飛松省三

九州大学医学研究院

脳研臨床神経生理

⑧意識障害と脳波

脳波のピットフォール

A: von Economo C. J Nerv Ment Dis. 1930;71:249-59.

B, C, D: Parvizi J, Damasio AR. Brain. 2003;126:1524-36.

網様体賦活系の概念の変遷 B

C D

A 嗜眠性脳炎

古典的な 中脳網様体

新しい網様体賦活系の概念図 網様体諸核脳幹長軸像

遷延性不眠 遷延性過眠

飛松省三、宮内 哲: 脳波. 網様体-古くて新しいシステム. Clinical Neuroscience, 35(6): 701-706, 2017.

グレード1 (正常もしくはほとんど正常): 背景活動はα波から構成される。散在性のθ波が混入する こともある。 グレード2 (軽度異常): 背景活動はθ波から構成され、それにα波やδ波が混じる。 グレード3 (中等度異常): 背景活動は持続性の多形性δ波から構成され、それより速い周波数成分はほとんどみられない。脳波は変動性を示し、疼痛刺激に対して反応性がある。 グレード4 (重度異常): 比較的低振幅(100 µV以下)のδ波が主体で、あらゆる刺激に反応しない。群発・抑制交代パターンを呈することもある。 グレード5 (最高度異常): ほぼ平坦か電気的無活動記録。

Markand ON. Electroencephalography in diffuse encephalopathies. J Clin Neurophysiol, 1: 357-407, 1984.

脳波による意識障害の重症度評価

軽度脳症

軽い脳挫傷で入院し、全快して退院 (21歳男性)。9 Hzのα波が後頭部優位だが、前頭部にまで波及 (diffuseα)。θ波も散見される。外的刺激により、背景活動は抑制された。

Synek VM: Prognostically important EEG coma patterns in diffuse anoxic and traumatic encephalopathies in adults. J Clin Neurophysiol, 5: 161-174, 1988.

１秒 50μV

Fp1-F3

F3-C3

C3-P3

P3-O1

Fp2-F4

F4-C4

C4-P4

P4-O2

中等度脳症

変動脳波パターンで、高振幅δ活動と低振幅不規則θ、α活動が交互に出現する。

Markand ON. Electroencephalography in diffuse encephalopathies. J Clin Neurophysiol, 1: 357-407, 1984.

中等度脳症

心停止による低酸素脳症の症例 (55歳男性)。4〜5 Hzのθが全般性に出現し、αとδが少量混じる。このパターンは刺激により減衰。昏迷状態だが、刺激で覚醒する状態。翌日、全快して退院。

Synek VM: Prognostically important EEG coma patterns in diffuse anoxic and traumatic encephalopathies in adults. J Clin Neurophysiol, 5: 161-174, 1988.

Fp1-F3

F3-C3

C3-P3

P3-O1

Fp2-F4

F4-C4

C4-P4

P4-O2

１秒 50μV

奇異性覚醒反応

55例の脳波において、聴覚ないし触覚刺激あるいは両方を与えると、遷延するδ活動を認めた。このまれなパターンはウトウト状態から深昏睡状態で見られ、覚醒した患者では認められなかった。種々の病態で見られたが、頭部外傷が多かった。この脳波現象は5週以内に消失し、半数の患者は予後良好であった。

Schwartz MS, Scott DF. Pathological stimulus-related slow wave arousal

response in the EEG. Acta Neurol Scand, 57:300-304, 1978.

Fp1-F3

F3-C3

C3-P3

P3-O1

Fp2-F4

F4-C4

C4-P4

P4-O2

交通事故による重度脳挫傷の症例(18歳男性)。 びまん性δ波が主体で、低振幅のθ、β波も少量混じる。あらゆる刺激に反応しない。数時間後に死亡。

重度脳症の脳波

Synek VM: Prognostically important EEG coma patterns in diffuse anoxic and traumatic encephalopathies in adults. J Clin Neurophysiol, 5: 161-174, 1988.

１秒 50μV

α昏睡

Westmoreland BF, Klass DW, Sharbrough FW, Reagan TJ. Alpha-coma.

Electroencephalographic, clinical, pathologic, and etiologic correlations. Arch

Neurol, 32:713-718, 1975.

“α昏睡”とは、臨床的昏睡状態とα活動優位の正常覚醒脳波に似ている脳波パターンとの共存状態を指す。13例の臨床像、脳波と病理所見を再検討した。病態像から患者は2群に分けられた: 8例は脳幹卒中で、他は心肺停止によるびまん性低酸素脳症であった。前者の脳波では、α活動は後方よりで波形が変動し、反応性も変化した(左)。また、この脳波所見は持続した。後者の脳波では、α活動は一過性であり、反応性に乏しかった(右)。両群とも生命予後は不良であった。

β昏睡

Carroll WM, Mastaglia FL. Alpha and beta coma in drug intoxication

uncomplicated by cerebral hypoxia. Electroenceph clin

Neurophysiol,46:95-105, 1979.

低酸素状態のない薬物中毒による4例の昏睡ないし昏迷患者を報告した。3例はアルコール離脱症状の治療のため、クロメチアゾールを投与され、1例は自殺目的でニトラゼパムの大量服薬をした。3例は“α昏睡”の基準を満たし、クロメチアゾールの1例は“β昏睡”(低周波数β)を呈し、刺激に無反応であった。全例、生命予後は良好で、後遺症もなかった。薬物中毒による“α昏睡”、“β昏睡”は予後良好であると言える。

θ昏睡

予後不良の2例の昏睡患者において、5 Hzの無反応性のθ活動が優位であった。1例目は、重症脳挫傷によるテントヘルニアで、このパターンは電気的脳無活動となり、死亡した。2例目は急性呼吸不全による無酸素状態のエピソードがあり、2日後に死亡した。2回の脳波とも律動性の5〜6 Hzの活動が前方優位で認められた。無反応性のθ活動は、悪性の“α昏睡”の亜型と考えられた。

Synek VM, Synek BJ. Theta pattern coma, a variant of alpha pattern

coma. Clin Electroencephalogr, 15:116-121, 1984.

紡錘波昏睡

Hansotia P, Gottschalk G, Green P, Zais D. Spindle coma: Incidence,

clinicopathologic correlates, and prognostic value. Neurology,31:83-87, 1981.

370例の昏睡患者を臨床的、脳波学的に検討した。5.7%に、“紡錘波昏睡”を認めた。“紡錘波昏睡”は、頭部外傷、非外傷性頭蓋内出血、無酸素脳症、他の原因で起こった。意識レベル、瞳孔反応、眼球運動、呼吸パターン、筋トーヌスは、この脳波パターンの出現や予後と関係がなかった。剖検時、視床中心正中核、吻側脳幹に病変をしばしば認めたが、特徴的な病変部位はなかった。また、昏睡時の睡眠紡錘波は、予後とは無関係であった。

α、β、θ、紡錘波昏睡の病因と予後

Sutter R & Kaplan PW. Electroencephalographic patterns in coma:

When things slow down. Epileotologia, 29:201-9, 2012.

群発･抑制 (Burst Suppression)

Kuroiwa Y, Celesia GG. Clinical significance of periodic EEG

patterns. Arch Neurol, 37:15–20, 1980.

ヒトで初めてburst-suppressionが記録されたのは、前頭葉白質切截術時での硬膜外記録による脳波である (Henry CE, Scoville WB. Suppression-burst activity from isolated cerebral cortex in man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol, 4:1–22, 1952)。急性に皮質と視床の連絡が切断されるとBSが出現する。

大脳電気的無活動 Electrocerebral inactivity

Kimura J, Gerber HW, McCromick F. Significance in establishing

death in patients maintained on mechanical respirators. Arch Intern

Med, 121:511-517, 1968.

ECIを初めて記録したのは、Jouvetで (Diagnostic electro-sous-cortico-graphique de la mort du systeme nerveaux central au cours de certains comas.Electroenceph Clin Neurophysiol, 11: 805-808, 1959)、ECIの4例(頭部外傷)を報告している。

Sutter R, Kaplan PW: Electroencephalographic patterns in coma:

When things slow down. Epileptologie, 29:201-209, 2012..

特徴的な昏睡脳波パターンの病因と予後

Periodic lateralized epileptiform discharges (PLEDs)

33例でPLEDsが記録された。鋭波が周期的に1秒間隔で出現し、その間は無活動であった。29例にてんかん発作があり、7例は持続部分てんかん、18例は焦点性運動発作、4例は精神発作、4例は臨床的にてんかんの徴候はなかった。病因は、13例が脳梗塞、7例が最近の梗塞ないし焦点性てんかん、3例が焦点性てんかん、8例が転移性脳腫瘍もしくは神経膠芽腫、肺炎球菌性髄膜炎が1例、ワクチン接種後脳脊髄炎が1例であった。24例には尿毒症、電解質異常、酸塩基平衡異常、肝障害(18例)があった。多くの症例は経過は良好で、数日から数週で軽快した

Chatrian GE, Shaw C-M, Leefman H. The significance of periodic lateralized

epileptiform discharges in EEG: An electrographic, clinical and pathological

study. Electroenceph clin Neurophysiol, 17:177–193, 1964.

PLEDsとヘルペス脳炎

Upton A, Gumpert J. Electroencephalography in diagnosis of

herpes-simplex encephalitis. Lancet,1:650-652, 1970.

ヘルペス脳炎における脳波所見をレビューした。2病日から15病日の間に周期性パターンを呈した6例を検討した。広汎性の背景活動の徐波化に対して、急速に周期性パターンが出現し、臨床症状の改善なしに消退した。この所見は、ヘルペス脳炎の診断になると示唆された。

Bilateral periodic lateralized epileptiform discharges (BIPLEDs)

de la Paz D, Brenner RP. Bilateral independent periodic lateralized

epileptiform discharges. Clinical significance. Arch Neurol, 38: 713–715, 1981.

Bilateral independent periodic lateralized epileptiform discharges (BIPLEDs)を認めた18例をレビューし、また、PLEDsを呈した45例と比較した。PLEDsの主因は最近の脳卒中(33%)であったが、BIPLEDsは無酸素脳症(28%)と中枢神経感染症(28%)であった。局在性の神経脱落症状、焦点性てんかんとCT局所病変がPLEDsではしばしば見られたが、BIPLEDsでは昏睡状態(72% vs 24%)であった。死亡率もBIPLEDsが高かかった。

Periodic synchronous discharge

Jones DP, Nevin S. Rapidly progressive cerebral degeneration with mental disorder, focal disturbances and myoclonic epilepsy. J Neurol Neurosurg Psychiatry 17:148–59, 1954.

ミオクローヌスてんかんと進行する意識障害を主徴とする2例(60代)において、臨床的、脳波学的、病理学的検討を行った。脳波は、両側半球に反復性の鋭波が出現し、病理所見との対応を考察した。2例とも発症後、15週以内に死亡した。大脳皮質の海綿状変性と、皮質ニューロンの消失、グリアの増成、大脳基底核の急性軟化を認めた。

SSPEの脳波

5例の亜急性進行性脳炎(SSPE)の脳波を報告した。全例ともこの病態の診断に特異的な所見を示した。この致死的疾患の脳波の特徴は、正常律動活動が進行性に消失し、高振幅徐波が出現し、次第に周期性となり8秒くらいの間隔となる。不随意運動が起こるときは、この徐波活動のエピソードを伴う。

Cobb W, Hill D: Electroencephalogram in subacute progressive

encephalitis. Brain, 73:392-404, 1950.

周期性脳波パターンの特徴と病因

Brenner RB, Schaul N. Periodic EEG paterns: classification, clinical

correlation, and pathoshyiology. J Clin Neurophysiol, 7:249-267, 1990.

三相波

Bickford RG, Butt HR. Hepatic coma: The electroencephalographic

pattern. J Clin Invest, 34:790-799, 1955.

種々の病期の肝性脳症12例において、昏睡が悪化するにつれ、θ波主体の背景活動→三相波(両側同期性で陽性波が主)→びまん性不規則δ活動となった。一方、肝硬変と診断されたが精神機能の変化はない8例は、脳波所見は異常なかった。θ活動期では中等度の昏迷状態だったが、三相波期やδ期では、半昏睡ないし昏睡状態であった。三相波は伝導障害によるものかもしれない。また、肝性脳症の診断やその程度に脳波は役立つと考えられた。

三相波の特徴

Bickford RG, Butt HR. Hepatic coma: The electroencephalographic

pattern. J Clin Invest, 34:790-799, 1955.

BickfordとButtは、三相波の脳波学的特徴を検討し、前頭部の波形が後頭部の波形より速い (時間差)ことを見つけた(A〜I)。三相波は、前頭部優位にみられ、前後方向の縦の双極導出で記録された三相波は、前方の波形が後方の波形より早く出現し、あたかも波形が前後方向に伝播するように見える。後頭部の波形は、前頭部のそれに比べて25〜140 ms遅くなっている。これは、前頭部から後頭部への進行波(travelling wave)と考えたシュミレーション(J)の結果と一致した。そのため、同期に必要な視床皮質回路の伝導障害ではないかと彼らは考えた。この時間差は重要で、もし全般性てんかん放電なら、時間差がなく同期して記録される。三相波をてんかん放電と間違う事もあるので、波形の同期性や陽性が高いかどうか注意しなければならない。

1.意識障害の重症度評価をしよう

2.外的刺激に対する反応性を必ずチェックしよう

3.昏睡時の特徴的な脳波パターンに習熟しよう

Take Home Message