OBSTETRICĂ

Aplicaţiile electromiografiei în obstetrică

 Electromyography applications in obstetrics

First published: 15 octombrie 2016

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

Abstract

It is widely accepted that uterine contractions are ge­ne­ra­ted by the electrical activity of myometrial cells. Early in gestation, this electrical activity is low and becomes more intense and synchronized later in pregnancy, peaking at term. Actual technology allows recording and characterizing electromyographic signals, using electrodes placed on the abdominal surface. This is a noninvasive technique, electrohysterograpy (EMG), which can be used to monitor human uterine electrical events. In clinical settings, it could help the clinician to differentiate uterine contractions that will lead to delivery, premature or at term, from physiological uterine activity. As the key of preterm labor is prevention and treatment, EMG could be an important tool to use for this purpose. We are describing the available techniques and their applications.
 

Keywords
electrohysterogram, electromyography, preterm labor, uterine activity

Rezumat

Este pe deplin acceptat că activitatea uterină contractilă este generată de activitatea electrică din celulele mio­me­­triale. Această activitate electrică este redusă şi ne­coor­do­nată precoce în sarcină, dar devine intensă şi sin­cro­nizată în sarcina tardivă, pentru a atinge maximul la termen. Tehnologia actuală ne permite să înregistrăm şi să caracterizăm semnalele electromiografice preluate de la nivelul suprafeţei peretelui abdominal în timpul sarcinii. Această tehnică, noninvazivă - electrohisterografia -, este o metodă de monitorizare a evenimentelor elec­trice uterine. Astfel, ar putea ajuta clinicianul să dife­ren­ţieze contracţiile uterine ce vor conduce către naş­te­re, prematură sau la termen, de activitatea uterină fizio­logică. Cheia prevenţiei şi tratamentului naşterii pre­mature este diagnosticul precoce, iar EMG poate fi o unealtă importantă pentru atingerea acestui scop. Pre­zen­tăm tehnicile disponibile şi aplicaţiile acestora.
 

Aplicaţiile electromiografiei în obstetrică

Uterul, cel mai important organ al gestaţiei, este implicat în toate etapele acesteia. Astfel, facilitează iniţial procesele de nidaţie, implantaţie şi placentaţie; pe tot parcursul sarcinii protejează oul şi permite creşterea până la termen; în mecanismul naşterii asigură forţa necesară dilatării şi expulziei fătului; în lehuzie asigură hemostaza eficientă. Creşterea fătului până la sfârşitul sarcinii şi începutul travaliului necesită o serie de transformări funcţionale din partea miometrului, cu menţinerea unui tonus uterin stabil, fără contracţii. Astfel, pe parcursul sarcinii, se reduce potenţialul membranar de repaus, ceea ce contribuie la scăderea excitabilităţii musculare. Începând cu a doua jumătate a sarcinii apar potenţiale de acţiune neregulate, cu amplitudine redusă. Pe măsură ce se apropie momentul naşterii, aceste potenţiale cresc treptat, facilitând contractilitatea musculară(1). Pentru aceasta, proprietăţile electrice ale celulelor miometriale se modifică, favorizând generarea şi propagarea potenţialelor de acţiune.
Parturiţia se realizează în două etape principale: prima, de lungă durată, de pregătire, şi a doua, scurtă (travaliul activ), de câteva ore. Acestea pot fi separate printr-o „fază intermediară”, care este important să fie recunoscută la timp în situaţia critică a naşterii premature, deoarece poate fi inactivată printr-un tratament eficient.
Declanşarea travaliului la termen implică o reducere a inhibitorilor miometriali în favoarea activării proceselor stimulatorii. Similar, naşterea prematură poate fi declanşată prin întreruperea mecanismelor responsabile de menţinerea „liniştii” uterine pe parcursul sarcinii sau printr-un scurtcircuit al cascadei normale din parturiţie. Adevărata încercare a clinicianului apare în situaţia diferenţierii contracţiilor uterine, ce vor conduce la modificarea colului şi în final la naştere, de activitatea uterină inofensivă, inconstantă, considerată fiziologică.
Metodele directe de evaluare a activităţii uterine sunt invazive, scumpe, neputând fi utilizate în mod curent în practică. Astfel, măsurarea presiunii intrauterine printr-un cateter plasat în interiorul cavităţii uterine (intrauterine pressure catheter, IUPC) a fost considerată mult timp metoda de referinţă (gold standard). Este o metodă invazivă, ce se poate aplica doar în situaţia membranelor rupte şi care poate, ea însăşi, să crească riscul naşterii premature prin potenţialul infecţios.
Figura 1. Înregistrări comparative ale activităţii uterine: EMG, electromiografie, IUP, presiune intrauterină şi TOCO, tocografie externă
Figura 1. Înregistrări comparative ale activităţii uterine: EMG, electromiografie, IUP, presiune intrauterină şi TOCO, tocografie externă

De-a lungul timpului, activitatea uterină a fost relatată de cele mai multe ori de către paciente, iar obstetricienii o evaluează predominant indirect prin examenul vaginal (scorul Bishop), evaluarea ecografică a colului şi fibronectina fetală. Aceste metode sunt cele mai utilizate, dar au câteva neajunsuri majore: sunt subiective şi inexacte, conducând adesea la erori de diagnostic şi tratament, cu consecinţe clinice importante(2).
Tocografia înregistrează activitatea mecanică uterină printr-un transductor amplasat pe abdomenul mamei. Acesta decelează frecvenţa şi durata contracţiilor indirect, prin deformarea peretelui abdominal consecutivă apariţiei contracţiei uterului. Comparativ cu măsurarea directă a presiunii intrauterine, s-a constatat că unele paciente resimt doar ~15% din contracţiile înregistrate prin tocografie, iar altele acuză contracţii ce nu sunt însă obiectivate pe monitorizare(3).
Magnetomiografia (MMG) înregistrează, de asemenea, indirect activitatea uterină prin magnetografie, metodă noninvazivă, bazată pe identificarea câmpului magnetic activat în cursul activităţii electrice uterine. Avantajul constă în faptul că înregistrarea este independentă de conductivitatea ţesuturilor(4).
Electromiografia (electromyography/electrohysteromyography, EMG/EHG) înregistrează activitatea electrică folosind electrozi implantaţi direct în miometru (internă) sau plasaţi la nivelul abdomenului matern (externă). Bineînţeles, de largă utilizare este cea din urmă metodă, fiind noninvazivă, fără riscuri materne şi/sau fetale, nedureroasă, deci uşor de acceptat (figura 1).
EMG măsoară variaţiile potenţialului membranar al celulelor miometriale, asigurând o evaluare cantitativă a activităţii uterine. Explorarea a fost menţionată pentru prima dată de Veit în 1912, dar a început să fie studiată abia în jurul anilor ’50(5). Pionierii tehnicii au experimentat-o la şobolani, iepuri şi oi, iar ca să fie mai aproape de modelul uman, la maimuţe(1,6). Ulterior a devenit un subiect de real interes pentru monitorizarea sarcinii şi a travaliului. În prezent s-a obţinut creşterea acurateţei semnalului prin îmbunătăţirea sistemelor de filtrare şi reducerea artefactelor(7).
Studiile au constatat că aspectul semnalului electric înregistrat cu electrozi de suprafaţă nu depinde de poziţia acestora faţă de uter(6,8). În schimb, amplitudinea semnalului depinde de distanţa dintre electrozi, tipul acestora, prezenţa interfeţei lichidiene între piele şi electrozi, grosimea şi impedanţa pielii, distanţa dintre electrozi şi uter. Obezitatea maternă poate afecta calitatea înregistrării prin îndepărtarea electrozilor de peretele uterin şi conductanţa scăzută prin ţesutul adipos(9). De asemenea, s-au constatat alterări ale semnalului, induse de poziţia placentei, respectiv de localizarea anterioară(10,11). Au fost dezvoltate multiple dispozitive pentru o cât mai bună captare şi prelucrare a semnalelor. Numărul şi modul de plasare a electrozilor, compoziţia acestora, eliminarea artefactelor, cuantificarea semnalelor pentru analiză şi interpretare au necesitat diverşi algoritmi matematici(7,8,11,12,13).
Figura 2. Monitorizare Holter, prin electromiografie, a frecvenţei cardiace fetale (FHR), frecvenţei cardiace materne (MHR) şi a activităţii uterine (UA). F/N reprezintă calitatea semnalului electromiografic. Activitatea maternă (MMov) este înregistrată de un accelerometru
Figura 2. Monitorizare Holter, prin electromiografie, a frecvenţei cardiace fetale (FHR), frecvenţei cardiace materne (MHR) şi a activităţii uterine (UA). F/N reprezintă calitatea semnalului electromiografic. Activitatea maternă (MMov) este înregistrată de un accelerometru

Activitatea uterină poate fi complet caracterizată înregistrând semnalul abdominal în frecvenţele 0-5 Hz(14). Sunt descrise două intervale de frecvenţă: frecvenţă joasă (Fast Wave Low, FWL), în relaţie cu propagarea activităţii electrice, şi cu frecvenţă înaltă (Fast Wave High, FWH), în relaţie directă cu excitabilitatea uterului(12,15). Semnalul în EMG uterin nu este staţionar(15).
În 2001, Verdenik a constatat că activitatea electrică uterină devine mai intensă şi mai sincronizată cu cât se apropie momentul naşterii(16). Ulterior, Maner şi col. au demonstrat că activitatea electrică crescută în trimestrul al treilea poate realiza o predicţie a naşterii cu 24 de ore înainte de naşterea la termen şi cu 4 zile înainte de naşterea prematură(17). De asemenea, Garfield şi col. au comparat activitatea electrică premergătoare travaliului (>24 h) şi cea din pretravaliu (<24 h). Exprimată prin densitatea puterii spectrale a vârfurilor de frecvenţă (power density spectrum of peak frequency), aceasta a fost semnificativ mai redusă antepartum faţă de pacientele care au născut la <24 de ore de la înregistrare(18).
Sarcina normală, cu travaliu declanşat spontan la termen, de cele mai multe ori nu necesită o intervenţie specială şi de aceea o monitorizare a contractilităţii şi a stării fetale poate fi suficientă. Când travaliul este indus, din cauza unei indicaţii materne sau fetale, atunci calitatea semnalelor înregistrate devine importantă(19).
Most O. a căutat să stabilească dacă electromiografia poate diferenţia falsul de adevăratul travaliu declanşat prematur(20). S-au studiat la gravidele cu vârsta gestaţională de 24-34 de săptămâni perioada dintre contracţii, amplitudinea contracţiei şi media pătratică a activităţii electrice (Root Mean Square, RMS), fiind elaborat un scor pentru predicţia naşterii premature în următoarele 14 zile. Scorul a fost comparat cu fibronectina fetală şi lungimea colului. În final, măsurarea activităţii electrice miometriale a permis identificarea pacientelor cu risc crescut de a intra prematur în travaliu, cu o valoare predictivă negativă de 79% şi, respectiv, pozitivă de 69%.
De asemenea, Euliano a folosit EMG într-un model spaţio-temporal al activităţii uterine în travaliul normal. El a studiat centrul activităţii uterine (Center of Uterine Activity, CUA) şi direcţia de propagare a undei de contracţie, respectiv, în sus, spre fundul uterului, sau inferior, spre istm. Concluzia a fost că propagarea spre fundul uterului se corelează mult mai bine cu progresul eficient şi normal al travaliului către o naştere naturală. Astfel, înregistrarea electromiografică, ce nu va corespunde hărţii distribuţiei şi direcţiei mişcării undei contractile normale în miometru, va putea să identifice distocia dinamică, cu posibilitatea aplicării conduitei terapeutice necesare; însă, în acest sens, mai sunt necesare studii(21).
Grgic şi colab. au înregistrat activitatea electrică miometrială la gravide cu col scurtat <25 mm, între 16 şi 23 de săptămâni, timp de 20 de minute, urmărind prezenţa sau absenţa potenţialelor de acţiune (PA). Rezultatele au arătat o bună corelaţie între activitatea uterină crescută (PA mai frecvente) şi scurtarea canalului cervical. Riscul de naştere prematură a fost caracterizat prin cel puţin 20 PA cu amplitudinea >500 mV în 20 de minute(10).
Euliano şi colab. au demonstrat superioritatea EHG în travaliu, atât din punct de vedere calitativ, cât şi a raportului cost-eficienţă, prin înregistrări concomitente tocografice şi a presiunii intrauterine(22).
Pentru a putea selecta sau discrimina contracţiile fiziologice de cele patologice, EHG a fost comparată cu celelalte metode de monitorizare a travaliului. Aceasta poate permite stabilirea unui tratament medicamentos corespunzător(4,7,22,23) sau contribuie la aprecierea calităţii contracţiilor uterine în travaliu, ca factor predictiv pentru naşterea vaginală versus cezariană(24).
Obezitatea maternă rămâne o provocare în obstetrică, întrucât oricând pot apărea complicaţii în travaliu şi de aceea necesită o foarte bună monitorizare(25). La aceste paciente, înregistrarea tocografică se face cu „dificultate”, înregistrarea IUPC are risc cumulat de infecţie intraamniotică, iar disfuncţiile contractile greu identificabile şi controlabile medicamentos prelungesc travaliul şi de cele mai multe ori conduc spre terminarea naşterii prin cezariană(9,26). Pentru aceste paciente, o soluţie o reprezintă Holterul Monica AN 24(27). Acest dispozitiv a fost creat din dorinţa de a monitoriza produsul de concepţie cât mai atent, în condiţiile unei sarcini patologice din punct de vedere matern sau fetal. Astfel, inginerii şi medicii de la Universitatea din Nottingham, Marea Britanie, au dezvoltat un monitor cardiac fetal, care este capabil să identifice frecvenţa cardiacă fetală, frecvenţa cardiacă maternă, mişcările fătului, mişcările materne şi activitatea electrică miometrială (figura 2). Este proiectat pentru o monitorizare noninvazivă şi de durată, permiţând urmărirea stării de sănătate a fătului în afara spitalului.
Pentru uşurinţa utilizării a fost redus la dimensiunile unui telefon mobil, se alimentează prin intermediul unei baterii reîncărcabile; preia semnalele de la nivelul abdomenului matern cu ajutorul a 5 electrozi, care se ataşează intim pe tegument, semnale pe care le transmite fie wireless, în timp real, fie le înmagazinează şi pot fi descărcate pe un computer, pentru a putea fi analizate (figura 3). 
Calitatea semnalelor nu este influenţată de BMI matern, poziţia şi mişcările fătului. Este bine tolerat, întrucât nu limitează activitatea curentă a gravidei, nu necesită curele pentru fixare (ca la TOCO) şi nu reţine pacienta la pat.
În concluzie, nu există o tehnologie general valabilă pentru o monitorizare obiectivă a contractilităţii uterine pe parcursul sarcinii. Marea majoritate a studiilor au fost efectuate în cursul travaliului, perioadă în care s-a constatat o calitate superioară a semnalului înregistrat prin EHG comparativ cu IUPC. Totuşi, EHG are tendinţa de a prezenta o activitate suplimentară, deoarece înregistrează potenţialul electric în miometru la momentul apariţiei, spre deosebire de IUPC, care înregistrează contracţia sincronizată în tot miometrul. Nu este posibilă comparaţia amplitudinii celor două semnale, întrucât se folosesc unităţi de măsură diferite (mmHg versus microvolţi) şi, de asemenea, durata contracţiei a fost greu de comparat deoarece IUPC înregistrează durata efectului fazei de depolarizare, iar EHG înregistrează întreaga perioadă dintre depolarizări.
Figura 3. Holter fetal Monica AN 25, cu dispunerea abdominală a electrozilor
Figura 3. Holter fetal Monica AN 25, cu dispunerea abdominală a electrozilor

În prezent, cea mai simplă şi accesibilă modalitate de identificare a contracţiilor uterine rămâne tocografia. Totuşi, singura informaţie exactă pe care o poate furniza este doar numărul contracţiilor, pentru restul parametrilor cantitativi (durata şi intensitatea) având o acurateţe slabă. 
EMG detectează un număr mai mare de contracţii, oferă informaţii despre amplitudinea şi durata acestora, însă are neajunsul că interpretarea acesteia este mai dificilă şi necesită un sistem computerizat. Potenţialul major al EHG rămâne evaluarea activităţii uterine pentru identificare statusului contractil al unei gravide cu risc crescut de naştere prematură.

Bibliografie

1. Buhimschi C, Boyle MB, Saade GR, Garfield RE. Uterine activity during pregnancy and labor assessed by simultaneous recordings from the myometrium and abdominal surface in the rat. Am J Obstet Gynecol 1998;178:811-22.
2. Lucovnik M, Chambliss RL, Garfield RE. Costs of unnecessary admissions and treatments for ‘threatened preterm labor’, Am J Obstet Gynecol, 2013;209(3):1–3.
3. Schlembach D, Maner WL, Garfield RE, Maul H.  Monitoring the progress of pregnancy and labor using electromyography. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol, 2009;144, Suppl 1:S33-9.
4. Nagarajan R, Eswaran H, Wilson JD, Murphy P, Lowery C, Preissl H. Analysis of uterine contractions: a dynamical approach. J Matern Fetal Neonatal Med, 2003;14:8-21.
5. Veit J. Das Electrometrogram J. Zentralbl. Gynaekol, 1912; 36:161. 
6. Mansour S, Devedeux D, Germain G, Marque C, Duchene J. Uterin EMG spectral analysis and relationship to mechanical activity in pregnant monkeys, Med Biol Eng Comput, 1996; 34:115-21. 
7. Ye-Lin Y, Garcia-Casado J, Prats-Boluda G, Perales A. Automatic identification of motion artifacts in EHG recording for robust analysis of uterine contractions, Comput Math Methods Med. 2014; 2014:470786.
8. Maner WL, Garfield RE, Maul H, Olson G, Saade G. Predicting preterm delivery with transabdominal uterine electromyography. Obstet Gynecol, 2003;101:1254-60.
9. Hilliard A, Chauhan S, Zhao Y, et al. Effect of obesity on lenght of labor in nulliparous women. Am J Peinatol, 2011;21:11.
10. Marque C, Duchene JM, Leclercq S, Panczer GS, Chaumont J. Uterine EHG processing for obstetrical monitoring. IEEE Trans Biomed Eng, 1986;33:1182-7.
11. Grgic O, Matijeviv R, Kuna K. Raised electrical uterine activity and shortened cervical length could predict preterm delivery in a low risk population. Arch Gynecol Obstet. 2012;285(1):31-5.
12. Devedeux D, Marque C, Mansour S, Germain G, Duchene J. Uterine electromyography: a critical review. Am J Obstet Gynecol, 1993;169:1636–53.
13. Matonia A, Jezewski J, Horoba H, Gacek A, Labaj P. The maternal ECG suppression algorithm for efficient extraction of the fetal ECG from abdominal signal. Iin Proceedings of the 28-th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS), 2006, vol.1–15:296–9.
14. Jezewski J, Horoba K, Matonia A, et al. Quantitative analysis of contraction patterns in electrical activity signal of pregnant uterus as an alternative to mechanical approach. Physiol Meas, 2005;26:753-67.
15. Terrien J, Marque C, Germain G, Ridge Application to the analysis of uterine electromyogram, IEEE Trans Biomed Eng, 2008;55:1496-503.
16. Verdenik I, Pajntar M, Leskosek B. Uterine electrical activity as predictor of preterm birth in women with preterm contractions. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol, 2001;95(2):149–53.
17. Maner WL, Garfield RE. Identification of human term and preterm labor using artificial neural networks on uterine electromyography data. Ann Biomed Eng, 2007;35:465-73.
18. Garfield R, Maner W, Maul H, Saade G. Use of uterine EMG and cervical LIF in monitoring pregnant patients. BJOG, 2005;112(Suppl 1):103-8.
19. Jezewski J, Horoba K, Matonia A, Wrobel J. Quantitative analysis of contraction patterns in electrical activity signal of pregnant uterus as an alternative to mechanical approach. Physiol Meas, 2005;26:753-67.
20. Most O, Langer O, KernerR, et al. Can myometrial electrical activity identify patients in preterm labor? Am J Obstet Gynecol, 2008;199:378.e1-6.
21. Euliano TY, Marossero D,  Nguyen MT, Euliano NR, Principe J, Edwards RK. Spatiotemporal electrohysterography patterns in normal and arrested labor. Am J Obstet Gynecol, 2009;200(1): 54–7.
22. Euliano TY, Nguyen MT, Darmanjan S, et al. Monitoring uterine activity during labour: a comparasion of 3 methods. Am J Obstet Gynecol, 2013,208:66,e1-6.
23. Rabotti C. Characterization of  Uterine Activity by Electrohysterography, Eindhoven University of Technology, The Netherlands, 2010.
24. Vasak B, Graatsma EM, Hekman-Drost E, et al. Uterine electromyography for identification of first stage labour arrest in term nulliparious women with spontaneous onset labour. Am J Obstet Gynecol, 2013;209:232, e 1-8.
25. Raatikainen K, Heiskanen N, Heinonen S. Transition from overweight to obesity worsens pregnancy outcome in a BMI-dependent manner. Obesity, 2006;14:165-71.
26. Reinhard J, Hayes-Gill B, Schiermeier S, et al. Uterine activity monitoring during labour - a multi-centre, blinded two-way trial of external tocodynamometry against electrohysterography. Z Geburtshilfe Neonatol,2011;215:199-204. Rev 1962;42:213-27.
27. Cohen. WR,  Hayes-Gill. B. Influence of maternal body mass index on accuracy and reliability of external fetal monitoring techniques. Acta Obstet Gynecol Scand, 2014;93(6):590-5.