azione generati dalle fibre muscolari appartenenti all'unità motoria. Il contributo di ciascuna fibra muscolare dipende dalla sua relazione spaziale con l'elettrodo di registrazione. Un tipico MUP è caratterizzato da una forma triphasica, con una fase iniziale positiva, il picco negativo principale e una fase terminale.

Figura 2: Rappresentazione schematica del MUP

Il singolo MUP registrato con un ago concentrico rappresenta l'attività di 3-15 fibre adiacenti all'elettrodo. La fase iniziale del MUP è brusca e coincide con la depolarizzazione iniziale della fibra muscolare alla giunzione neuromuscolare. La fase iniziale positiva è generata dal segnale del potenziale d'azione in avvicinamento, e la durata della fase iniziale positiva è correlata alla distanza dell'elettrodo di registrazione dalla regione della placca motrice.[4] Quando l'elettrodo si trova in questa regione, non si forma alcuna fase iniziale positiva, e il MUP inizia direttamente in direzione negativa dalla linea di base (linea isoelettrica). Il picco negativo principale è generato dalla somma dei potenziali d'azione delle fibre muscolari (≅ 15) più vicine all'elettrodo. La parte terminale positiva del MUP è analoga a quella iniziale ed è generata dai potenziali d'azione che si allontanano dall'elettrodo. La piccola onda positiva inserita nella parte terminale è generata alla giunzione muscolo-tendinea, mentre l'onda negativa tardiva che appare dopo la fase terminale del MUP è dovuta a un artefatto causato dai filtri passa-alto. I potenziali satelliti sono generalmente prodotti da una singola fibra muscolare e sono temporalmente correlati con il picco principale. Questi possono essere un'espressione di assoni distali con conduzione lenta in processo di reinnervazione, o potenziali di placca motrice ectopici, o fibre muscolari di piccolo diametro.[5] Possono anche essere presenti in muscoli sani ma in numero inferiore a 1 su 20 MUP.

Parametri del MUP

I seguenti parametri sono utilizzati nella diagnostica clinica: durata, ampiezza, indice di dimensione, durata del picco, area, numero di fasi, numero di inversioni, numero di satelliti, jiggle.

    • Durata**: Include il picco principale, comprese le parti iniziale e terminale. La durata riflette il numero di fibre muscolari nell'unità motoria e il diametro delle fibre esaminate.
    • Durata del picco**: Misurata tra il primo e l'ultimo picco positivo del MUP. Riflette la dispersione temporale dei potenziali delle fibre muscolari adiacenti all'elettrodo.[4]
    • Ampiezza**: Misurata tra i picchi positivo e negativo più alti. Riflette il numero di fibre muscolari nell'unità motoria, il loro diametro e distribuzione.[6]
    • Area del picco**: Calcolata integrando il MUP rettificato sull'ampiezza e la durata del picco.
    • Spessore**: L'area divisa per l'ampiezza, che è strettamente correlata alla durata ma meno influenzata dalle variazioni di base.
    • Numero di fasi**: Il numero di attraversamenti della linea di base (linea isoelettrica). Nelle unità motorie normali, sono presenti 2-3 fasi. I MUP con più di 5 fasi sono considerati polifasici.
    • Numero di inversioni**: Il numero di picchi positivi e negativi con un'ampiezza non inferiore a 50 µV.

Il numero di fasi e inversioni riflette la distribuzione temporale del volo del potenziale d'azione all'interno dell'unità motoria.

    • Indice di dimensione**: è un nuovo parametro. Rappresenta lo spessore normalizzato per l'ampiezza. È aumentato nelle condizioni neurogene e diminuito nelle condizioni miogene.
    • Potenziali satelliti**: rappresentano situazioni di reinnervazione. Sono più facilmente riconoscibili utilizzando metodi manuali, spesso mostrando jitter, risultando in una riduzione dell'ampiezza dopo l'averaging.[7]
    • Variabilità del MUP, “jiggle”**: Nei muscoli normali, i MUP consecutivi ottenuti da un'unità motoria sono morfologicamente stabili. Nelle prime fasi della reinnervazione collaterale, il jitter e i blocchi di conduzione intermittenti dei potenziali d'azione delle singole fibre si manifestano come instabilità della porzione terminale del MUP con variazioni nella forma del potenziale, noto come "jiggle".[8] È stato sviluppato un metodo per misurare il jiggle determinando la mediana delle differenze di ampiezza consecutive (CAD) per ogni punto del MUP all'interno di una finestra di analisi predeterminata.

Acquisizione del MUP

Metodi Manuali

I metodi tradizionali si basano sulla registrazione di uno o più MUP durante una leggera attivazione muscolare. I MUP ottenuti venivano identificati, fotografati e misurati manualmente. Tutti i MUP con un tempo di salita inferiore a 0,5 msec e un'ampiezza superiore a 0,5 μV, con forma e ampiezza ripetibili almeno tre volte, venivano selezionati per l'analisi. Con l'avvento delle tecniche computerizzate, è stato possibile ottenere un'averaging innescato da un picco. Il metodo manuale è stato modificato introducendo una linea di ritardo e un trigger di livello, permettendo la selezione di un MUP a bassa soglia alla volta e successivamente misurandolo manualmente o utilizzando un metodo computerizzato.

Metodi Computerizzati
    • Template matching**

Il computer seleziona un MUP come modello (template). I MUP successivi vengono confrontati con il template e classificati in base ad esso. Quando viene riconosciuto un numero specifico di MUP identici al template, questi vengono accettati per l'analisi. Se non vengono riconosciuti MUP simili al template iniziale, il template viene scartato. 

e sostituito con un nuovo MUP.
    • Decomposizione del segnale EMG**

Questo metodo è simile al precedente. Il pattern di interferenza, ottenuto con una contrazione da lieve a moderata, viene scomposto in singoli MUP. Con questo metodo, è possibile classificare i MUP in gruppi separati in base alle differenze di forma, studiare i meccanismi del pattern di attivazione e analizzare i MUP in termini di meccanismi di controllo motorio. Questo metodo può essere utilizzato anche per l'analisi dei MUP.[8]

Analisi MultiMUP

Un sistema di analisi sviluppato di recente si basa sulla decomposizione del segnale combinata con un template che consente l'analisi simultanea di più MUP. Il sistema analizza la traccia in campioni di 4,8 secondi. Un MUP viene identificato con un criterio di livello di trigger e caratteristiche di tempo di salita codificate.[8] Una volta identificato il MUP, viene creato il template. Questo può essere fatto per 6 MUP analizzati simultaneamente in quel sito di posizionamento dell'ago. I MUP classificati vengono sottoposti a media e poi visualizzati sullo schermo di registrazione EMG con la possibilità di osservare ogni campione individualmente in caso di sospetto di artefatto.[5] Con questo metodo, i singoli MUP possono essere ottenuti anche da un pattern di interferenza. Ogni analisi può produrre da 3 a 6 MUP.

I vantaggi di questa tecnica rispetto ai metodi tradizionali sono: 1) tempi di analisi molto brevi, poiché 20 MUP necessari per completare l'esame possono essere ottenuti in 2-5 minuti, rispetto a circa 10 minuti utilizzando il metodo tradizionale per ottenere 20 MUP per ciascun muscolo.[5] 2) estrazione automatica dei MUP. 3) riconoscimento simultaneo di MUP di diverse ampiezze e forme in un singolo sito di registrazione. 4) ridotta variabilità dei dati MUP tra diversi esaminatori. Grazie alla ridotta variabilità e alla fedele riproducibilità dei dati, i risultati tra i laboratori diventano direttamente comparabili.

Analisi Quantitativa dei Parametri MUP

Utilizzando il sistema di analisi multiMUP, sono stati raccolti dati normativi da soggetti normali. I muscoli esaminati sono il bicipite brachiale, deltoide, interosseo, vasto laterale e tibiale anteriore.[6] I parametri esaminati includono ampiezza, durata, area, spessore, indice di dimensione, numero di turni e numero di fasi. I valori di ampiezza per il muscolo bicipite erano maggiori a 436 ± 115 μV rispetto a quelli riportati da Buchtal (1962) a 175 ± 20 μV. Queste differenze possono essere interpretate dai diversi modi di attivazione volontaria richiesti nei due metodi.

Nel tentativo di identificare i parametri che rendono significativo il valore diagnostico dell'analisi EMG e di enfatizzare le differenze, il concetto di "outlier" è stato applicato all'analisi dei MUP e la sua significatività statistica è stata stabilita. Per ciascun parametro MUP, è stata stabilita la significatività per i limiti superiori e inferiori.[9]

terzo valore più basso e terzo valore più alto di ciascun parametro dall'analisi di 20 MUP consecutivi sono stati considerati outliers per quel soggetto, rappresentando i percentili 90° e 10°. I valori individuali outliers di ciascun parametro sono stati valutati utilizzando l'analisi di regressione per studiare i cambiamenti legati all'età.

Basandosi su questa definizione, non sono stati trovati più di due valori sopra o sotto i limiti nei soggetti normali. Per valutare la sensibilità dell'outlier come strumento diagnostico, il sistema è stato applicato a pazienti con neuropatie e miopatie (Figs. 3, 4).
  • Figura 3: I potenziali di unità motoria di tipo miopatico (analizzati con il metodo multiMUP) mostrano una riduzione dell'ampiezza e della durata con un aumento del numero di turni.
    Figura 3: I potenziali di unità motoria di tipo miopatico (analizzati con il metodo multiMUP) mostrano una riduzione dell'ampiezza e della durata con un aumento del numero di turni.
  • Figura 4: I potenziali di unità motoria di tipo neurogeno mostrano un aumento dell'ampiezza e della durata con un aumento del numero di fasi.
    Figura 4: I potenziali di unità motoria di tipo neurogeno mostrano un aumento dell'ampiezza e della durata con un aumento del numero di fasi.

Analisi del Pattern di Interferenza (IP)

Lo sviluppo della contrazione muscolare è fisiologicamente correlato da due meccanismi: a) reclutamento e b) modulazione della frequenza. Con uno sforzo volontario minimo, una singola unità motoria viene attivata a una frequenza di 5-8 Hz. Man mano che la forza volontaria aumenta, la frequenza di scarica aumenta parallelamente. Quando questa raggiunge 8-12 Hz, una nuova unità motoria viene reclutata alla sua frequenza minima di scarica. Con l'aumento ulteriore della forza di contrazione, entrambe le unità aumenteranno ulteriormente la loro frequenza di scarica fino a quando una terza unità motoria viene reclutata, e così via.

Le prime unità motorie reclutate sono piccole e resistenti alla fatica, mentre quelle reclutate alla forza massima sono più grandi, consistono di più fibre muscolari e sono più soggette alla fatica. Alcune unità motorie, prevalentemente di tipo II, sono attivate preferenzialmente durante brevi periodi di sforzo massimo. L'ordine di reclutamento delle unità motorie basato sulla loro dimensione è chiamato "principio della dimensione".[9]

Quando più unità motorie sono attivate, il segnale EMG diventa così complesso che i componenti dei MUP non possono più essere identificati visivamente. Questa situazione è chiamata pattern di interferenza. Va notato che l'ampiezza del MUP è determinata principalmente dalle fibre muscolari più vicine all'elettrodo di registrazione, il che significa che l'ampiezza del MUP dipende principalmente dalla posizione dell'elettrodo e non riflette la vera sezione anatomica del MUP. Le unità motorie più grandi possono avere fibre più grandi, che a loro volta producono MUP più grandi e una maggiore ampiezza del pattern di interferenza. Questo è il motivo principale per cui l'ampiezza del segnale IP aumenta con l'aumento della forza di contrazione.

I picchi di grande ampiezza registrati nell'IP durante la contrazione a sforzo massimo possono anche essere il risultato della sommazione di due MUP individuali, sebbene ciò accada in una percentuale molto bassa (1-10%) dei picchi IP più grandi. Un fattore importante che contribuisce all'aumento dell'ampiezza dovuto alla sommazione è l'aumentata densità delle fibre muscolari all'interno dell'unità motoria. Questo meccanismo è particolarmente 

influente nei casi di reinnervazione ed è indicativo del meccanismo di germinazione.

Dati Clinici Chiave

Nelle malattie muscolari, l'attività IP aumenta più rapidamente della forza muscolare assoluta rispetto a un muscolo normale. Il pattern di interferenza completo viene raggiunto con una forza di contrazione inferiore rispetto a un muscolo normale. In molte malattie muscolari, l'ampiezza IP è ridotta, riflettendo la minore sezione trasversale dei componenti muscolari. Tuttavia, l'ampiezza MUP può aumentare in alcune miopatie, riflettendo la presenza di fibre muscolari ipertrofiche individuali vicino all'elettrodo di registrazione. In tali casi, l'ampiezza di picco IP potrebbe non differire dai pattern normali.

Nelle malattie neuropatiche, il numero di MUP attivati a un dato livello di forza è significativamente inferiore al normale. Tuttavia, quando il meccanismo di germinazione è attivato, l'ampiezza MUP aumenta e, di conseguenza, il pattern di interferenza è ridotto ma più grande del normale.

Metodi di Analisi IP

Gli elettromiografi generalmente interpretano i segnali IP soggettivamente, osservando i segnali su uno schermo di oscilloscopio o ascoltando i suoni in audio.[10] Per ridurre l'interpretazione soggettiva, diverse scuole hanno sviluppato vari metodi per l'analisi oggettiva del pattern di interferenza, come l'analisi quantitativa basata sul riconoscimento della frequenza sonora emessa dall'attività MUP e IP;[11] l'analisi nel dominio della frequenza, che si basa sul riconoscimento del segnale analogico visivo e sull'elaborazione matematica del rapporto ampiezza/frequenza del segnale EMG; l'analisi spettrale della frequenza, che utilizza un metodo digitale impiegando algoritmi di trasformata di Fourier; l'analisi nel dominio del tempo, che, rispetto ai metodi precedentemente descritti, riconosce il numero di picchi per unità di tempo, aspettandosi un numero maggiore di picchi nei pattern miopatici.

Una implementazione matematica più recente è il metodo di Willison,[11] che ha sviluppato un sistema automatico di analisi IP chiamato "analisi dei turni/ampiezza". Questo metodo misura il numero di turni nel segnale IP e le differenze di ampiezza media tra i turni successivi (MA). Un turno si verifica a ogni picco positivo o negativo, e i turni successivi si verificano ai picchi nella direzione opposta. Per escludere i picchi di piccola ampiezza, risultanti dal rumore di fondo, un turno è definito come una modifica del segnale di almeno 50 μV tra i turni successivi. In situazioni di denervazione cronica parziale, la MA aumenta senza cambiamenti nel numero di turni (NT). Questo è attribuito all'aumentata densità delle fibre muscolari all'interno dell'unità motoria a causa della reinnervazione.

Fuglsang-Frederiksen[12] hanno misurato i valori di NT e MA e calcolato il rapporto NT/MA (T/A) e l'incidenza di intervalli di breve durata tra i turni successivi. Nei pazienti con miopatia, hanno dimostrato che il valore diagnostico dell'analisi T/A è equivalente all'analisi MUP. Nell'80% degli studi sulla miopatia presentati, il rapporto T/A è stato caratterizzato da un marcato aumento del rapporto NT/MA. Nella neuropatia, questo rapporto diminuisce a causa di una significativa riduzione del numero di turni attribuiti all'aumento della durata del MUP. La limitazione di questo tipo di analisi è la riproducibilità dei dati solo a livelli di contrazione muscolare comparabili, quindi l'esame è limitato dalla necessità di monitorare la forza.

    • Analisi delle Nuvole**
Stolberg e collaboratori hanno sviluppato un sistema di analisi T/A computerizzato che non richiede il monitoraggio della forza di contrazione. I segnali IP vengono registrati da 6-10 siti nel muscolo esaminato a 3-5 livelli di forza che vanno dal minimo al massimo per ciascun sito. I valori di NT e MA vengono misurati da ciascuno dei 20-40 epoche, e viene creato un grafico del rapporto MA/NT per ciascuna epoca. Un'area di questo grafico chiamata "Nuvola Normale" è definita come la parte che contiene più del 90% dei punti di una popolazione di riferimento. Una discrepanza maggiore del 10% dei punti analizzati che cadono al di fuori della nuvola normale è considerata anormale. I pazienti con miopatia hanno più punti nella parte inferiore della "nuvola normale", mentre nella neuropatia, i punti sono situati nella parte superiore del valore normale o al di fuori della curva normale (Fig. 5, 6, 7).
  • Figura 5: Traccia EMG del pattern di interferenza in un paziente con miopatia. Si osserva un reclutamento precoce a bassa ampiezza. Il pannello inferiore mostra il grafico del metodo delle Nuvole (vedi testo).
    Figura 5: Traccia EMG del pattern di interferenza in un paziente con miopatia. Si osserva un reclutamento precoce a bassa ampiezza. Il pannello inferiore mostra il grafico del metodo delle Nuvole (vedi testo).
  • Figura 6: Traccia EMG di tipo neurogeno. Si osservano unità motorie a singola oscillazione di grande ampiezza e durata aumentata. Il pattern di interferenza completo non viene raggiunto con la contrazione volontaria massima.
    Figura 6: Traccia EMG di tipo neurogeno. Si osservano unità motorie a singola oscillazione di grande ampiezza e durata aumentata. Il pattern di interferenza completo non viene raggiunto con la contrazione volontaria massima.
  • Figura 7: Questa serie di grafici rappresenta i grafici delle Nuvole nelle patologie neurogene (superiore) e miopatiche (inferiore). Nel primo pannello, si osserva che nel pattern neurogeno, i punti del grafico cadono sopra la nuvola normale, mentre nel pattern miogenico, cadono sotto.
    Figura 7: Questa serie di grafici rappresenta i grafici delle Nuvole nelle patologie neurogene (superiore) e miopatiche (inferiore). Nel primo pannello, si osserva che nel pattern neurogeno, i punti del grafico cadono sopra la nuvola normale, mentre nel pattern miogenico, cadono sotto.

Bibliography & references
  1. ↑ Sonoo M., Stalberg E.: The ability of MUP parameters to discriminate between normal and neurogenic MUPs in concentric EMG: analysis of the MUP thickness and the proposal for a "size index". Electroencph. Clin. Neurophys. 3:291-303, 1993.
  2. ↑ Buchthal F., Pinelli P. et al.: Action potentials parameters in normal human muscle and their physiological determinants. Acta Physiol Scand 22:210-229, 1954.
  3. ↑ Stalberg E., Antoni L.: Computer aided EMG analysis. In (Desmedt ed.) Progress in clinical neurophysiology. Karger, Basel vol.10 186-234, 1983.
  4. ↑ 4,0 4,1 Stalberg E., Bishoff C.: Outliers, a way to detect abnormality in quantitative EMG. Muscle and Nerve 1982; 5: 265-80.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 Stalberg E., Bishoff C.: Reference values of motor unit potentials recorded with multi-MUP EMG. Muscle and Nerve 1994; 17: 842-851.
  6. ↑ 6,0 6,1 Sacco G., Buchtal F.: Motor unit potentials at different ages. Arch Neurol 6:366-373, 1962.
  7. ↑ Mc Gill K.C., Cummins K.L. et al.: Automatic decomposition of the Clinical Electromyography. IEE Trans Biomed Engin 32:470-77, 1985.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Mc Gill KC, Dorfman LJ: Automatic EMG decomposition in brachial biceps. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 61:561-67,1988.
  9. ↑ 9,0 9,1 Henneman E., Clamann HT, Gillus JD, Skinner RD.: Rank order of motor neurons within a pool: law of commination. J. Neurophysiol 1974; 37: 1338-49.
  10. ↑ Walton JN.: L'elettromiogramma nella miopatia: analisi con lo spettrometro audio-frequenza. J. Neurol Neurosurg Psychiatry. 1952; 15: 219-26.
  11. ↑ 11,0 11,1 Willison RG. Analisi dell'attività elettrica nel muscolo sano e distrofico nell'uomo. J. Neurol Neurosurg Psychiatry. 1964; 27: 386-94.
  12. ↑ Fulgsang-Frederiksen A et al.: Diagnostic yield of the analisi del pattern di attività elettrica e dei potenziali delle singole unità motorie nella miopatia. J. Neurol Neurosurg Psychiatry. 1976; 39:742-50.
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