Додаткові теоретичні відомості

Органи, тканини, окремі клітини та їхні частини володі- ють електричною активністю, тобто процес їхнього фун кціо- нування супроводжується появою в навколишньому с ере- довищі змінного електричного поля, характеристики якого (різницю потенціалів, величину електричного струму тощо) можна зареєструвати. Отриману інформацію використовують з діагностичною метою та з метою вивчення природи елек- тричних явищ у біологічних тканинах. Реєстрація різниці по- тенціалів між точками середовища, яке оточує електрично ак- тивні тканини, називається електрографією, а результат цієї реєстрації –електрограмою (ЕГ).

5.4.1. Природа електрокардіограми (ЕКГ)

І концепція – серце як електричний диполь (теорія Ейнт- ховена). Основні положення теорії Ейнтховена.

1. Серце являє собою диполь. Збуджена ділянка міокарда заряджена негативно по відношенню до незбудженої ділянки (мал. 5.11). Такий розподіл заряду еквівалентний дипольній системі зарядів, яку можна характеризувати інтегральним електричним вектором серця Р = ql.

Мал. 5.11. Серце як електричний диполь.

д е Р а b = Р co sα ; Р a с = Р co sβ ; Р bс = Р co s γ.

Мал. 5.12.

Кожна з цих проекцій відповідає одному з стандартних відведень,

прийнятих в електрокардіографії (в цьому випадку це – І, ІІ, ІІІ стан- дартні відведення, для яких положення точки “а” відповідає положенню електрода на правій руці, “b” – на лівій, “с ” – на лівій нозі). Викор и- стання інших електродів (нейтрального – на правій нозі і грудного, який накладається у відповідній точці грудної клітини) дозволяє вико- ристовувати також інші типи стандартних відведень, їх є в кардіології понад два десятки.

Основним недоліком цієї концепції є твердження, що тканини, які оточують серце, – діелектрики, тобто обчислення потенціалу будь-якої точки середовища за вищевказаною формулою є неко- ректним.

ІІ концепція – серце як сукупність струмових електричних ге- нераторів, які знаходяться в електропровідному середовищі.

4 . П о т е н ц іа л е л е к т р и ч н о г о п о л я , с т в о р е н о г о с т р у м о в и м д и - п о л е м . В и к о р и с то в у ю ч и п р и н ц и п с у п е р п о зи ц ії, зн а й д е м о п о - т е н ц іа л т о ч к и я к с у м у п о те н ц іа л ів д в о х у н іп о л ів (д ж е р е л а т а в ід т о к у ):

Я к щ о L < < r , т о д і о с т а н н ю ф о р м у л у , я к а в и з н а ч а є в е л и ч и н у д и п о л ь н о го п о т е н ц іа л у , зр у ч н о п р е д с т а в и т и ч е р е з в е л и ч и н у д и -

5 . З б у д ж е н и й м іо к а р д р о з г л я д а є т ь с я я к с у к у п н іс ть с т р у -

м о в и х д и п о л ів D i, к о ж е н з я к и х п р и зв о д и т ь д о в и н и к н е н н я д и -

п о л ь н о г о п о т е н ц іа л у a в д е я к ій т о ч ц і a .

6 . П о т е н ц іа л е л е к т р и ч н о г о п о л я с е р ц я с к л а д а є т ь с я з п о т е н - ц іа л ів , с т в о р е н и х о к р е м и м и е л е м е н т а р н и м и д и п о л я м и . П р и й - м а ю ч и о б м е ж е н н я : п р о в ід н е с е р е д о в и щ е є о д н о р ід н и м ( =

д е n – за г а л ь н а к іл ь к іс т ь д и п о л ів , r – в ід с т а н ь в ід ц е н т р у с т р у - м о в о г о д и п о л я д о т о ч к и в ід в е д е н н я , – п и т о м и й о п ір с е -

с е р ц я , в ін ін т е г р а л ь н о в ід о б р а ж а є р о зп о в с ю д ж е н н я с т р у м ів зб у д ж е н н я у л о к а л ь н ій д іл я н ц і м іо к а р д а . Т о д і п о т е н ц іа л е л е к -

5.4.2. Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Вивчіть технічний опис і інструкцію з експ- луатації електрокардіографа та підготуйте його до роботи.

Короткий технічний опис і інструкція по експлуатації електрокардіографа

1.Застосування : електрокардіограф ЕКСПЧ-4 (однок а- нальний, мережовий, портативний, з чорнильним та тепловим записом) використовується для запису електрокардіограми при дослідженні функцій серця.

2.Технічні дані:

-відведення, які реєструє прилад без перестановки елект- родів: I, II, III, aVR, aVL, aVF, CR, CL, CF;

-швидкість руху стрічки – 50 мм/с,

-товщина запису: нульової лінії – не більше 1.5 мм, фрон- ту калібрувального імпульсу – не більше 0.5 мм,

-максимальна чутливість приладу – 15–20 мм/мВ,

-частотна характеристика приладу рівномірна від 0.22 до 80 Гц з відхиленням на граничних частотах не більше 10%,

-ефективна ширина запису не більше 30 мм.

Будова електрокардіографа ЕКСПЧ-4.

На мал. 5.16 показано розміщення основних органів керу- вання кардіографом:

1 – перемикач відведень, за допомогою якого під’єднують одне з вказаних відведень до підсилюючого каналу і реєстра- тора;

2 – гніздечко кабелю “земля”;

3 – клема “земля”;

4 – чорнильниця; 5 – кнопка калібровки 1 мВ, при натискуванні на неї пода-

ється імпульс в 1 мВ;

6 – ручка підсилення, обертанням якої можна плавно змі- нювати амплітуду сигналу, що записується;

Мал. 5.16.

7 – ступінчастий перемикач підсилення (1:1, 1:2);

8 – ручка зміщення пера, обертанням якої забезпечується переміщення пера відносно діаграмної стрічки;

9 – кнопка заспокоєння, яку використовують для контро- лю відхилень пера та для швидкого повернення його в нульове положення;

10 – перемикач стрічкопротяжного механізму, що має три положення:

“З” – заправка стрічки, в цьому положенні права частина столика опускається, і при знятій кришці стрічку заправляють, “К” – контроль, стрічкопротягуючий механізм увімкнено, при притисненій кнопці “заспокоєння” можна контролю вати

положення пера, “Р” – робочий режим;

11 – тумблер “мережа”,

12 – гніздо для підключення кабелю мережі.

Спрощена схема електрокардіографа наведена на мал.

5.17. Він містить вхідний блок (1 – перемикач відведень), підсилюючий блок – 2 і реєструючий пристрій – 3, а також різноманітні ручки та кнопки керування (для калібрування приладу “а”, зміщення пера “b”, підсилення “с”, переключення режимів роботи “d”, увімкнення стрічкопротяжного механізму тощо), котрі забезпечують надходження і контроль сигналу при записі ЕКГ.

Реєстрацій- ний прилад

Мал. 5.17.

УВАГА!

При від’єднанні кабелю відведень від приладу або об- риві провідника і порушенні контакту з електродом ште- кера сигнал, який реєструється, значно перевищує до- пустимий рівень вхідного сигналу, що призводить до надмірних коливань пера, розбризкування чорнила і, як наслідок, до пошкоджень гальванометра. У цьому ви- падку необхідно швидко перемикач відведень встанови- ти в положення “0”.

Завдання 2. Підготовка приладу до роботи.

1. Поставити перемикачі управління в положення:

-перемикач відведень – “0”,

-перемикач підсилення – “1:1”,

-ручку підсилення в – “0”,

-зміщення пера – в середнє положення,

-важіль стрічкопротяжного механізму в положення “3”.

3. Увімкнути прилад у мережу. Для цього:

-перевірте заземлення приладу;

-увімкніть тумблер “мережа” (повинна загорітися індика- торна лампочка);

-після 5–10 хв прогрівання встановіть перо в середнє по- ложення.

Завдання 3. Калібровка кардіографа.

Для калібровки необхідно встановити стандартну чутли- вість приладу 10 мм/мВ. З цією метою:

-встановіть важіль стрічкопротяжного механізму в п оло- ження “К”;

-поверніть ручку підсилення за годинниковою стрілкою на 4–6 поділок, і при натисненій кнопці “У” короткочасно на- тискуйте і відпускайте кнопку “1 мВ”. Проконтролюйте відхилення пера – воно повинно бути порядку 10 мм. У проти- лежному випадку – змініть підсилення, домагаючись від- хилення 10 мм;

-увімкніть стрічкопротяжний механізм, встановивши ва- жіль у положення “Р” і, короткочасно натискуючи і відпуска- ючи кнопку “1 мВ”, отримайте прямокутні імпульси ка- лібрувального сигналу 10 мм. (Якщо папір не рухається, ле- генько притисніть пальцем притискний валик).

Завдання 4. Запис електричних сигналів на електрокардіо- графі.

1. Приєднайте штекер кабелю відведень спочатку до соле- ноїда, а потім до мультивібратора, який імітує роботу серця відповідно до мал. 5.7 (чорний штекер кабеля відведень ПН – “права нога” слід приєднати до клеми, що відповідає середній точці соленоїда, всі інші штекери – довільним чином).

2.Проконтролюйте надходження сигналів на вхід кар -

діографа: для цього поставте важіль у положення “К” – кон- троль, переведіть перемикач відведень у позицію “I” і н а- тисніть кнопку заспокоєння “У”. При існуванні сигналу перо буде відхилятися. Аналогічну процедуру виконайте і для інших відведень. Якщо сигнал відсутній або відбувається за- надто велике відхилення пера і розбризкування чорнила, пере- ведіть перемикач відведень у позицію “0” і виявіть причину. Поставте перемикач відведень у позицію “0”.

3.Запис сигналу проводиться таким чином:

-ручкою “зміщення пера” встановіть його посередині діа- грамної стрічки;

-важіль стрічкопротяжного механізму поставте у пол о- ження “Р”;

-натисніть кнопку “заспокоєння ” і перемикач відведень поставте у позицію “І”. Зробіть запис кардіограми у першому відведенні. (Якщо стрічка не рухається, то легенько натисніть пальцем на притискний валик). Аналогічні операції викону- ються і при записі інших відведень.

Загальне правило: зміна позиції перемикача відведень у режимі “Р – робота” проводиться при натисненій кнопці “У – заспокоєння”.

При закінченні запису електрокардіограми встановіть пе- ремикач відведень у положення “0”, зніміть електроди, вим- кніть прилад з мережі.

Оформлення роботи. У звіті повинно бути:

-спрощена схема електрокардіографа та його технічні ха- рактеристики;

-фрагменти запису калібрувального сигналу, ЕРС сол е- ноїда та сигналів імітатора ЕКГ з розрахунками амплітуди (в мВ) і частоти коливань (в Гц) та ударах за хвилину (амплітуда визначається за калібровкою, частота – за періодом коливань, який знаходиться як частка від ділення відстані між зубцями на швидкість руху стрічки).

Контрольні питання та задачі

1.Вкажіть, які припущення теорії Ейнтховена роблять її непереконли- вою.

2.У чому полягає істотна відмінність між двома розглянутими кон- цепціями генезису ЕКГ?

3.Що таке електричний вектор серця, в яких одиницях він вимірю- ється, яка його фізіологічна природа?

4.Що таке еквівалентний струмовий диполь серця? Яка його фізіоло- гічна природа?

5.З яких основних блоків складається кардіограф?

6.Яким чином пов’язані між собою вимірювання мембранних потен- ціалів кардіоміоцитів і електрокардіограма?

7.Що таке стандартна чутливість кардіографа і яким чином вона встановлюється?

8.Знайдіть величину потенціалу точки електричного поля диполя (q = 2 10–6 Кл; l = 2 мм), яка знаходиться від центра диполя на відстані

1 м. Кут між електричним вектором диполя і радіус-век тором дорівнює 60о. Навколишнє середовище – дистильована вода.

9.Визначити величину потенціалу електричного поля струмового

м, кут між r та L дорівнює 60о. Середовище – електроліт з питомим опором = 10 Ом м.