Характеризуя электрофизические свойства тканей организма, необходимо учитывать следующие факторы. Биоткани являются композиционными средами со сложной геометрией (как в смысле строения, так и электрофизических свойств). Хорошо проводящие среды организма – биожидкости, плохо проводящие — мембраны в невозбужденном состоянии, границы раздела разных по строению и свойствам тканей (компактная костная ткань и др.). Время от времени, появляются гипотезы о достаточно экзотичных свойствах биологических тканей (полупроводниковых и других). Однако при детальном рассмотрении оказывается, что подобные эффекты возникают в тех случаях, когда физические свойства биоткани меняются под действием ЭМП, либо речь идёт о внешнем сходстве наблюдаемых эффектов с эффектами хорошо изученных в электрофизике. Биологическая целесообразность подобных эффектов является предметом пристального изучения и обычно требует специального обоснования. Например, до тех пор, пока аксон не возбужден, он вместе с миелиновой оболочкой и мембраной является диэлектрическим включением, а когда возбужден, то участок возбуждения является хорошим проводником.
Классификация тканей по электропроводимости.
Электропроводность биологических тканей определяется наличием в жидкой фазе ионов и, в меньшей степени, заряженных молекул. Основной вклад в электропроводность биотканей вносят такие среды, как кровь, лимфа, межклеточная и внутриклеточная жидкости. Проводимость для этих сред организма находится в диапазоне g = 1/r = 0,1 –2,0 [См/м]; [См/м]=[1/Oм×м]. Электропроводность целых органов на 2-5 порядков ниже, чем проводимости биологических жидкостей, что определяется разделением органов на отсеки (компартменты) различного рода мембранами с относительно высоким сопротивлением. Компартменты на микроуровне представлены тканями сухожилия, кожи, сосудистой стенки, фасциями и другими границами раздела биотканей. Известно, что измерить реальную толщину биологической мембраны l достаточно трудно, поэтому, характеризуя сопротивление электрическому току применяют, так называемое, удельное поверхностное сопротивление. Последнее определяют как произведение удельного сопротивления собственно мембраны на ее толщину: rм уд = r×l [Ом×м2]. Для rм уд диапазон значений располагается в пределах от 0,5 до 102 кОм Чсм2. Важным свойством биологических тканей является дисперсия электропроводности. Дисперсия особо выражена в НЧ диапазоне. На средних частотах дисперсия выражена меньше, на высоких частотах опять проявляется отчетливо (например, при изменении частоты от 25 МГц до 9 ГГц удельное сопротивление скелетной мышцы снижается в 10 раз). Следует отметить, что дисперсия проводимости проявляется во всех композиционных средах, а не только биологических. Дисперсия отчётливо наблюдается в таком диапазоне частот ЭМП, который соответствует характеристическим частотам fx релаксации заряженных частиц, входящих в состав среды. Поскольку однородные среды образованы частицами с близкими значениями fx, то дисперсия в них выражена слабо. В неоднородных, в том числе и в биологических, средах наличие емкостных эффектов, сильно зависящих от частоты, приводит к существенной зависимости проводимости от частоты внешнего поля f. Необходимо также помнить, что в случае высокочастотных полей проводимость часто измеряют по величине общего тока и общему напряжению (т.е. току проводимости и току смещения), поэтому в проводимости обычно присутствует емкостная компонента, сильно зависящая от частоты.
Электропроводимость биологических тканей и жидкостей при
постоянном токе.
Биологические ткани и органы являются довольно разнородными образованиями с различными электрическими сопротивлениями, которые могут изменяться при действии электрического тока. Это обусловливает трудности измерения электрического сопротивления живых биологических систем.Электропроводимость отдельных участков организма, находящихся между электродами, наложенными непосредственно на поверхность тела, существенно зависит от сопротивления кожи и подкожных слоев. Внутри организма ток распространяется в основном по кровеносным и лимфатическим сосудам, мышцам, оболочкам нервных стволов. Сопротивление кожи в свою очередь определяется ее состоянием: толщиной, возрастом, влажностью и т. п.Электропроводимость тканей и органов зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как диагностический показатель.Так, например, при воспалении, когда клетки набухают, уменьшается сечение межклеточных соединений и увеличивается электрическое сопротивление; физиологические явления, вызывающие потливость, сопровождаются возрастанием электропроводимости кожи и т.д.
Мультипольный эквивалентный генератор сердца. Потенциал мультиполя.
Физико-математическая модель, описывающая потенциал внешнего электрического поля сердца мультиполь-ным разложением,в котором каждый член соответствует потенциалу точечного мультиполя, называется мультипольным эквивалентным электрическим генератором сердца. На практике оказывается достаточным принимать в расчет только дипольный и квадрупольный члены.
Модель, в которой электрическая активность миокарда заменяется действием одного эквивалентного точечного диполя и потенциалы внешнего поля, называют дипольным эквивалентным электрическим генератором сердца.
Поэтому, в соответствии с принципом эквивалентного генератора, сердце заменяют эквивалентным генератором тока, электрическое поле которого близко по свойствам электрическому полю, созданному сердцем. Токовый генератор с электродвижущей силой е имеет такое большое внутреннее сопротивление г >К, что созданный им ток I = е/ (г -Ь К) не зависит от сопротивления нагрузки I = е/ г.
Для адекватного описания сложных электрических процессов в целых органах (сердце, мозге, крупных мышцах) применяют эквивалентные генераторы более сложной структуры, чем один токовый диполь. Их можно подразделить на две категории — дискретные и непрерывно распределенные. Дискретные эквивалентные генераторы обычно представляют собой совокупность точечных диполей, расположенных в определенных точках изучаемого органа таким образом, чгобы каждый диполь характеризовал электрическую активность соответствующего участка. К да скретным эквивалентным генераторам можно отнести также мультипольный генератор, который, однако, отличается тем, что его параметры (особенно компоненты высших порядков) не имеют прямой связи с конкретной структурой биоэлектрического процесса. Непрерывно распределенные эквивалентные генераторы — это сторонние токи, распределенные по объему, поверхности или линии. Формулировка таких эквивалентных генераторов направлена на возможно более точное описание реального биоэлектрического процесса с учетом его распределенной в пространстве структуры. Если рассматриваются поверхностные или линейные генераторы, то в зависимости от ориентации вектора стороннего тока по отношению, к поверхности или линии, на которой он распределен, получаются распределенные генераторы с разными свойствами (токовый двойной слой, поверхностный ток, нитевидный генератор и др.). Довольно подробные сведения о дискретных и непрерывно распределенных эквивалентных генераторах, используемых при исследовании сердца и мозга. Различные варианты генераторов распределенного типа, предназначенных главным образом для анализа биомагнитного поля. Заметим, что непрерьшно распределенный генератор описывается не обязательно детерминированными характеристиками. Это может быть непрерывное распределение дипольных источников со случайными дипольными моментами, описываемое статистическими характеристиками.
Квадрупольный, октупольный и другие члены рассматриваемого мультипольного разложения потенциала можно получить в виде потенциала внешнего электрического поля более сложных, чем диполь, электрических генераторов точечных квадруполя, октуполя и т. д.
Это называется мультипольным разложением потенциала Ф члены, содержащие компоненты дипольного момента, образуют дипольный потенциал, члены, содержащие вторые производные, — квадрупольный потенциал
При записи потенциала,как и при записи других потенциалов межмолекулярного взаимодействия, не учитывается член обменной энергии второго порядка, а для энергии дисперсионного взаимодействия используется мультипольное разложение. Оба эти приближения при расстояниях, близких к равновесному, могут быть грубыми. Поэтому потенциал в действительности представляет собой только удобную математическую модель, имеющую некоторое теоретическое обоснование. Погрешности, сделанные при выборе модели потенциала межмолекулярного взаимодействия, поглощаются числовыми значениями подбираемых констант
Электрический диполь. Поле диполя, потенциал в поле диполя.
Электрическим диполем называется система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на расстоянии друг от друга. Расстояние должно быть значительно меньше, чем расстояние от диполя до точек наблюдения. Величина называется электрическим, или дипольным, моментом. Электрический момент – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. Диполь является источником электрического поля. Схематическое изображение диполя. Электрический диполь, помещенный в проводящую среду, будет разряжаться, вызывая в ней электрический ток. Для поддержания зарядов диполя постоянными необходимо наличие внешнего источника тока. Диполь в таком случае называется токовым. Свойства и закономерности изменения поля токового и электрического диполя аналогичны.
В электрическом отношении сердце представляет собой токовый диполь. В соответствии с теорией Эйнтховена сердце расположено в центре (условно) равностороннего треугольника, вершины которого находятся в правой руке, левой руке и левой ноге.Так как величина и направление электрического момента сердца изменяются со временем, то при снятии электрокардиограммы будут получаться зависимости напряжений между вершинами треугольника Эйнтховена от времени.
Потенциал поля, создаваемого диполем, определяется выражением
Найдем более подробный вид этого выражения, исходя из того, что диполь состоит из двух точечных зарядов. В среде с диэлектрической проницаемостью Е потенциал электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r определяется по формуле:
( 3)
В некоторой точке А, удаленной от зарядов соответственно на расстоянии r и r1 ( рис.3) потенциалы зарядов будут складываться. Применяя к каждому заряду формулу (3) с учетом знаков зарядов и приводя слагаемые к общему знаменателю, получим потенциал диполя в целом.
(4)
Учитывая, что L<<r и L<<r1 можем приближенно считать, что r=r1, r*r1=r2 и r-r1=L*Cos α. Подставим эти результаты в формулу (4) и с учетом формулы (2) получим:
( 5)
Таким образом, потенциал поля диполя в некоторой точке А прямо пропорционален моменту диполя Р и зависит от угла α между вектором Р и направлением от диполя на точку А. Кроме того потенциал зависит от расстояния ( ) и свойств среды ε.
Эквивалентный электрический генератор органов и тканей.
При переходе от клеточного уровня на органный следующий уровень организации живых систем возникает задача описания распределения электрических потенциалов па поверхности этого органа в результате последовательного возбуждения отдельные его клеток. В процессе жизнедеятельности состояние органа, а следовательно, и его электрическая активность меняются с течением времени. Это вызванно прежде всего распостранением волн возбуждения по нервным и мышечным волокнам. В исследовательских целях можно измерять разность потенциалов непосредственно на поверхности или на внутренних структурах изучаемого органа (сердца, мозга и др,)-Однако з клинической практике такое прямое измерение разности потенциалов па органе трудно осеушествимо. Но даже в случаях, когда удается измерить разности потенциалов непосредственно на внутренних органах, то их картирование и описание изменений во времени представляет собой трудноразрешимую задачу.Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используется принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, представляется моделью единого эквивалентно го генератора. Считается, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела электрическое иоле, которое изменяется в соответствии с изменением электрической активности изучаемого органа.
Термин “эквивалентный” означает, что распределение потенциалов на поверхности тела и их изменение во времени, порождаемое органом, должны быть близки таковым, порождаемым гипотетическим генератором. Так, например, в теории Эйнтховена сердце, клетки которого возбуждаются в сложной последовательности, представляется токовым диполем (эквивалентный генератор). Причем считается, что изменение потенциалов электрического поля на поверхности грудной клетки, вызываемое изменением электрического момента диполя, такое же, как и от работающего сердца.
Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов называемся электрограммой.
Название электрограммы указывает на органы (или ткани). Функционирование которых приводит к появлению регистрируемых изменений разности потенциалов: сердца – ЭКГ (электрокардиограмма), сетчатки глаза – ЭРГ (электроретикограмма), головного мозга – ЭЭГ (электроэнцефалограмма), мышц -ЭМГ (электромиограмма), кожи КГР (кожногальваническая реакция) и др.
В электрографии существуют две фундаментальные задачи: 1) прямая задача – расчет распределония электрического потенциала на заданной поверхности тела по заданным характеристикам эквивалентного генератора; 2)обратная задача – определение характеристик эквивалентного генератора (изучаемого органа) по измеренным потенциалам на поверхности тела.Обратная задача – Это задача клинической диагностики: измеряя и регистрируя, например, ЭКГ (или ЭЭГ), определять функциональное состояние сердца (или мозга).
В медицине электрографический метод зарекомендовал себя как важный диагностический метод. Так, ни одно кардиологическое исследование не проводится теперь без тщательного анализа электрической активности сердца больного. Ценные диагностические данные дают исследования электрической активности мозга и мышц и др. Большим достоинством электрографического метода при использовании в клинике является его безболезненность. Широкому применению электрографического метода содействовало использование в технике электрографии последних достижений электроники. Современные электрографические установки, обеспечивающие многоканальную регистрацию биоэлектрических процессов и автоматический анализ электрограмм, представляют собой весьма совершенные, но довольно сложные устройства. Какими же знаниями электрографической техники должны обладать электрофизиолог и врач, использующие электрографическую аппаратуру в своей повседневной работе? Следует ли им знать эту аппаратуру так же хорошо, как и инженерам и техникам, занимающимся ее разработкой и эксплуатацией, или можно целиком положиться на инженеров и техников и вовсе не знать характеристик и возможностей аппаратуры? Нетрудно показать, что первое невозможно, а второе недопустимо. В самом деле, если бы электрофизиолог и врач, пользующиеся электрографическим методом, попытались глубоко изучить электрографическую технику , то у них не хватило бы времени на свою основную работу. Незнание же ими основных данных электрографической установки и ее характеристик не позволяет сознательно и полностью ее использовать. Электрофизиолог и врач должны четко представлять себе принцип действия электрографической установки , детально знать ее характеристики, уметь устранять простейшие неисправности. Кроме того, им необходимо уметь отличать исследуемую биоэлектрическую активность от артефактов, находить на электрограмме результаты воздействия помех, знать и уметь применять способы, устраняющие артефакты и помехи электрографии. Они должны также быть знакомы с новыми направлениями в применении электрографической техники, с перспективами ее развития.
Электрофизиологические методы позволяют изучать физиологические процессы, происходящие в органах и тканях в норме и патологии, путем исследования протекающих в них биоэлектрических процессов и путем их стимуляции электрическим током. Электрографический метод является одним из наиболее эффективных способов исследования физиологических процессов. Известно, что функция органа проявляется, во-первых, специфическим рабочим эффектом (сокращение , секреция и т. п.) и, во-вторых, рядом общих для тканей неспецифических физико-химических изменений (интенсивность обменных процессов, теплообразование, биоэлектрическая активность и др.). Таким образом, в ряде случаев состояние и рабочие возможности органа можно оценивать как по специфическому, рабочему эффекту, так и по сопровождающей его биоэлектрической активности.
Для того чтобы зарегистрировать эти процессы неискаженно, необходимо, чтобы электрографическая установка обеспечивала запись совершенно определенной полосы частот. Именно в этом смысле говорят, что , например, суммарная биоэлектрическая активность мышцы занимает диапазон частот от 1 до 1000 Гц. Если учесть, что некоторые биоэлектрические процессы изменяются весьма медленно (кожные потенциалы), а для неискаженного воспроизведения других (электрическая активность одиночного мышечного волокна) требуется регистрация колебаний в десятки тысяч герц, то можно считать, что биоэлектрические процессы человека занимают диапазон от постоянных напряжений и инфранизких до низких частот включительно. При регистрации биоэлектрических процессов человека, внутренним сопротивлением эквивалентного электрического генератора, например, мышцы, является междуэлектродное сопротивление, включающее в себя сопротивление кожи, ряда других тканей и сопротивление органа, электрическая активность которого регистрируется. Оно зависит от ряда факторов (сила и форма тока, площадь электродов, качество обработки кожи,температура воздуха и др.) и достигает большой величины. На требования к электрографическим установкам, естественно, влияют характеристики органов и тканей как электрических генераторов. Так, низкая амплитуда биоэлектрических процессов органов и тканей человека ведет к тому, что электрографические установки должны обладать весьма высокой чувствительностью, а их усилители – высоким коэффициентом усиления. Эти установки должны также обеспечивать неискаженную регистрацию постоянных и медленно меняющихся разностей потенциалов, инфранизких и низкочастотных колебаний потенциалов. И, наконец, для того чтобы электрограмма, записанная с помощью электродов, наложенных на кожу человека, была тождественна электрической активности исследуемого органа, входное сопротивление установки должно быть во много раз больше, чем междуэлектродное сопротивление. Электрически активный орган окружен тканями, являющимися объемным проводником. Разность потенциалов, продуцируемая органом, вызывает в окружающих его тканях биотоки, и, следовательно, в последних создаются разности потенциалов, повторяющие все изменения ЭДС электрически активного органа. Для того чтобы составить себе представление , какие разности потенциалов и потенциалы продуцируют электрически активный орган в окружающих его тканях , необходимо рассмотреть упрощенную модель. Электроды А и Б – два противоположных по знаку , но равных по величине электрических заряда – образуют так называемый диполь. Так как необходимо бывает учесть как величину разности потенциалов между полюсами диполя (в нашем случае между электродами А и Б) , так и положение диполя в пространстве , то символически диполь характеризуется вектором – стрелкой , направленной от отрицательного полюса (электрода) к положительному , величина которой пропорциональна разности потенциалов между полюсами диполя. Если полюса диполя неподвижны , а разность потенциалов между ними неизменна, то величина и направление вектора мало что дают для характеристики диполя.
Дипольный эквивалентный генератор сердца. Физические основы
электрокардиографии.
Электрически сердце человека проявляет себя как огромное количество одиночных волокон, расположенных в основном параллельно одно другому. Каждое возбужденное волокно представляет собой элементарный диполь, имеющий элементарную ЭДС. В сердце одновременно существует огромное количество диполей, которые перемещаются в различных направлениях. Векторы элементарных диполей в определенный момент времени могут иметь различные направления и модули.
Сумма всех векторов в каждый момент сердечного цикла представляет собой суммарный диполь и может рассматриваться как суммарный электрический вектор сердца (ЭВС).
На основании такого рассмотрения потенциал точки на поверхности организма можно представить, как сумму потенциалов, создаваемых каждым диполем
Сумму дипольных моментов всех элементарных диполей заменим одним диполем, у которого
Этот диполь называют эквивалентным диполем сердца. Тогда потенциал электрического поля сердца можно представить в виде дипольного потенциала одного эквивалентного диполя
Модель источника ЭДС, в которой электрическая активность миокарда заменяется действием одного эквивалентного диполя называется дипольным эквивалентным электрическим генератором сердца.Суммарный вектор обуславливает регистрацию электрокардиограммы в различных электрокардиографических отведениях.
Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).
Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография (ЭМГ) – метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) – метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.
В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердца, головного мозга), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются.
В клиническом отношении это существенно упрощает саму процедуру регистрации, делая ее безопасной и несложной. Физический подход к электрографии заключается в создании (выборе) модели электрического генератора, которая соответствует картине «снимательных» потенциалов.
Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый электрический генератор в виде реального устройства и как совокупность электрических источников в проводнике, имеющем форму человеческого тела. На поверхности проводника при функционировании эквивалентного электрического генератора будет электрическое напряжение, которое в процессе сердечной деятельности возникает на 34б поверхности тела человека. Моделировать электрическую деятельность сердца вполне допустимо, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтхове-на. Согласно ей сердце есть таковой диполь с диполь-ным моментом, который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла. В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближенно расположены в правой и левой руке и левой ноге.
По терминологии физиологов, разность биопотенциалов, регистрируемую между двумя точками тела, называют отведением. Различают I отведение (правая рука – левая рука), II отведение (правая рука – левая нога) и III отведение (левая рука – левая нога).По В. Эйнтховену, сердце расположено в центре треугольника. Так как электрический момент диполя – сердца – изменяется со временем, то в отведениях будут получены временные напряжения, которые и называют электрокардиограммами. Электрокардиограмма не дает представления о пространственной ориентации. Однако для диагностических целей такая информация важна. В связи с этим применяют метод пространственного исследования электрического поля сердца, называемый вектор-кардиографией. Вектор-кардиограмма – геометрическое место точек, соответствующих концу вектора, положение которого изменяется за время сердечного цикла.
Теория Эйнтховена. Отведения. Виды отведений.
Треугольник Эйнтховена.
На рисунке показана электрическая связь между конечностями пациента и электрокардиографом, необходимая для регистрации так называемых стандартных двуполюсных отведений от конечностей. Термин «двуполюсное отведение» означает, что электрокардиограмма регистрируется с помощью двух электродов, расположенных по обе стороны от сердца, например на конечностях. Следовательно, отведением не может быть один-единственный электрод и провод, соединяющий его с электрокардиографом. Отведением является сочетание двух электродов, провода от которых идут к прибору. В этом случае образуется полный замкнутый контур, включающий тело пациента и электрокардиограф. На рисунке в каждом отведении представлен простой электроизмерительный прибор, хотя на самом деле электрокардиограф является высокочувствительным аппаратом, снабженным лентопротяжным механизмом. Стандартное отведение I. Для регистрации стандартного отведения I отрицательный вход электрокардиографа соединен с правой рукой, а положительный вход — с левой рукой. Таким образом, когда точка прикрепления правой руки к грудной клетке становится электроотрицательной по сравнению с точкой прикрепления левой руки, электрокардиограф регистрирует отклонение в положительную сторону, т.е. выше нулевой (изоэлектрической) линии. И наоборот, когда точка прикрепления правой руки к грудной клетке становится электроположительной по сравнению с точкой прикрепления левой руки, электрокардиограф регистрирует отклонение в отрицательную сторону, т.е. ниже нулевой линии. Стандартное отведение II. Для регистрации стандартного отведения II отрицательный вход электрокардиографа соединен с правой рукой, а положительный вход— с левой ногой. Следовательно, когда правая рука оказывается электроотрицательной по сравнению с левой ногой, электрокардиограф регистрирует положительное отклонение от нулевой линии. Стандартное отведение III. Для регистрации стандартного отведения III отрицательный вход электрокардиографа соединен с левой рукой, а положительный вход — левой ногой. Следовательно, электрокардиограф регистрирует положительное отклонение, если левая рука оказывается электроотрицательной по сравнению с левой ногой. Треугольник Эйнтховена. На рисунке вокруг местоположения сердца изображен треугольник, который называют треугольником Эйнтховена. Эта схема показывает, что обе руки и левая нога образуют вершины треугольника, окружающего сердце. Две вершины в верхней части треугольника представляют собой точки, откуда электрические токи по электропроводящим средам организма распространяются к верхним конечностям. Нижняя вершина — это точка, откуда идет распространение токов к левой ноге. Закон Эйнтховена. Закон Эйнтховена гласит: если в данный момент известна величина электрических потенциалов в двух стандартных отведениях из трех, то величину потенциалов третьего отведения можно определить математически, путем простого сложения первых двух (При сложении необходимо учитывать знаки «плюс» и «минус».) Например, предположим, что в данный момент потенциал правой руки -0,2 мВ (отрицательный), потенциал левой руки +0,3 мВ (положительный), а потенциал левой ноги +1,0 мВ (положительный). Учитывая показания измерительных приборов, можно видеть, что в отведении I в данный момент регистрируется положительный потенциал +0,5 мВ, т.к. это и есть разница между -0,2 мВ правой руки и +0,3 мВ левой руки. В отведении III регистрируется положительный потенциал +0,7 мВ, а во отведении II — положительный потенциал +1,2 мВ, т.к. это и есть моментная разность потенциалов между соответствующими парами конечностей. Обратите внимание, что сумма потенциалов отведений I и III равна величине потенциала, зарегистрированного в отведении II (т.е. 0,5 плюс 0,7 равно 1,2). Этот математический принцип, названный законом Эйнтховена, справедлив в любой данный момент регистрации трех стандартных двуполюсных отведений электрокардиограммы.
Электрокардиография. Векторэлектрокардиография.
Электрокардиография — метод электрофизиологического исследования деятельности сердца в норме и патологии, основанный на регистрации и анализе электрической активности миокарда, распространяющейся по сердцу в течение сердечного цикла. Регистрация производится с помощью специальных приборов — электрокардиографов. Записываемая кривая — электрокардиограмма (ЭКГ) — отражает динамику в течение сердечного цикла разности потенциалов в двух точках электрического поля сердца, соответствующих местам наложения на теле обследуемого двух электродов, один из которых является положительным полюсом, другой — отрицательным (соединены соответственно с полюсами + и — электрокардиографа). Определенное взаимное расположение этих электродов называют электрокардиографическим отведением, а условную прямую линию между ними — осью данного отведения. На обычной ЭКГ величина электродвижущей силы (ЭДС) сердца и ее направление, меняющиеся в течение сердечного цикла, отражаются в виде динамики проекции вектора ЭДС на ось отведения, т.е. на линию, а не на плоскость, как это происходит при записи векторкардиограммы, отражающей пространственную динамику направления ЭДС сердца в проекции на плоскость. Поэтому ЭКГ, в противопоставление векторкардиограмме, иногда называют скалярной. Чтобы с ее помощью получить пространственное представление об изменениях электрических процессов в сердце, необходимо ЭКГ снимать при различном положении электродов, т.е. в разных отведениях, оси которых не являются параллельными.
Электрический вектор сердца за один сердечный цикл описывает сложную пространственную кривую. Метод электрокардиографии состоит в регистрации электрического вектора сердца на протяжении кардиоцикла. Траектория перемещения конца электрического вектора сердца в трехмерном пространстве в течение кардиоцикла называется векторэлектрокардиограммой. Векторкардиограмма может быть представлена набором кривых, описываемых концом проекции вектора дипольного момента эквивалентного диполя на какую-либо плоскость в течении кардиоцикла. Если сделать запись ЭКГ в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (например, саггитальной и фронтальной) то они будут отличаться по форме и направлению, т.к. являются разными проекциями одного процесса. При их сложении (это делает прибор вектор-электрокардиограф) образуется сложная фигура по типу фигуры Лиссажу, которая может отражать функциональное состояние сердца, его проводящих и возбудимых тканей. Измеряя потенциалы f0 на поверхности тела и определяя соответствующим образом rи a,легко определить электрический вектор сердца D0, хотя действительные значения этого вектора остаются неизвестными. По данным таких измерений максимальное значение модуля вектора сердца составляет около 2·10-5 А ·м. В векторной электрокардиографии регистрируют два вида кривых, характеризующих вектор дипольного момента эквивалентного диполя сердца: 1) пространственная векторная электрокардиограмма (ВЭКГ), представляющая собой траекторию конца вектора D0 в трехмерном пространстве в течение кардиоцикла; 2) плоские векторные электрокардиограммы (петли) – кривые, описываемые в течение кардиоцикла концом проекции вектора дипольного момента эквивалентного диполя на какую – либо плоскость. На практике обычно имеют дело с плоскими ВЭКГ. Для исследования ВЭКГ разработано несколько систем отведений, отличающихся по числу и расположению отводящих электродов на поверхности тела, выбору плоскостей для получения плоских ВЭКГ. Плоские ВЭКГ чаще всего анализируют в декартовой системе координат с началом, расположенным в геометрическом центре желудочков сердца или в центре среднего горизонтального (трасверсального) сечения грудной клетки. Направление осей относительно тела испытуемого: х – справа налево; у – сверху вниз; z – спереди назад. Плоские ВЭКГ получают в проекциях на горизонтальную, фронтальную и сагиттальные плоскости. При многих болезнях сердца форма плоских ВЭКГ резко изменяется, поэтому это используется в диагностических целях.
Введение
Электрические потенциалы, возникновение которых связано с распространением возбуждения по сердцу, можно зарегистрировать при помощи электродов, наложенных на поверхность тела. Электроды представляют собой изогнутые металлические пластины, либо плотно присасывающиеся к участкам кожи (предварительно покрытые электродной пастой), либо свободно фиксированные с помощью повязок или лейкопластыря. Поскольку потенциалы сердечной мышцы, регистрируемые с поверхности кожи, редко превышают 2 мв, для их регистрации необходимы весьма чувствительные приборы. Так как ЭКГ является записью электрических потенциалов сердца на движущейся (с постоянной скоростью) бумаге, по пей можно судить о частоте и последовательности возбуждения различных отделов сердца. Таким образом, можно точно подсчитать частоту сердечных сокращений и выявить нарушения ритма и проведения возбуждения в сердце.
Хотя для полного электрокардиографического диагноза обычно нужен значительный опыт, много полезной информации можно получить из электрокардиографии при небольшом опыте работы. В частности, распознавание определенных форм аритмий у тяжелобольного необходимо для спасения его жизни, и решение вопроса нельзя откладывать до прихода специалиста по расшифровке ЭКГ. Лечащему врачу к тому же помогает клиническая информация о больном, без которой нельзя поставить диагноз болезни сердца, несмотря на электрокардиографические данные. ЭКГ не дает возможности поставить какой-то единственно возможный диагноз, поскольку потенциалы на поверхности тела могут исходить из различных внутренних электрических источников (суперпозиционный принцип).
Заключение
Рассмотренные методы исследования электрограмм позволяют диагностировать работу органов или тканей не инвазивным способом. При этом отличаются простотой снятия данных, и за короткий период времени осуществляется относительно точная диагностика, что значительно облегчает врачу постановку заключительного диагноза. Наиболее широкое применение в медицине получили следующие электрограммы:
– электрокардиограмма (исследование сердца);
– электроэнцефалограмма (исследования головного мозга);
– электромиограмма (исследование мышц);
Электрокардиограмма (ЭКГ) является важнейшим и часто незаменимым методом диагностики. Она позволяет быстро и безболезненно оценить работу сердца. Но в данном случае, быстрота является недостатком т.к., во время обследования не всегда можно зафиксировать некоторые сердечные нарушения. Во избежание этого используют расширенные возможности ЭКГ (функциональные пробы, мониторирование ЭКГ по Холтеру). Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) позволяет не только проводить диагностику головного мозга, но и помогает оценить эффективность проводимого лечения. ЭЭГ фактически реагирует на любые внешние воздействия, лежащие выше порога ощущения, поэтому для правильности получения результатов это учитывают и проводят стандартные для ЭЭГ функциональные нагрузки.
Электромиограмма (ЭМГ) несколько необычный метод, т.к., включает в себя большое количество методик. Из-за этого нередко бывает использованным некорректно. Однако при правильном использовании способен определить заболевание на ранней стадии. На сегодняшний день разработаны и совершенствуются электромиографы, которые в значительной мере облегчают проведение исследование и уменьшают рутинную работу подсчетов врачам.
