Физические основы электрографии Биопотенциалы

Биопотенциалами называются электрические потенциалы, которые возникают в клетках тканях и органах живого организма. Биопотенциалы имеют ионную природу и возникают вследствие разницы концентраций положительных и отрицательных ионов во внутренней среде и снаружи клетки, которая активно поддерживается в процессе жизнедеятельности клетки.

Биопотенциалы разделяются на потенциалы покоя и потенциалы действия. Потенциалы покоя имеют характер более или менее постоянной разности потенциалов, устанавливающейся между внутренней средой и внешней поверхностью клетки в состоянии физиологического покоя клетки.

Потенциалы действия образуются в связи с возникновением и распространением процесса возбуждения, то есть, при переходе клетки в состояние активной деятельности. Потенциалы действия представляют собой одиночные или множественные импульсы постоянного или переменного знака. Биопотенциалы отдельных клеток, входящих в состав определенной ткани или органа, суммируясь, образуют результирующую разность потенциалов, изменение которой во времени характерно для данной ткани или органа и которая может быть зарегистрирована с помощью определенным образом расположенных на теле электродов.

Так как биопотенциалы очень тонко отражают функциональное состояние органов и тканей в норме и патологии, регистрация их с последующим изучением используется для диагностики заболеваний. Наибольшим распространением пользуются методы регистрации потенциалов сердца (ЭКГ), головного мозга (ЭЭГ) и периферических нервных стволов и мышц (ЭМГ). Величины биопотенциалов: сердечной мышцы – 100-2000 мкВ, клеток головного мозга – 1-300 мкВ, мышц – 40-1500 мкВ.

Электрокардиография. Теория Эйнтховена

Основоположником электрокардиографии является Эйнтховен. В 1903 году он опубликовал работу, в которой были представлены электрокардиограммы, снятые с помощью сконструированного им струнного гальванометра. Он дал название зубцам ЭКГ, разработал стандартные отведения, показал клиническое значение электрокардиографии.

По теории Эйнтховена в каждом мышечном волокне на границе возбужденного и невозбужденного участков возникают близко прилегающие друг к другу положительные и отрицательные заряды – элементарные диполи. В сердце одновременно возникает множество диполей, направление дипольных моментов которых различно. Сумма дипольных моментов всех клеток образует суммарный дипольный момент сердца Р_с, который в процессе работы сердца изменяется по величине и направлению. Вокруг сердца при этом образуется электрическое поле, которое можно зарегистрировать и на некотором расстоянии от него, в точках поверхности тела человека, присоединяя к ним электроды. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приблизительно расположены в правой руке, левой руке и левой ноге. Разность биопотенциалов между двумя точками тела называется отведением. Соответственно

ПР-ЛР –׀ отведение, ПР-ЛН – ׀׀ отведение, ЛР-ЛН - ׀׀׀ отведение. Эти отведения называются стандартными или классическими. В отведениях получаются временные зависимости разности потенциалов, которые и называются электрокардиограммами.

Всвязи с последовательностью распространения возбуждения по различным областям нервно-мышечной системы сердца вектор электрического момента диполя-сердца за цикл работы сердца изменяется по величине и направлению. Точку приложения этого вектора считают постоянной – это нервный узел в межпредсердной перегородке. Конец вектора за цикл работы сердца описывает сложную кривую, которая состоит из трех петель, обозначаемых буквами Р,QRS и Т. Эта кривая называется вектор-кардиограммой.

Схема построения электрокардиограммы по вектор-кардиограмме в первом отведении. На рисунке представлена типичная кардиограмма здорового человека. Зубец Р связан с возбуждением предсердий, зубцы Q, R, S и Т – с возбуждением желудочков.

При инфаркте парализуется какая-то группа мышц, следовательно, биопотенциалы от них пропадают и на кардиограмме возникают искажения. По виду искажений можно определить, какая группа мышц отказала.

Электрокардиограмма не дает представления о пространственной ориентации и величине вектора Р_с, так как снимается практически только его проекция на одну из сторон треугольника. Но для диагностических целей такая информация имеет большое значение. Поэтому применяют метод пространственного исследования электрического поля сердца, называемый вектор-кардиографией. Проекцию вектор-кардиограммы на плоскость получают при сложении напряжений двух взаимно перпендикулярных отведений. По форме этой кривой судят о состоянии сердца.

Лекция 4