Теориядан қысқаша мағлұмат

1. Кіріспе

Организм ұлпасының және мүшелерінің, жасушаның (клетка) жұмыс істеу принципі, олардағы электрлік зарядтардың-табиғатына сәйкес әр түрлі иондардың таралу өзгерісіне байланысты. Жүйке жүйесінде және бұлшық ет жасушаларында жоғарыда айтылған таралу өзгерісі едәуір ашық көрінеді. Дегенмен бұндай өзгерістің қызметі жасушаларды қоршаған ұлпа орталарында электрлік токтардың өзгерісін тудырады. Бұндай өзгерістерді дененің бетіне орналастырылған электрлік электродтардың көмегімен тіркеуге немесе жазып алуға болады мысалы, жүректің бұлшық ет тарауларында бұндай өзгерістер белгілі бір тәртіппен барлық уақытта жүріп отырады.

Егер ауыратын болса (мысалы, жүрекке қан жетіспегендіктен жансызданатын болса) жүректің бұлшық ет тарауларындағы қозудың таралу сипаты өзгереді, және де дене бетінде тіркелетін потенциалдар айырымының да сипатын өзгертеді, яғни сырқаттың қандай аурумен ауру екенін білу үшін, әр түрлі электрлік арнаулы аппаратпен жазып алып қолдануға мүмкіндігін беретін электрография жұмысы осыған негізделген.

Аурудың белгілерін және оны емдеудің әдісін білу үшін, сәйкес органдардағы нақты процестердің электрограмма тіркейтін ерекшеліктерін білу қажет екендігі түсінікті.

2. Органдардағы және жасушалардағы электрлік құбылыстар

Жартылай өткізетін жасуша мембраналарындағы жүректің процестерінің салдарынан тірі ұлпаларда бипотенциалдардың айырымы байқалады. Жасушалық мембраналардың ішкі жағындағы органикалық емес иондар концентрациясының айырмашылығы биопотенциалдың пайда болуын көрсетеді. Жасушалық мембраналардың ішкі бетінде қозу процесі жүрмеген кезде, сыртқы ортамен салыстырғанда потенциал тұрақты теріс мәнге ие болады. Бұл потенциал «тыныштық потенциалы» деп аталады, ал жүйке жасушаларында потенциалдың мәні 60-80 мВ-қа, көлденең бұлшық ет талшықтарында 80-90 мВ-қа, жүректің бұлшық ет талшықтарында 90-95 мВ-қа жетеді.

Ұлпаларды (ткани) қоздырған кезде мембраналарда аз уақытқа созылатын потенциалдар өзгерісі жүреді, яғни «потенциалдың әсері» пайда болады.

Потенциалдардың әсері, жасушаларда жүректің қозу процесімен тығыз байланысты. Бұл жағдайда мембрананың әр түрлі жақтарындағы иондардың таралуы, өзгереді де, әрі ғарай иондардың концентрациясы бірте-бірте тұрақталады. «Потенциал әсеріне» сәйкес келетін шыңның ұзақтығы бірнеше миллисекундға тең болады. (жүйке клеткаларында 1-2 мс, сүлде бұлшық ет клеткаларында 3-5 мс) және амплитудасы шамамен 120 мВ-ға тең.

1-сурет. Жүректің бұлшық еті элементіндегі потенциал әсері.

3. Органдардағы және ұлпалардағы эквивалентті электрлік генератор туралы түсінік

Әрбір жасуша мембраналарда потенциалдар айырымын өндіре отырып, өзінің айналасында электр өрісін туғызады. Ұлпалар бөлігінің немесе органдардың жасушалардың айналасындағы электр өрісі, осы ұлпаларды немесе органдарды құрайтын жасушалардың өрісінің қосындысы болады. Сондықтан барлық адам денесінің бойында потенциалдардың таралуы пайда болады. Органдардың электрлік активтігін организмнің өзінде емес, олардың (теориялық немесе физикалық) моделдерінде оқып зерттеген ыңғайлы. Бұндай модель сол органның эквиваленттік электрлік генераторы деп аталады.

Электрлік эквиваленттік генераторлеу шама басқада модель сияқты, негізгісіне қарағанда жеңілдеу болады, сонымен қатар модельдеуге арналған обьектілерге қарағанда, құрлысындағы негізгі ерекшеліктерді көрсетуі қажет. Сонымен электрлік эквиваленттік генераторды жасаған кезде төмендегі принциптер сақталуы керек:

Орган және оның моделі анатомды-физиологиялық жағынан бір-біріне сәйкес келуі керек.

Эквиваленттік генератордың электрлік өрісінің потенциалы организмнің әр түрлі нүктелерінде тіркелген потенциалға сәйкес келуі керек.

Эквиваленттік генераторды сипаттайтын параметрлерді түрлендіру кезінде, организмнің функциональды ығысуына сәйкес келетін нақты ұлпаларды қоршаған электр өрісі де өзгеруге тиісті.

4. Әлсіз өрістердің күшін өлшейтін эквиалентті генератор.

Жүректі қоршаған ортада белгілі бір ретпен таралып орналасқан электрлік зарядтардың (иондардың) жиынтығы ретінде жүректі электрлік тұрғыдан қарастыруға болады. Жекеленген иондардың, зарядтардың электр өрістері бір-біріне қабаттаса отырып, жүректі қоршаған кеңістіктің кез-келген нүктесінде, сол зарядтар, иондар жасаған потенциалдар өрісінің қосындысына тең, қорытқы потенциал өрісін құрайды (өрістің суперпозиция принципі).

Бұндай потенциалдар өрісінің қосындысын практика жүзінде есептеу мүмкін емес, себебі жүректі қоршаған ортадағы зарядтардың нақты таралуы (уақытқа байланысты оның өзгерісі) белгісіз. Бірақ, электродинамика бөлімінен білеміз, егер кез-келген кеңістіктік ортада зарядтар таралып орналасса, онда кеңістіктің белгілі бір нүктесіндегі осы зарядтардың потенциалдарының өрісін, шексіз қосындылардың қосындысы ретінде төмендегідей етіп көрсетуге болады.

(1)

мұнда r-потенциалы Ф-ға тең нүктеден жүйеге дейінгі қашықтық, - зарядтың түріне, ортаның қасиетіне байланысты кез - келген функция.

(1)-формуладағы 1-ші қосынды моноөрісіне (бір өріске), 2-ші (ди) қос өрісіке, 3 - ші квадруөрісіне келетін потенциалға сәйкес.

Әлсіз өрістерде к - әртүрлі реттік санға ие болады (к=1,2,3…). Әлсіз өрістерде зарядтар саны -мен анықталады. Әлсіз өрістен белгілі бір шама қашықтықтағы (r>>L, мұнда L-әлсіз өрістің өлшемі) өрістің потенциалы ғатынасына пропорционал келеді.

Нолінші дәрежедегі бір өріс немесе әлсіз өріс - бұл жай нүктелік заряд ( ). Ф= - (формуладағы бірінші қосынды) – өрістің r - қашықтықтағы потенциалы.

Диполь - бірінші дәрежедегі мультиполь ( ). Бір-бірінен L қашықтықта орналасқан, таңбалары жағынан қарама - қарсы, шамасы жағынан бір – біріне тең екі нүктелік зарядтан тұратын жүйе электрлік диполь деп аталады. (L - диполь иіні). Электрлік дипольді сипаттайтын негізгі физикалық шама электрлік дипольдік момент (Р).

Дипольдік момент зарядпен (q) диполь иінінің көбейтіндісіне тең.

(2)

Дипольдік момент - векторлық шама, ол теріс зарядтан оң зарядқа қарай бағытталады. Дипольдан r-қашықтықта орналасқан нүктедегі өріс потенциалы Ф= -қа тең ((1)-формуладағы екінші қосынды).

Квадруполь - екінші ретті мультиполь ( ). Оны 4 зарядтан құралған жүйе етіп көрсетуге болады. r қашықтықтағы квадруполь тудыратын өріс потенциалы Ф= (1 - формуладағы үшінші қосылғыш).

Октуполь - үшінші ретті мультиполь ( ). Ол 8 зарядтан тұрады, ал оның өрісінің потенциалы Ф= өрнегімен анықталады. (1 - формуладағы төртінші қосылғыш).

2 - сурет. Әр түрлі реттегі мультипольдер түрлері.

(1) теңдеу жүректің сыртқы электр өрісінің потенциалын сипаттайтын физикалық - математикалық моделі, жүректің мультипольдік эквиваленттік электр генераторы деп аталады. Өріс потенциалын анықтағымыз келетін дәлдік дәрежесіне байланысты (1) теңдеуде әр түрлі қосылғыштар саны болатын мультипольдік эквиваленттік генераторларының әр түрі қолданылады. (1) теңдеудің қандай қосылғыштары ең маңызды екенін анықтайық. Барлық иондар ағзада нейтраль молекулалар диссоциацияланған кезде пайда болады. Сондықтан миокардадағы теріс және оң иондар саны бірдей болады, ал олардың жалпы заряды нольге тең болады. Бұл дегеніміз (1) теңдеудегі бірінші қосылғыш нольге тең, өйткені ол жүйенің барлық зарядына тәуелді болады.

Жоғары ретті мультипольдар едәуір алыс нүктелердегі потенциалдарға аз әсер етеді, себебі олардың үлесі нүктеге дейінгі қашықтықтың жоғарғы потенциалына кері пропорционал ( ). Демек, жүректің өріс потенциалы негізінен оның дипольдік моментімен аныіталады. Сондықтан ең қарапайым моделде дипольдық құраушыларды зерттеумен шектелуге болады. Миокарданың электрлік активтілігі бір эквивалентті нүктелік диполь әсерінен айырбасталатын модель жүректің дипольдыі эквиваленті деп аталады. Бұл түсінік Эйнтховен теориясы негізінде жатыр және әрі қарай біз оны дәлірек қарастыратын боламыз.

Айта кетелік, биопотенциалдар тіркелетін дене бетіндегі нүктелерге дейінгі қашықтық дегенменде жүректің өз өлшемімен салыстырғанда өте үлкен болады. Сондықтан, мейілінше дәл жүрек қызметін модельдеу үшін эквивалентті генераторлар қолданылады. Ол квадрупольды мүшені ескереді немесе оны әр түрлі бөліктерде шоғырланған бірнеше дипольдардың жиынтығы ретінде қарастыруға болады – көп дипольды эквивалентті генераторлар. Мысалы, Миллер және Гезелоувитца, Баума және Дубровина т.басқалар модельдері [5].