Потенциал двигательной единицы

Потенциал двигательной единицы (ПДЕ) — это суммарный электрический потенциал, регистрируемый при сокращении мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном. Является результатом пространственной и временной суммации потенциалов действия отдельных мышечных волокон, входящих в состав данной двигательной единицы (ДЕ). ПДЕ представляет собой основной биоэлектрический коррелят активности мышцы и широко используется в клинической нейрофизиологии и электромиографии (ЭМГ) для оценки функционального состояния нервно-мышечного аппарата.

Физиологические основы

Двигательная единица — это минимальный функциональный элемент произвольного движения, включающий мотонейрон спинного мозга (или ствола головного мозга) и группу иннервируемых им мышечных волокон. При возбуждении мотонейрона потенциал действия распространяется по его аксону и через нервно-мышечные синапсы передаётся на все мышечные волокна данной ДЕ. Поскольку мышечные волокна одной ДЕ сокращаются практически синхронно, их индивидуальные потенциалы действия суммируются во времени и пространстве, формируя единый потенциал двигательной единицы.

Параметры ПДЕ зависят от:

• Количества мышечных волокон в ДЕ (иннервационного числа). В мышцах, требующих тонкой регуляции (например, глазодвигательные), ДЕ содержат 5–10 волокон, а в крупных постуральных мышцах (например, икроножная) — до 1000–2000 волокон.
• Пространственного расположения волокон относительно регистрирующего электрода. Волокна, расположенные ближе к электроду, дают больший вклад в амплитуду ПДЕ.
• Синхронности активации волокон. Разброс во времени возникновения потенциалов действия отдельных волокон (временная дисперсия) приводит к увеличению длительности и снижению амплитуды ПДЕ.

Регистрация потенциала двигательной единицы

Основным методом регистрации ПДЕ является игольчатая электромиография. Игольчатый электрод (концентрический или монополярный) вводится непосредственно в мышцу. При произвольном или стимулированном сокращении мышцы регистрируются электрические сигналы, которые после усиления и фильтрации отображаются на экране электромиографа.

Параметры ПДЕ

При анализе ПДЕ оцениваются следующие количественные характеристики:

1. Амплитуда — измеряется от наиболее положительной до наиболее отрицательной точки потенциала. Обычно составляет от 0,1 до 5 мВ, но может варьировать в зависимости от мышцы и возраста пациента. Амплитуда отражает количество и плотность активных мышечных волокон вблизи электрода.
2. Длительность — интервал времени от начала отклонения от изолинии до полного возвращения к ней. В норме составляет 5–15 мс. Длительность зависит от синхронности активации волокон и их пространственного распределения.
3. Форма (конфигурация) — количество фаз (пересечений нулевой линии) и поворотов (изменений направления сигнала). В норме ПДЕ имеет 2–4 фазы. Полифазные потенциалы (более 4 фаз) считаются патологическими.
4. Площадь — интегральная характеристика, отражающая общую электрическую активность ДЕ.
5. Стабильность — в норме ПДЕ при повторных сокращениях сохраняет постоянную форму и амплитуду. Нестабильность (изменчивость формы) свидетельствует о нарушении нервно-мышечной передачи.

Типы потенциалов двигательных единиц

В зависимости от режима активации различают:

• Произвольные ПДЕ — регистрируются при сознательном сокращении мышцы.
• Стимулированные ПДЕ — вызываются электрической стимуляцией нерва.
• Потенциалы фибрилляций — спонтанные потенциалы отдельных мышечных волокон, возникающие при денервации.
• Потенциалы фасцикуляций — спонтанные ПДЕ, видимые невооружённым глазом как подёргивания мышцы.

Клиническое значение

Анализ ПДЕ является ключевым компонентом электромиографического исследования и используется для диагностики широкого спектра нервно-мышечных заболеваний.

Нейрогенные поражения

При поражении аксона мотонейрона (например, при травме нерва, полиомиелите, боковом амиотрофическом склерозе) происходит денервация мышечных волокон. В ответ на это соседние, здоровые аксоны начинают прорастать в денервированную зону, увеличивая размер ДЕ. Это приводит к появлению гигантских ПДЕ с увеличенной амплитудой (до 10–20 мВ) и длительностью. При хронических нейрогенных процессах наблюдается также увеличение полифазных потенциалов.

Миопатии

При первичных мышечных заболеваниях (мышечные дистрофии, миозиты, миотонии) происходит гибель отдельных мышечных волокон, что уменьшает размер ДЕ. Это проявляется снижением амплитуды и длительности ПДЕ, а также увеличением числа полифазных потенциалов. Характерным признаком миопатии является «миопатический паттерн» — большое количество низкоамплитудных, коротких потенциалов при умеренном усилии.

Нарушения нервно-мышечной передачи

При миастении гравис и миастенических синдромах (например, синдром Ламберта-Итона) наблюдается характерная нестабильность ПДЕ — изменение формы и амплитуды потенциала от сокращения к сокращению. Это связано с блокадой части нервно-мышечных синапсов.

Дифференциальная диагностика

Сравнение параметров ПДЕ в разных мышцах и в динамике позволяет:

• Отличить нейрогенное поражение от миопатического.
• Оценить степень денервации и реиннервации.
• Определить активность патологического процесса (острая или хроническая стадия).
• Контролировать эффективность лечения.

Интересные факты

• ПДЕ впервые были зарегистрированы в 1920-х годах немецким физиологом Эдгаром Адрианом, за что он получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1932 году.
• В норме одна двигательная единица может активироваться с частотой от 5 до 50 Гц. При максимальном произвольном усилии частота разрядов мотонейронов может достигать 100 Гц и более.
• Размер ПДЕ не является постоянным для данной мышцы: он может меняться при тренировках (увеличение мышечной массы) или при старении (снижение количества мышечных волокон).
• Современные методы количественной ЭМГ позволяют автоматически выделять и анализировать до 20–30 различных ПДЕ из одной мышцы, что значительно повышает точность диагностики.

Источники

• Кимберли Дж., «Клиническая электромиография. Руководство для врачей», 2019.
• Преображенский И.А., «Электромиография в диагностике нервно-мышечных заболеваний», 2015.
• Данилов А.Б., «Нейрофизиология: учебное пособие», 2020.
• Международная федерация клинической нейрофизиологии (IFCN), «Рекомендации по проведению ЭМГ-исследований», 2021.
• Ландау В.М., «Физиология двигательных единиц», 2018.