Электрическая активность тканей и органов

В живых системах подавляющее большинство процессов определяется электрическими явлениями. Ткани организма состоят из клеток, функционирование которых сопровождается генерацией и проведением биопотенциалов. Это явление лежит в основе большинства процессов жизнедеятельности, а именно возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы и т.д. В медико-биологической, психофизиологической диагностике исследуются электрические поля, созданные органами и тканями.

Электрография – метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела. Электро-

грамма – временнáя зависимость изменения регистрируемой разности потенциалов на поверхности тела ∆φ (t).

С помощью электрографии можно исследовать работу различных тканей и органов. На рис. 3.5 приведены соответствующие названия электрограмм, указывающей на тот или иной орган.

Рис. 3.5. Виды электрограмм

Электрокардиограмма. В. Эйнтховен предложил теорию электрокардиографии. В ее основе лежит представление о том, что сердце представляет собой токовый диполь, который характеризуется электрическим токовым дипольным моментом D. В процессе сокращения электрическая активность сердца меняется с течением времени. Это происходит в результате распространения волн возбуждения по различным участкам сердца. Распространение возбуждения по различным тканям сердца осуществляется путем передачи потенциала действия от клетки к клетке. Электрическое поле, создаваемое сердцем, регистрируют с помощью электродов, прикладываемых непосредственно к телу (рис. 3.6, а). При этом между различными точками тела создается разность потенциалов, меняющаяся в соответствии с колебаниями величины и направления этого электрического поля. Метод регистрации электрической активности сердца называется электрокардиографией. Согласно теории Эйнтховена, электрическое поле сердца представляется в виде интегрального электрического вектора сердца E, который является векторной суммой токовых дипольных моментов разных частей сердца. Он меняется по величине и направлению в соответствии с фазами возбуждения отделов сердца. Начало вектора E неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец

описывает сложную пространственную кривую. Измеряются разности потенциалов с течением времени в различных отведениях, и таким образом получаются электрокардиограммы с различных точек съема. По характерному виду электрокардиограмм врач судит о состоянии сердца.

На рис. 3.6, б приведен характерный вид электрокардиограммы в норме.

а

б

Рис. 3.6. Структура эквипотенциальных поверхностей электрического поля, создаваемого сердцем (а); электрокардиограмма (б)

Электрическая активность мозга. Измерения и анализ временных зависимостей разностей потенциалов электрических полей, генерируемых мозгом, используются для диагностики различных патологий нервной системы, психических расстройств, нарушений сна и т.д.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – график изменения во времени разности потенциалов, генерируемых мозгом между различными участками (точками съема) поверхности головы. Пример регистрации и вид ЭЭГ представлен на рис. 3.7.

ЭЭГ отражает интегральную активность огромного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн воз-

буждения в нейронных сетях. Для анализа сложной зависимости разности потенциалов от времени используют теорему Фурье. Сложное колебание раскладывают на сумму простых гармонических колебаний, и далее анализируют либо интенсивность той или иной частоты в различных областях головного мозга, либо на каком-то участке коры получают спектр частот.

Рис. 3.7. Регистрация ЭЭГ с восьми электродов

У взрослого бодрствующего человека доминирует альфаритм (8–13 Гц ); также наблюдаются бета(14–35 Гц), гамма(35–70 Гц) и дельта(0.5–3 Гц) ритмы. При переходе от бодрствования ко сну альфаи бета-ритмы замещаются более медленными дельтаи тета-ритмами (4–7 Гц). Широко применяется анализ активности головного мозга с помощью метода картирования. Если следят за каким-то определенным ритмом, то исследуют интенсивность или спектральную мощность именно этой частоты, а затем с помощью компьютерной обработки вся поверхность головы окрашивается различными цветами от красного (максимальная интенсивность) до синего (минимальная). Этот метод помогает наглядно представить результаты исследования (рис. 3.8).