Аппаратура для физиологических исследований

Классические методы исследования, описанные выше, потребовали создания ряда инструментов и приборов для оперативных вмешательств, раздражения объектов и ре­гистрации ответных реакций.

Набор инструментов для препарирования (простых оперативных вмешательств) чаще всего включает ножни­цы большие и малые, пинцеты анатомические и хирур­гические, большие и малые, зажимы для остановки кро­вотечения, препаровальные иглы и крючки, скальпели, иглы, булавки, нитки и т. д. Набор хирургических инстру­ментов может варьировать в широких пределах в зависимости от задач и сложности исследования. Приведен­ный на рис. 1 набор необходим для проведения работ в студенческом практикуме.

Рис. 1. Инструменты для препарирования.

а _ ножницы большие; б — ножницы малые (глазные); в — скальпель; г — пре­паровальная игла; д — пинцеты; е — зажимы; ж — булавки; з — шелк.

Для раздражения исследуемых объектов чаще всего используют электрический ток, создаваемый различными источниками: аккумулятором, электронными стимулято­рами. Последние имеют различную конструкцию, слож­ность и обеспечивают возможность управления частотой, амплитудой, длительностью раздражающего стимула. Выходные (раздражающие) сигналы могут быть акусти­ческими (фоностимулятор), световыми (фотостимулятор), электрическими (электростимулятор) и др.

Для связи электростимуляторов с объектом приме­няют электроды (рис. 2). Электроды — специальной формы проводники, соединяющие раздражающую или измерительную цепь прибора с объектом.

Требования, предъявляемые к электродам, следующие: они должны быстро накладываться, фиксироваться и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть механически прочными, не создавать помех, не вызывать нежелательных побочных эффектов в живой ткани, не изменять своих свойств при прохождении электрического тока, не накапливать электрический заряд. Для улучше­ния контакта электрода с живой тканью используют специальные составы, содержащие электролиты.

По назначению электроды могут быть подразде­лены на следующие типы: 1) для кратковременного при­менения; 2) для длительного использования при «вжив­лении» в ткани организма (имплантируемые электроды); 3) для длительного использования при поверхностном наложении (для использования на подвижных объектах в спортивной, трудовой, космической медицине, для экстренного применения в условиях скорой медицинской помощи и реанимации).

По конструкции различают биполярные и моно­полярные (униполярные) электроды.

Активный электрод располагают в зоне воздействия или отведения; пассивный (индифферентный) — на неко­тором удалении от активного, на участке ткани, облада­ющем незначительной собственной биоэлектрической ак­тивностью. Последний должен обладать большой пло­щадью соприкосновения с тканью. Индифферентные электроды часто бывают выполнены в виде пластин из серебра, олова или других материалов.

Биполярные электроды, как правило, имеют одина­ковый размер и обладают одинаковыми контактными свойствами. Оба электрода располагают в активной области, соблюдая стабильность межэлектродного рас­стояния, зависящего от физиологических свойств ткани.

Рис. 2. Внешний вид и схемы различных типов электродов.

а — различные типы микроэлектродов; б — поверхностный электрод; в — непо-ляризующиеся электроды; г, д, е, ж, з — различные типы биполярных элек­тродов; и, к — погружные биполярные электроды; л, м — монополярные по­гружные электроды; н — индифферентный электрод.

Монополярные электроды позволяют регистрировать локальные изменения электрической активности в одной точке; биполярные — разность потенциалов соседних участков ткани.

В тех случаях, когда объект раздражения может быть выделен из окружающих тканей, используют поверхностные электроды, а когда объект вы­делить трудно, применяют погруженные электро­ды, у которых токопроводящая часть защищена от неже­лательного соприкосновения с окружающими тканями.

Для раздражения отдельных клеток мозга применяют тончайшие металлические и стеклянные микроэлек­троды, диаметр кончика у которых составляет 0,5—3 мкм. Токопроводной средой в последних служит раствор хлорида калия или натрия, а также других солей. В хронических экспериментах применяют вживлен­ные электроды, изолированные на всем протяжении, кроме кончика, погружаемого в объект.

В ряде случаев, особенно при использовании в ка­честве раздражителя толчков постоянного тока, при­меняют неполяризующиеся электроды. Они представляют собрй пластинку или проволочку, из серебра, покрытую электролитическим путем тонким слоем хлорида серебра. При соприкосновении такого электрода с объектом возникает система контактов сереб­ро — хлорид серебра — межтканевая жидкость с ничтож­ным поляризационным током. Другой тип неполяризую-щихся электродов представляет собой стеклянную трубоч­ку, в нижний конец которой помещают ватный «фитилек», смоченный раствором Рингера. Трубочку на. 0,5 см за­полняют каолином, приготовленным на растворе Рингера. Оставшийся объем трубочки заполняют насыщенным раст­вором сульфата цинка. В раствор помещают цинковую пластинку, покрытую слоем амальгамы. Такие электроды практически не создают поляризационного тока.

Существует много других конструкций электродов для раздражения, применяемых в зависимости от кон­кретных целей и методов исследования.

Электроды для регистрации не имеют прин­ципиальных отличий от раздражающих. Их конструк­ция, форма, параметры зависят от задач исследования и приводятся в описаниях соответствующих приборов для регистрации электрических процессов (электромио­графов, электроэнцефалографов, электрокардиографов и ДР.).

Для регистрации неэлектрических величин исполь­зуют специальные измерительные преобразователи — датчики. Датчиком называется устройство, преобра­зующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преоб­разования или регистрации.

Датчики предназначены в классическом варианте для регистрации механических перемещений (сокращения скелетной или сердечной мышцы, пульсации крови в сосуде, движений грудной клетки, конечности и т. д.). Основным датчиком в этих приборах является механи­ческий рычаг, соединенный с исследуемым объектом непосредственно (миограф, рычажок Энгельмана) или опосредованно через пневмокамеру (капсула Марея) или ртутный манометр (прямая запись артериального давления). Рычаг датчиков этого типа снабжен пишущим устройством и осуществляет запись на барабане ки­мографа (рис. 3).

Рис. 3. Установка для графической регистрации сокращении серд­ца лягушки.

а — кимограф; б — рычажок Энгельмана; в — электромагнитный отметчик вре-мени.

В последние десятилетия для регистрации физио­логических процессов стали применять датчики, преоб­разующие неэлектрические процессы в электрические.

По принципу работы эти датчики подразделяются на генераторные и параметрические. Генераторные датчики генерируют напряжение или ток под воз­действием измеряемого сигнала (пьезоэлектрические, термоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические). Параметрические датчики изменяют собствен­ные параметры под воздействием измеряемого сигнала (емкостные, реостатные, индуктивные и т. д.). Полу­чаемые в результате преобразования эквивалентные электрические сигналы удобно усиливать, измерять и регистрировать. Разработка соответствующих датчиков позволила изучать такие функциональные показатели, как сокращение мышцы, изменение центра тяжести тела в связи с перераспределением крови, давление крови и степень ее насыщения кислородом, кровенаполнение сосудов, тоны и шумы сердца, температуру и т. д. (рис. 4).

Чаще всего датчики подразделяются по виду пре­образуемой энергии: механоэлектрические, фото­электрические, термоэлектрические и т. д.

Рис. 4. Принцип устройства некоторых датчиков и включения их в электрические схемы.

Механоэлектрические датчики преобразу­ют-механические явления (давление, смещение, пульсацию и т. д.) в электрические сигналы. В пьезоэлектрических датчиках механическая деформация специального крис­талла (титанат бария, сегнетова соль и др.) преобразу­ется в электрические потенциалы, пропорциональные степени деформации.

Тензометрические датчики преобразуют ме­ханические деформации в электрические процессЕя путем изменения сопротивления многовитковой спирали, намо­танной на эластичной основе. Датчик работает при включении его в диагональ моста для измерения по­стоянного тока.

Индуктивные датчики преобразуют механи­ческие явления в электрические путем изменения индук­тивности катушки с незамкнутой магнитной цепью в магнитном поле.

Емкостные датчики преобразуют механиче­ские явления в электрические за счет смещения одной из пластин конденсатора относительно другой. Изменения емкости конденсатора могут быть точно измерены и зарегистрированы.

Механотроны (ламповый триод с подвижным анодом) преобразуют механические смещения в электри­ческие за счет изменения межэлектродного расстояния, и, следовательно, анодного тока лампы.

Фотоэлектрические датчики преобразуют воздействия световой энергии в электрические процессы. Существует 3 типа фотоэлектрических датчиков: с внеш­ним фотоэффектом, с запирающим слоем (фотодиоды) и внутренним фотоэффектом (фоторезисторы).

Фотоэлементы с внешним фотоэффек­том — вакуумные приборы, содержащие катод, покрытый слоем металла (цезий, сурьма), обладающего способностью испускать электроны под воздействием света, и анод. При включении фотоэлемента в цепь постоянного тока и воздействии светом на катод за счет эмиссии электронов возникает электрический ток.

Фотоэлементы с запирающим слоем пред­ставляют собой фотодиоды. При освещении фотодиода кванты света вызывают эмиссию электронов из слоя полупроводника. Электроны проходят через запирающий слой и заряжают один электрод отрицательно, другой электрод приобретает положительный заряд. Фототок фотодиода существенно увеличивается при его включении в цепь постоянного тока.

Фоторезисторы изменяют сопротивление под влиянием светового потока. Для измерения сопротивления их включают в одну из диагоналей измерительного моста постоянного тока.

Термоэлектрические датчики: термопары и терморезисторы. Применяются в электротермометрах для определения скорости потока крови, газа, газового состава среды и т. д.

Термопара — датчик, состоящий из соединенных друг с другом двух проводников разных металлов (медь — константан, платина — иридий и т. д.). Если места соединений проводников находятся в разных температурных условиях, то возникает разность потен­циалов, пропорциональная разности температур. Тер­мопара включается в одно плечо измерительного мо­ста.

Терморезисторы — полупроводниковые приборы, изменяющие сопротивление при температурном воздей­ствии. Включаются в диагональ измерительного моста постоянного тока.

Электродинамические датчики (микрофо­ны) преобразуют акустические явления в электрические. Используются в фонокардиографах. Принцип действия основан на возникновении электродвижущей силы в катушке проводника при его перемещении в посто­янном магнитном поле.

Усилители. Регистрация небольших электрических токов, возникающих при жизнедеятельности живых тканей, и в соответствующих датчиках требует приме­нения усилительной аппаратуры. Основными требованиями к биологическим усилителям являются: высокий коэф­фициент усиления, линейность характеристик, большое входное сопротивление, малая постоянная времени, высокая помехозащищенность, низкий уровень собствен­ных шумов. В ряде приборов необходимо использовать усилители постоянного тока.

Конечным звеном технической системы преобразо­вания исследуемых физиологических параметров явля­ется устройство отображения. Среди устройств отобра­жения в медицине получили распространение регистри­рующие приборы — регистраторы, которые можно разделить на аналоговые, дискретные и ком­бинированные.

Регистраторы предназначены для преобразования электрических сигналов от датчиков и усилителей в доступные нашим органам чувств процессы. Чаще всего электрические сигналы преобразуются в форму, удобную для восприятия зрительным анализатором, реже — слуховым.

Наиболее распространенной формой регистраторов являются приборы, осуществляющие запись физиологи­ческих данных на бумаге. Обычно это универсальные устройства, которые могут быть использованы для реги­страции различных процессов. Они имеют собственные усилители (аттеньюаторы), калибраторы времени и уси­ления, устройства для протягивания бумаги и записи на ней, содержат несколько каналов записи (1 —16).

Конструктивные особенности регистраторов опреде­ляются принципом построения выходного регистрирую­щего устройства. Наибольшее распространение в ме­дицинском приборостроении получили выходные устрой­ства, основанные на использовании трех основных физи­ческих принципов: электромагнитной индукции, откло­нения потоков электронов в электрическом поле и намаг­ничивания ферромагнитных материалов под влиянием магнитного поля.

Использование принципа электромагнитной индукции реализовано в виде различных систем гальваномет-р о в, применяемых как самостоятельно, так и в виде выходных устройств стрелочных, шлейфных и черии-лопишущих регистраторов. Существуют магнитоэлек­трические и электромагнитные гальвано­метры. При использовании магнитоэлектрических систем механическое движение получают за счет изменения положения проводника, по которому проходит реги­стрируемый ток, в постоянном магнитном поле. Конструк­тивно гальванометры этого типа отличаются способом выполнения проводника — в виде струны, петли, много-витковой рамки (зеркальные гальванометры, стрелочные индикаторы).

В электромагнитных гальванометрах проводник, по которому проходит регистрируемый ток, располагается непосредственно на полюсах постоянного магнита в виде многовитковых катушек. Постоянное магнитное поле изменяет конфигурацию под влиянием переменного поля, возникающего при прохождении тока через катушки, и создает вращающий момент на якоре, помещенном между полюсами магнита. Этот тип гальванометров нашел широкое применение в регистраторах с непосред­ственно видимой записью, различающихся по способу создания самой записи: чернилопишущие, струйные, тепловые, копировальные и др.

Наибольшее распространение получили чернило-пишущие перьевые регистраторы, в которых якорь электромагнитного гальванометра передает движе­ние на перо, соединенное с резервуаром чернил. Перо записывает исследуемый процесс на движущейся бумаге. В некоторых приборах чернила заменены копировальной бумагой, движущейся синхронно с обычной. Движение писчика по копировальной ленте оставляет след на обыч­ной бумаге. Таким образом получают запись на электро­кардиографах, электроэнцефалографах и специальных регистраторах.

В последние годы все шире применяется тепловой способ записи, при котором на якоре гальванометра устанавливают специальное перо, нагреваемое электри­ческим током. Нагретое перо оставляет след на специ­альной термочувствительной бумаге. Этот способ нашел применение в переносных и стационарных электрокар­диографах. Описанные регистраторы дают запись с мак­симальной частотой до 150 Гц.

В ряде конструкций регистраторов на якоре гальвано­метра помещают капилляр, имеющий диаметр в несколько микрометров. Через капилляр под высоким давлением подаются чернила, и запись осуществляется с помощью тонкой струи чернил. Подобного типа регистраторы применяют в электромиографах, полиграфах, кардио­графах; они имеют более высокий предел регистрируемых частот — до 500 Гц.

К недостаткам регистраторов, использующих перьевую запись, помимо сравнительно низкой частоты регистри­руемых процессов, следует отнести радиальные иска­жения, обусловленные дугообразным движением кончика пера, а также небольшую скорость движения бумаги — до 150 мм/с.

Для качественной регистрации быстрых процессов (таких как потенциалы нервных проводников и др.) требуется более высокая скорость развертки.

К безинерционным регистраторам, позво­ляющим наблюдать биологические процессы в широком диапазоне частот, относятся регистраторы, использующие принцип отклонения потока электронов в электрическом поле — электронн о-лучевые осциллографы. Принцип работы такого осциллографа хорошо известен. В последние десятилетия достигнут существенный прогресс в конструировании осциллографов: появились многолучевые, широкодиапазонные по скорости развертки приборы. Применение элементов цифровой вычислитель­ной техники позволило создать средства отображения (дисплеи), способные запоминать и воспроизводить неограниченное время регистрируемый процесс в раз­личных формах представления информации, осущест­влять элементарные операции сложения или вычитания двух или нескольких процессов с индикацией результата на экране и т. д. Запись изображения с экрана дисплея осуществляется фотографированием или выводом элек­трического эквивалента изображения в медленном темпе на регистраторы с видимой записью.

Принцип намагничивания ферромагнитных материалов в магнитном поле реализован в магниторегистраторах. Магнитная запись биологических процессов удобна как для хранения, так и для дальнейшей обработки. Су­ществующие магниторегистраторы биологических процес­сов основаны на использовании двух основных принципов преобразования биологических сигналов: частотной мо­дуляции и цифрового преобразования. В приборах с час­тотной модуляцией специальный генератор создает высокую частоту (15—18 кГц). Работа генератора управ­ляется медленным биологическим электрическим процес­сом. В результате на магнитной ленте фиксируется сигнал, частота которого пропорциональна амплитуде биологи­ческого процесса. При воспроизведении осуществляется обратное преобразование сигнала. Такое преобразование позволяет регистрировать биологические процессы в диа­пазоне от 0 до 10 кГц.

Магниторегистраторы с цифровым преобразованием непрерывный (аналоговый) сигнал переводят в дискретный (цифровой) двоичный код, который и записывается в виде набора импульсов на магнитную ленту. При воспроиз­ведении осуществляется обратное цифроаналоговое преобразование. Полоса регистрируемых частот в этом случае ограничена возможностями входного аналогоцифро-вого преобразователя и в современных приборах до­стигает 50—100 кГц, что значительно превышает потреб­ности биологического эксперимента.

Цифровая запись помимо широкого диапазона регистрируемых частот позволяет существенно повысить качество, помехозащищенность записи, осуществлять регистрацию нескольких процессов (до 16) на 1—2 до­рожки магнитофона за счет введения устройств элек­тронной коммутации каналов при записи — воспроиз­ведении сигналов.

Ряд биологических процессов может быть зарегистри­рован непосредственно на бытовых магнитофонах, дина­мический диапазон которых находится в пределах 40— 20 00 Гц. Вместе с тем следует помнить, что при этом может быть потеряна или искажена запись медленных составляющих сложного биоэлектрического процесса.

Воспроизведение биоэлектрических процессов с магни-торегистратора в дальнейшем может быть осущест­влено с помощью адекватных устройств отображения.

МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Электроэнцефалография. Впервые электрическая ак­тивность центральной нервной системы была обнаружена В. Я. Данилевским (1876) и Р. Катон (1875). В 1882 г. И. М. Сеченов, исследуя продолговатый мозг лягушки с помощью гальванометра, обнаружил, что мозг обла­дает ритмической электрической активностью. Это открытие было подтверждено Н. Е. Введенским в 1884 г., который доказал, что кора большого мозга обладает ритмической электрической активностью. В 1913 г. В. В. Правдич-Неминский зарегистрировал с помощью по­груженных электродов и струнного гальванометра актив­ность коры большого мозга и ввел термин «электроцеребро-грамма». Как оказалось позже регистрировать потенциалы мозга можно и с поверхности черепа [Бергер В., 1924]. В. Бергер назвал запись колебаний потенциалов мозга электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Ритмы ЭЭГ меняются в зависимости от состояния человека (бодрствования, сна и т. д.), действия на него раздражений, а также силы этих раздражений. Частота колебаний может меняться от десятых долей герц до 50—70 Гц и выше. Амплитуда их колеблется от 5 до 300 мкВ, но в каждый момент времени в ЭЭГ преобладают определенные ритмы, которые получили название альфа-, бета-, гамма- и дельта-ритмов. Альфа-ритм, имеющий частоту колебаний 8—13 Гц и амплитуду 50 мкВ, выражен лучше всего в затылочных и теменных областях коры. Альфа-ритм регистрируется в покое при закрытых глазах; если глаза открыты, он обычно исчезает, заменяясь более быстрым — бета-ритмом.

Бета-ритм имеет частоту колебаний 14—50 Гц и амплитуду — до 25 мкВ. У некоторых людей альфа-ритм отсутствует, и в покое регистрируется бета-ритм, поэтому различают бета-ритм двух видов: бета-ритм I и бета-ритм II. Бета-ритм I — 16—20 Гц характерен для состояния покоя, он регистрируется в лобной и теменной областях. Бета-ритм II — 20—50 Гц характерен для состояния активности — интенсивной деятельности мозга.

Тета-ритм, имеющий частоту колебаний 4—7 Гц и амплитуду до 100—150 мкВ, характерен для височной и теменной областей. Он наблюдается во время сна, при некоторых заболеваниях, стрессе.

При глубоком сне и наркозе появляется дель­та-ритм — медленные колебания с частотой 0,5—0,8 Гц. Такой ритм появляется у взрослых людей во сне, а у детей в возрасте до 5 лет регистрируется в бодрствующем состоянии.

С помощью усилителей постоянного тока можно зарегистрировать и еще более медленные колебания, получившие название сверхмедленных ритмов [Аладжа-лова Н. А., 1962].

Природа ЭЭГ. ЭЭГ представляет собой суммар­ную активность сотен тысяч нейронов (возможно, и глии).

Как известно, нейроны ЦНС имеют большое число возбуждающих и тормозных синапсов. В результате приходящих на нейрон возбуждений на его мембране возникают соответственно возбуждающий постсинапти-ческий потенциал (ВПСП) или тормозной постсинаптичес-кий потенциал (ТПСП) — местные, локальные про­цессы. Длительность ВПСП в мотонейронах спинного мозга не превышает 6 мс, в нейронах коры большого мозга их длительность может достигать десятков и сотен миллисекунд. Длительность ТПСП, так же как ВПСП, небольшая в клетках спинного мозга и велика в клетках коры большого мозга. Полагают, что ЭЭГ, состоящая из колебаний, длящихся в среднем 100 мс (альфа-ритм), 20 мс (бета-ритм), 200 мс (тета-ритм) и 1000 мс (дельта-ритм), может быть обусловлена мед­ленными колебаниями мембранного потенциала. Тако­выми являются постсинаптические потенциалы (ВПСП и ТПСП). Они являются теми колебаниями электрического потенциала, которые, суммируясь, образуют альфа-, бета-, тета-, дельта-волны ЭЭГ (Г. Грудндфест и Д. Пурпура). Кроме того, известный вклад в генез волн ЭЭГ вносит спайковая активность нейронов. Отдельные колебания потенциалов определенных зон мозга сум­мируются, создавая электрическое поле, которое в свою очередь создает определенную разность потенциалов на различных участках поверхности черепа.

Особенности ЭЭГ зависят в большей степени от характеристики действующих раздражений. Преобла­дание в ЭЭГ коры мозга человека альфа-ритма проис­ходит вследствие таламокорковой реверберации воз­буждений, следующих в этом генетически обусловленном ритме.

ЭЭГ широко используется в клинике с диагностической целью. Особенно плодотворным оказалось применение этого метода в нейрохирургии для изучения локализации опухолей мозга, в неврологии при определении локализа­ции эпилептического очага, в психиатрии при диагностике расстройств психики. Широкое применение метод ЭЭГ нашел и в хирургии для тестирования глубины наркоза.

Регистрация ЭЭГ у человека осуществляется при наложении электродов на кожу головы через специаль­ную токопроводящую пасту или салфетку, смоченную раствором хлорида натрия. Расположение электродов может быть произвольным — в зависимости от целей и задач исследования, но наибольшее распространение получила так называемая система 10—20 [Jasper Н. Н., 1954]. По этой системе в качестве исходных точек принимают переносицу и затылочный бугор. Условная сое­диняющая их линия образует продольную ось. Попереч­ная ось образуется условной линией, соединяющей на­ружные слуховые проходы и точку на темени, делящую продольную ось пополам. Продольная ось делится на участки, измеряемые в процентах от общей длины линии от переносицы до затылочного бугра. Первый и последний электроды располагают на расстоянии, равном 10% длины этой линии от исходных точек. Остальные электроды располагают на расстояниях, равных 20% длины про­дольной оси. Всего на продольной оси размещают 5 электродов. Аналогично рассчитывают положение электродов и по поперечной оси. Остальные электроды располагают рядами в соответствии с делением основных осевых линий.

Такое стандартное расположение электродов позво­ляет в известной мере сопоставить данные, полученные на разных людях, что делает эту систему одной из наиболее удачных.

Основные виды изменений ЭЭГ и ее стадии. Выражен­ность ритма на электроэнцефалограмме отражает уро­вень активности мозга. Предъявление раздражителя вызывает определенную реакцию мозга в виде изменений ЭЭГ, характер которых будет зависеть от силы, длительности, биологической значимости раздражителя и текущей стадии ЭЭГ.

Рис. 5. Стадии ЭЭГ. Объяснение в тексте.

В ЭЭГ человека можно выделить 6 стадий: а, А, В, С, D, Е, 1Кратин Ю. Т., Гусельников В. И., 1971] (рис. 5). Стадия а наблюдается при возбужденном, деятельном состоянии мозга человека и выражается в преобладании бета-ритмов малой амплитуды. Действие раздражителей в этой стадии обычно не отражается на характере волн ЭЭГ.

Стадия А представляет собой ЭЭГ человека в спо­койном бодром состоянии при закрытых глазах или в условиях темноты. Для большинства людей эта стадия характеризуется стойким альфа-ритмом. Предъявление раздражений вызывает депрессию альфа-ритма, длитель­ность которой зависит от силы и характера раздражителя. Повторные раздражения сопровождаются угашением деп­рессии альфа-ритма.

Стадия В регистрируется в легком полудремотном состоянии. Характеризуется исчезновением на ЭЭГ аль­фа-ритма и появлением нерегулярных колебаний разной частоты, в некоторых случаях — в виде дельта- и те-та-волн, чередующихся с небольшими колебаниями более высокой частоты. Иногда в этой стадии наблюдается стойкий тета-ритм. При действии раздражителей возни­кает вспышка альфа-ритма и переход в стадию А, при этом время перехода определяется интенсивностью раз­дражителя.

Стадия С регистрируется в начальной фазе сна и ха­рактеризуется появлением на ЭЭГ дельта-активности большой амплитуды, среди которой время от времени возникают вспышки веретенного ритма (13,5—14 Гц), а также нерегулярные колебания разной частоты. Достаточно сильный раздражитель вызывает появление реакции в виде так называемого К-комплекса, состоящего из двух-трехфазного колебания большой амплитуды, за которым следует вспышка веретенного ритма. При более сильных раздражениях может появиться вспышка альфа-ритма, свидетельствующая о пробуждении чело­века и переход ЭЭГ в стадию А (рис. 6).

Стадия D характерна для более глубокого сна. При этом на ЭЭГ регистрируются дельта-волны, чередующиеся с другими медленными колебаниями неправильной формы и неопределенной частоты. Изменения ЭЭГ возможны лишь при действии очень сильного раз­дражителя, вызывающего переход ЭЭГ в стадию С или пробуждение человека.

Стадия Е связана с еще более глубоким сном и отличается от стадии D более медленными колебаниями, обычно несколько меньшей амплитуды. Раздражители при этом, как правило, не вызывают изменений в ЭЭГ и пробуждения человека.

Резко выделяется так называемая парадоксальная стадия, характеризующаяся низкоамплитудной актив­ностью. При этом наблюдаются движения глазных яблок. Эта фаза перемежается с медленно-волновыми стадиями сна.

Как особый вид изменений ЭЭГ на ритмическое раздражение следует рассматривать реакцию усвоения ритма. Она выражается в виде появления на ЭЭГ ко­лебаний в ритме раздражений или кратных этому ритму.

Описанные стадии и реакции ЭЭГ являются основными, «классическими». В каждом конкретном случае могут быть индивидуальные изменения, идентификация и анализ которых представляют самостоятельную задачу.

Метод вызванных потенциалов (ВП). Метод ВП является одной из модификаций ЭЭГ-метода. ВП — это изменение ЭЭГ, наступающее в ответ на кратковременно действующее раздражение экстеро- или интерорецеп-торов. ВП возникают и при кратковременной электри­ческой стимуляции мозговых структур, функционально связанных с той областью мозга, в которой они реги­стрируются.

Рис. 7. Вызванные потенциалы коры большого мозга, а — первичный ответ на стимуляцию пульпы зуба кролика (суперпозиция 10 от­ветов); б — вызванный ответ коры большого мозга человека на слуховой раздра­житель (усреднено 30 ответов); 1 — отметка раздражения; 2 — положительная волна; 3 — отрицательная волна; 4 — вторичная положительная волна; 5 — поздние отрицательные и положительные волны; 6 — калибровочные сигналы.

ВП чаще всего представляют трехфазные колебания, сменяющие друг друга — позитивное, негативное, второе (позднее) позитивное колебания, но могут иметь и многокомпонентный характер. Форма ВП зависит от локализации электродов и функциональ­ного состояния ЦНС (рис. 7).

ВП представляют собой отрезок ЭЭГ, записанной в момент сенсорной стимуляции, поэтому они также образуются постсимаптическими колебаниями мембран­ного потенциала и спайками многих сотен и тысяч нейронов, активность которых отводится данным электродам. Многокомпонентность вызванного потенциала определяется многоканальностыо проведения возбужде­ния (например, сенсорного) и гетерохронностью прихода возбуждения в область мозга, от которой отводятся потенциалы. ВП может регистрироваться с любой структуры головного мозга. В зрительную зону коры возбуждение, возникающее в ответ на вспышку света, проводится через переднее двухолмие, наружные колен­чатые тела, по коллатералям аксонов зрительного пути к структурам ретикулярной формации, к гипоталамусу. В связи с тем что каждый из каналов проведения им­пульсов из сетчатки в кору большого мозга имеет разное, количество переключений по их ходу, то в одну и ту же область это возбуждение придет в разное время.

Каждая посылка возбуждения образует разные по форме компоненты ВП, так как она проводится по путям, имеющим отличную от других путей локализацию оконча­ний.

Если ВП регистрируется в коре большого мозга, то наиболее раньше компоненты ответа (позитивные) генерируются нейронами гранулярных слоев коры (IV), где кончается основная масса афферентных волокон зрительной системы. Более поздние компоненты ответа (негативные) генерируются нейронами разных слоев (I—V).

Метод ВП нашел широкое применение в нейрофизио­логии и неврологии. С помощью ВП можно проследить взаимосвязь и взаимодействие различных отделов мозга, онтогенетическое развитие проводящих путей мозга, провести анализ локализации представительства сен­сорных функций, связей между структурами мозга, показать количество синаптических переключений на пути распространения возбуждения (по латентному периоду), исследовать химическую природу синаптической передачи, произвести исследования эволюционного, филогенетическо­го плана, изучить условнорефлекторную деятельность мозга и др.

Для анализа ВП используют метод усреднения мно­гих ВП (в ряде случаев до 3 тыс.). Он дает возможность с большей достоверностью судить о величине, латентном периоде и длительности В П. Для их измерения исполь­зуют специальные приборы — усреднители на базе циф­ровых вычислительных устройств.

Наряду с ВП и ЭЭГ в современных исследованиях широко используется микроэлектродная техника.

Микроэлектродный метод регистрации активности кле­ток. Изучение активности отдельных клеток различных ор­ганов и тканей представляет большой интерес, так как позволяет получить информацию о механизмах и особен­ностях формирования возбуждения и торможения этих клеток, закономерностях их включения в определенные системы приспособительных реакций, характере ответных реакций на качественно различные раздражения, принци­пах кодирования информации в ЦНС и др.

Используют 2 способа регистрации активности кле­ток — внутриклеточный и внеклеточный. Внеклеточный метод методически проще, так как предполагает приме­нение сравнительно толстых (до 50—100 мкм) стеклянных и металлических электродов. С помощью таких электродов регистрируют активность, как правило, нескольких близле­жащих клеток. Для изготовления металлических электро­дов используют электролитический способ, заключающийся в медленном погружении и извлечении металлической за­готовки в раствор кислоты. Контроль размера кончика электрода осуществляется под микроскопом. Металличе­ские электроды требуют изоляции на всем протяжении за исключением кончика.

Для внутриклеточной регистрации активности клеток используют чаще всего стеклянные микропипетки, запол­ненные раствором электролита, имеющие диаметр кончика 0,5—1,0 мкм. При изготовлении таких электродов исполь­зуют специальные вытягивающие устройства — полуавто­маты с разогревом заготовок, создающие усилие, разры­вающее разогретую заготовку в строго определенный мо­мент ее вытяжения.

Металлические и стеклянные электроды обладают вы­соким сопротивлением —5—50 мОм, поэтому при исполь­зовании таких электродов нужны усилители с высоким входным сопротивлением.

В последнее время получил широкое распространение метод микроионофореза — подведение к одиночной клетке различных химических веществ через многока­нальный микроэлектрод (3—7 каналов). В таком элек­троде, помимо регистрирующего, имеются каналы, со­держащие биологически активные вещества, «выталки­ваемые» в окружающую среду при приложении неболь­шого (наноамперы) тока положительной или отрицатель­ной полярности. Метод микроионофореза применяется для анализа химической природы передачи возбуждения, закономерностей обработки информации различного биологического качества, механизмов интеграции клеток и т. д.

Для точного определения положений различных глу­бинных структур головного мозга и введения в них раз­личных макро- и микроинструментов (электроды, термо­пары, микропипетки и др.) широкое применение в элек­трофизиологических экспериментах и нейрохирургической клинике нашел стереотаксический метод.

Этот метод впервые был предложен анатомом Д. Н. Зерновым («мозговой топограф») в 1889 г. и усо­вершенствован В. Хорслеем и P. X. Кларком в 1908 г.

Стереотаксический прибор (существуют разные кон­струкции) состоит из основания, на котором крепится головодержатель и одна или две координатные микрометрические головки. В координатной головке укрепляется электродный держатель, с помощью которого в мозг экспе­риментального животного вводят электроды на соответ­ствующую глубину (рис. 8). Перед введением в черепе про­сверливают отверстие, затем для укрепления электрода на костях черепа ввертывают фиксационную втулку, а в нее вводят направляющую втулку, несущую электрод. Втулки и прилегающие участки заливают быстротвердеющими составами.

Для успешного попадания электрода в исследуемую структуру мозга голова подопытного животного должна быть фиксирована в головодержателе стереотаксического прибора всегда в строго определенном положении.

У кролика, например, установку горизонтальной плоскости и определение нуля координат производят по костным швам. Точка пересечения сагиттального и коронарного швов (брегма) должна лежать на 1,5 мм выше точки пере­сечения сагиттального и ламбдовидного швов (ламбда).

Рис. 8. Стереотаксическая техника.

_а — стереотаксический прибор для животных; б — стереотаксический прибор для проведения нейрохирургических операций на мозге человека; 1 — ушные держатели; 2 — фиксаторы нижней орбиты; 3 — фиксаторы верхней челюсти.

Координаты разных структур мозга животных и чело­века определены экспериментально и суммированы в специальных стереотаксических атласах. Стереотаксиче­ский метод применяется также и при нейрохирургических операциях на людях. С помощью стереотаксических при­боров можно вводить в структуры мозга различные элек­троды (регистрирующие, раздражающие ткань мозга, ка­нюли и микропипетки для введения разных химических активных жидкостей, капсулы с изотопами и др.

Используют способ одномоментных стереотаксических операций и метод вживленных на достаточно долгий срок электродов. Последний заключается в том, что в кору и глубокие структуры мозга вводят пучки электродов и оставляют их там на недели и месяцы. Пучки электродов состоят из 6—10 и более свитых вместе изолированных фторопластом золотых проводников диаметром 100 мкм каждый. Неизолированные кончики электродов длиной 1,5—4 мм располагаются на различной высоте с интерва­лом 3—4 мм, что позволяет регистрировать активность из разных структур или разных областей одной и той же структуры.

Вводят обычно 6—8 таких электродных пучков.

После завершения курса лечения электроды, как пра­вило, извлекают, что не вызывает осложнения состояния больных. Введение в мозг человека множества пучков электродов, производимое с лечебной целью, одновремен­но предоставило физиологу возможность регистрировать активность многих мозговых структур у человека в усло­виях нормального поведения и различных видов деятель­ности и получить при этом важную информацию о функ­ции этих структур (Н. П. Бехтерева).

Миография. Изучение мышечной деятельности челове­ка требует применения различных методических приемов, связанных с регистрацией механических и электрических процессов. С давних пор основным приемом исследования движений человека являлось измерение и регистрация раз­личного рода механических проявлений работы мышцы. Среди них широкое распространение получили динамомет­рия и эргография.

Динамометрия позволяет измерить силу сокра­щений различных мышечных групп; эргография — регистрировать мышечные движения в динамике с учетом производимой работы. В последнее время в практике физиологических и клинических методов исследования применяют велоэргометрию — метод, позволяющий точно дозировать величину физической нагрузки.

Разновидностью динамометрии является метод дина-мографии, позволяющий регистрировать усилия при различных движениях.

Применение в этих методах специальных датчиков, преобразующих механическую энергию в электрическую, привело к разработке метода автоматической го­ниометрии. При использовании этого метода к суста­вам крепятся датчики, регистрирующие изменения сустав­ных углов при выполнении целостных двигательных актов. Применение тензометрических датчиков существенно уве­личивает чувствительность метода и позволяет использо­вать его при изучении поддержания позы.

Для исследования целостных двигательных актов ис­пользуется метод циклографии. На движущихся ча­стях тела человека укрепляют источники света и проводят фото- или киносъемку при осуществлении спортивных или рабочих движений. Это позволяет анализировать поло­жение движущихся частей тела в микроинтервалах вре­мени, траектории их движений и ускорение, при выработ­ке навыков. В сочетании с определением массы движущих­ся звеньев тела циклография дает возможность вычислить результирующие силы, приложенные к центру тяжести звеньев.

Для изучения механизмов поддержания позы приме­няют метод стабилографии. Он основан на исполь­зовании тензодатчиков, регистрирующих смещение плат­формы при изменении положения центра тяжести чело­века, стоящего на этой платформе.

Применение метода автоматического дифференцирова­ния получаемых электрических сигналов позволяет реги­стрировать не только механограмму смещения, но и од­новременно получать непрерывную запись первой и второй производных, т. е. скорости и ускорения.

Электромиография. При возбуждении мышечных воло­кон в них возникают электрические потенциалы действия (ПД). Эти ПД могут быть зарегистрированы электродами, приложенными к коже над мышцей, в виде электромио-граммы (ЭМГ). При слабом мышечном сокращении воз­буждается небольшое количество двигательных единиц (ДЕ). При этом можно зарегистрировать их электрическую активность. Характерной особенностью ПД отдельных двигательных единиц являются их неизменные формы и амплитуда. Чем больше мышечных волокон входит в со­став ДЕ, тем больше амплитуда ее суммарного потен­циала действия.

При увеличении силы мышечного сокращения проис­ходит вовлечение в этот процесс новых ДЕ и увеличение частоты импульсов возбуждения. При этом ПД наслаива­ются друг на друга, происходит их суммация (интерферен­ция). В результате ЭМГ превращается в интерференцион­ную ЭМГ, в которой выделить потенциалы действия отдель­ных ДЕ не удается. По мере роста количества активных ДЕ и частоты их импульсации увеличивается и общая электрическая активность сокращающейся мышцы (рис. 9).

Для регистрации активности отдельных двигательных единиц применяют инвазивные (погружные) моно- и би­полярные электроды. Чаще всего они представляют собой инъекционную иглу, внутри которой проходит один или два электрода, изолированные на всем протяжении за исключением кончиков. Корпус иглы соединяют с кор­пусом прибора для экранирования электродов от потен­циалов множества двигательных единиц.

Количественная оценка ЭМГ двигательных единиц пре­дусматривает подсчет количества ПД в одном сокращении, определение частоты разрядов, а также времени, в течение которого эти разряды имеют место.

Для количественной оценки ЭМГ производят интегри­рование интерференциальной ЭМГ, т. е. определяют общую площадь под Определенными участками ЭМГ. Величина интегрированной ЭМГ зависит от тех же факторов, что и сила мышечного сокращения: числа активных ДЕ, частоты их возбуждений, степени синхронности возбуждений. Отсюда понятна четкая корреляция между показателями механической и электрической активности мышц. Суммар­ная электрическая активность мышц (величина интегриро­ванной ЭМГ) прямо пропорциональна силе изометриче­ского сокращения, при движении с постоянной скоро­стью — развиваемому усилию (динамометрической силе), при движении с ускорением — импульсу силы.

Рис. 10. Электрокардиограмма. Объяснение в тексте.

При развитии утомления снижается сократительная способность ДЕ и поэтому изменяются соотношения меж­ду величиной интегрированной ЭМГ и мышечным напряже­нием. Для компенсации этого явления происходит вовле­чение новых ДЕ, и, следовательно, увеличение параметров ЭМГ. В связи с этим отношение количественных пара­метров ЭМГ мышцы к ее напряжению по мере продолже­ния работы возрастает.

Метод электромиографии используют при обследова­нии человека в физиологии спорта и медицине для оценки состояния двигательного аппарата.

Электрокардиография. Электрокардиография — метод регистрации электрических потенциалов, возникающих при возбуждении сердечной мышцы. Последняя расположена асимметрично в грудной клетке, помимо этого, ее анато­мическая и электрическая ось расположены под углом к фронтальной плоскости. В связи с этим, когда в сердце воз­никает разность потенциалов между возбужденными и не­возбужденными его отделами, появляется электрическое поле, которое создает потенциалы на различных участках тела. Накладывая электроды на поверхность тела определенным образом, можно зарегистрировать эти потенциа­лы— электрокардиограмму (ЭКГ) (рис. 10).

Со времени открытия этого метода В. Эйнтховеном (1903) регистрируют ЭКГ в трех стандартных биполярных отведениях: I — от правой и левой руки, II — от правой руки и левой ноги, III — от левой руки и левой ноги.

Помимо этого, применяют несколько вариантов унипо­лярных отведений: от правой руки (aVR), от левой руки (aVL), от левой ноги (aVF) (рис. 11).

Монополярно регистрируют также ЭКГ из околосердеч­ной области. Активный электрод помещают в точках, обо­значаемых буквами: V₁ — в четвертом межреберье справа от грудины на 1 см; V₂ — в четвертом межреберье слева от грудины на 1 см; Vз — по среднеключичной линии в пя­том межреберье; V₄ — посередине между V₃ и V₄; V5 — в пятом межреберье по передней аксиллярной линии, V₆ и V₇ — в пятом межреберье по средне- и заднеаксиллярным линиям. При монополярных отведениях индифферентным электродом служат электроды, соединенные общими про­водниками й расположенные на конечностях.

Для регистрации ЭКГ используют электрокардиографы, конструкции которых весьма разнообразны: от одноканаль-ного переносного до многоканальных стационарных с си­стемами автоматизированной обработки получаемых дан­ных.

Электрокардиографию широко применяют в клинике и при обследовании здоровых людей в период диспансери­зации. Созданы системы дистанционной регистрации ЭКГ, которые используют для изучения динамики сердечного ритма при осуществлении производственной деятельности, физических упражнений и т. д., а также в клинике для непрерывного наблюдения за работой сердца у тяжело­больных. При телеэлектрокардиографии сердца потен­циалы усиливаются портативным усилителем, укрепленным на человеке, модулируются по частоте и амплитуде и излу­чаются передатчиком. В приемном устройстве происходит выделение сигнала ЭКГ и его индикация на мониторе, а при необходимости — на регистрирующем устройстве. В клинике при регистрации ЭКГ у больных эти устройства снабжены также генератором сигнала тревоги, который срабатывает, если ЭКГ отсутствует в течение нескольких секунд.

При необходимости длительно (в течение суток) реги­стрировать ЭКГ для анализа сердечной деятельности в различных ситуациях используют портативные магнитофоны, регистрирующие суточную динамику сердечной дея­тельности, которые испытуемый носит в кармане. Анализ осуществляется при воспроизведении записи в ускоренном темпе.

В настоящее время разработаны способы передачи ЭКГ по телефону в консультационные центры, где спе­циалисты с помощью вычислительной техники могут по­мочь установить диагноз.

Электрокардиография нашла широкое применение не только в клинической практике, но и в исследованиях поведения человека при осуществлении трудовой деятель­ности и в экстремальных условиях.

Векторэлектрокардиография. При возбуждении мио­карда процессы деполяризации и реполяризации в различ­ных участках сердца возникают неодновременно, в связи с чем разность потенциалов между участками сердца по­стоянно меняется как по величине, так и по направлению. Следовательно, эта разность потенциалов является величи­ной векторной. Поскольку возбуждение охватывает сер­дечную мышцу неодновременно и распространяется в раз­личных направлениях, вектор разности потенциалов изме­няет направление. Уловить изменения направления этого вектора позволяет векторэлектрокардиография. Ее суть сводится к одновременной регистрации разности потен­циалов во взаимно непараллельных плоскостях. Для этого 4 электрода располагают на передней поверхности грудной клетки и 1 электрод — на спине, около угла левой лопатки (И. Т. Акулиничев). Регистрируемую разность потенци­алов от двух пар электродов после усиления подают на вертикальные и горизонтальные пластины осциллографа.

Луч осциллографа описывает на экране ряд петель — Р, QRS и Т (рис. 12). Комбинируя отведения, получают векторэлектрокардиограмму (ВЭКГ) в различных плоско­стях и анализируют форму петель, максимальный вектор в ширину петли, площадь, направление, наличие или отсут­ствие перехлестов петель и т. д.

Реография. Метод реографии основан на свойстве тканей организма изменять электрическое сопротивление проходящему через них электрическому току при изме­нении кровенаполнения. Увеличение кровенаполнения сопровождается уменьшением электрического сопротив­ления, снижение кровенаполнения приводит к росту со­противления.

Методом реографии исследуют особенности гемодина­мики мозга (реоэнцефалография), сердца (реокардио-графия), органов (корпоральная или органная реография), конечностей и др. Измерение сопротивления осуществля­ется путем подачи через электроды на определенные области тела электрического тока высокой частоты.

Существенное значение для качества информации, получаемой методом реографии, имеет выбор оптималь­ной частоты тока, на которой осуществляется регистра­ция. В приведенной табл. 1 отражена зависимость электро­проводности тканей от частоты применяемого тока.

Таблица 1. Электропроводность некоторых тканей, крови и церебро­спинальной жидкости

Исследуемый объект	Электропроводность при разных частотах, Ом/см
	1000 Гц	10 000 Гц
Мышечная ткань	700—1300	600—1200
Печеночная ткань	800—950	700—800
Кровь	125—190	120—180
Цереброспинальная жидкость	60—80	60—70

При низких частотах применяемого тока на резуль­таты измерений при реографии будет влиять также электрическое сопротивление ороговевшего слоя кожи. В связи с этим при реографии через кожу используют диапазон частот 80—120 кГц.

Приборы для реографии, как правило, включают ге­нератор высокой частоты (измерительного тока), усили­тель и входной блок. Последний может быть построен как потенциометрический, мостовой и тетраполярный (рис. 13).

При биполярном способе регистрации реограммы на­ложенная пара электродов служит и для ввода высоко­частотного тока в организм, и для регистрации низко­частотных составляющих, вызываемых изменением сопро­тивления ткани.

При тетраполярной реографии на объект накладывают две пары электродов: для ввода тока и регистрации из­менений сопротивления служат раздельные пары электро­дов. Это позволило избавиться от сложных входных устройств, исключить влияние переходного сопротивле­ния поверхностных тканей под регистрирующими электро­дами на точность измерения.

Развивается монополярный способ реографии, при котором создается возможность контролировать характер кровообращения одновременно в двух смежных областях с помощью наложения трех электродов, два из которых являются токонесущими, а третий служит для измерения напряжения между ним и одним из токонесущих (рис. 14). При этом наиболее информативным вариантом располо­жения электродов, например при реоэнцефалографии, является симметрично-фронтальное для токонесущих и окципиталы-юе — для регистрирующего. Такой способ удобен для оценки асимметрии кровотока в мозге.

Важной характеристикой входных усилителей явля­ется нижняя граница регистрируемых частот. Приборы с нижней границей до 0,4 Гц позволяют регистрировать только пульсовые изменения кровенаполнения. Приборы с частотной характеристикой, начинающейся с 0 Гц, по­зволяют регистрировать не только пульсовые изменения гемодинамики, но и объемную скорость кровотока.

Оценка данных реографии осуществляется на основа­нии измерения ряда опорных величин. На рис. 15 по­казана запись реоэнцефалограммы (РЭГ) с обозначением информативных параметров. Обычно при исследовании мозгового кровообращения определяют несколько пара­метров:

1) максимальную амплитуду волны РЭГ (А) в долях Ома как показатель максимальных пульсовых колебаний кровенаполнения, точно коррелирующих с интенсивностью кровотока в мозге;

2) реографический индекс J=A/E, отражающий как максимальные пульсовые колебания, так и степень рас­крытия мозгового сосудистого русла;

3) соотношение площадей отдельных фаз волны РЭГ, которое характеризует гидродинамическое сопро­тивление притоку крови S/Sb+c, S/Sd;

4) показатели временных соотношений — время «серд­це — мозг» и др., характеризующие упруговязкие свойства мозговых кровеносных сосудов: (a+b) (b+c+d); b(b+ +c+d); a+b;

5) среднее колебание кровенаполнения как показа­тель для косвенной оценки объемной скорости крово­тока S/T.

Термовизиометрия. Термовизиометрия (тепловиде­ние) — метод регистрации инфракрасного излучения, ис­пускаемого телом человека. Основным носителем тепла в организме человека является кровь, с помощью которой тепло из мест образования разносится по всему орга­низму. Следовательно, изучение особенностей инфракрас­ного излучения различных участков поверхности позво­ляет судить о величине кровотока в исследуемых облас­тях тела человека.

Термографическое исследование осуществляют с по­мощью тепловизора. Основной элемент тепловизора с оптико-механической разверткой — высокочувствительный приемник инфракрасного излучения, установленный в плоскости изображения, создаваемого объективом. При­емник улавливает энергию, излучаемую частью нагретого тела внутри малого телесного угла, называемого полем зрения прибора. При перемещении мгновенного поля зрения в пространстве, происходящем за счет движения зеркал, осуществляется последовательный анализ поля зрения. Если поле зрения имеет неоднородную темпера­турную структуру, то величина лучистого потока, падаю­щего на приемник при данном положении мгновенного поля зрения, изменяется. Это изменение приемник пре­образует в электрические сигналы, которые усиливаются и воспроизводятся на дисплее, а результаты измерения — на цифровом табло. Изображение может быть зарегистри­ровано с помощью фотопленки и т. д.

Исследование участка тела человека осуществляют при условии постоянной температуры воздуха (21— 22° С) после 15-минутной тепловой адаптации.

У здоровых людей имеются известные особенности симметричного распределения тепла, в первую очередь в зависимости от степени васкуляризации той или иной части тела. Так, глазничные области, поверхность лица, губы, шея обычно более нагреты (выглядят светлыми участками). Нос, верхняя часть лица, наружные сегменты лица более холодные (темные участки). Тепловизионная картина верхней трети грудной клетки представлена обычно равномерным, средней интенсивности свечением, несколько усиливающимся ближе к средней линии, осно­ванию шеи. Для нормальной термограммы нижних конеч­ностей характерен так называемый лонгитудинальный ингредиент, выражающийся в более низких показателях инфракрасного излучения дистальных отделов (особенно под пяточным ахилловым сухожилием) по сравнению с проксимальным. При изменениях кровообращения термовизионная картина существенно меняется.

Акустические методы исследования. Одним из наиболее распространенных акустических методов исследования является аускультация — выслушивание звуковых явлений, сопровождающих деятельность органов. Чаще всего к аускультации прибегают кардиологи для исследо­вания тонов сердца.

При аускультации сердца различают 2 тона. Первый тон возникает в начале систолы, по высоте он более низкий и более продолжителен. Первый тон получил название систолического, так как его происхожде­ние связывают с комплексом явлений, возникающих при систоле желудочков (дрожание створок предсердно-желудочковых клапанов и их chorda tendineae, напряжение миокарда желудочков). Второй тон — более высокий и короткий. Он возникает при вибрации захлопывающихся в период диастолы полулунных клапанов, вследствие чего получил название диастолического.

Первый тон обычно выслушивают слева в пятом межреберье сосковой линии. В этой точке систолический тон обусловлен в основном деятельностью левого отдела серд­ца и левого предсердно-желудочкового клапана. Этот же тон, возникающий преимущественно в результате работы правого отдела сердца и правого предсердно-желудочкового клапана, выслушивают в четвертом межреберье у грудины.

Второй тон лучше определяется во втором межреберье. При этом справа от грудины выслушивают аортальные кла­паны, слева — клапаны легочной артерии (рис. 16).

Существует метод практической записи звуковых яв­лений, возникающих в сердце, получивший название фонокардиографии (ФКГ). Она осуществляется с по­мощью высокочувствительного микрофона, соединенного с усилителем и регистратором. Как правило, фонокардио-грамму регистрируют совместно с ЭКГ, так как эти про­цессы имеют четкую временную взаимозависимость. При фонокардиографии регистрируют не 2, а 4 тона сердца. Первый тон почти совпадает с зубцом R ЭКГ, второй возникает сразу за зубцом Т. Третий тон связан с вибрацией стенки желудочков в период их быстрого наполнения и располагается после второго тона за зуб­цом Т ЭКГ. Четвертый тон обусловлен систолой и нача­лом диастолы предсердий, в связи с чем он располага­ется после зубца Р на ЭКГ непосредственно перед первым тоном.

Аускультация артерий является основным приемом при определении артериального давления методом Короткова. Современные автоматические и полуавтоматические при­боры для измерения АД работают на основе преобразо­вания тонов Короткова с помощью специальных датчиков (микрофонов) в электрический процесс с последующим его измерением и индикацией.

Широкое распространение получил такой акустический метод исследования, как аудиометрия — определение порогов чувствительности слухового анализатора на различных по высоте тонах, что дает возможность выявить нарушения восприятия звуков различной высоты.

Разновидностью акустических методов являются ульт­развуковые методы исследования. Ультразвук представ­ляет собой механические колебания сверхзвуковой час­тоты (2*10⁴ — 1*10⁹ Гц), распространяющиеся в среде, обладающей упругими свойствами. При этом частицы среды не перемещаются в направлении распространения волны, а колеблются около своих положений равновесия. Волновое движение представляет собой колебательный процесс, при котором в направлении его распростране­ния передается энергия колебаний. Геометрическое место точек, до которого к заданному моменту дошел колеба­тельный процесс, называют фронтом волны, а направле­ние, в котором распространяется этот процесс,— лу­чом.

Распространение упругих волн в среде имеет прост­ранственный характер. При этом в зависимости от формы фронта волны могут быть плоскими, сферическими и цилиндрическими. Если колебания частиц происходят в направлении, совпадающем с распространением волны, то такие волны называются продольными, и они могут распространяться в твердой, жидкой и газообразной сре­дах. Вследствие того что частицы среды при распростра­нении в ней продольных упругих волн колеблются в на­правлении луча, структура продольной волны представляет собой чередование зон сжатия и разрежения.

Если колебания частиц среды перпендикулярны на­правлению распространения волны, то такие волны назы­ваются поперечными или сдвиговыми. Газы и жидкости не обладают сдвиговой упругостью, поэтому распростра­нение сдвиговых колебаний в газах и большинстве жид­костей невозможно.

Знание скорости распространения в различных био­логических тканях имеет большое практическое значе­ние, так как позволяет с высокой степенью точности определять длину пути, пройденного волной, например от одной границы исследуемого объекта до другой, и таким образом проводить измерение величины тканей и органов.

В различных мягких тканях скорость ультразвука является практически постоянной величиной и составляет в среднем около 1550 м/с. Эта величина используется обычно для калибровки медицинской ультразвуковой аппаратуры.

Для изучения и приема ультразвуковых колебаний обычно используют пьезоэлектрические преобразователи (пьезоэлементы). Если пьезоэлемент (ПЭ) сжимать или растягивать в определенном направлении, то он по­ляризуется — приобретает на поверхности заряды, знак которых определяется направлением деформации, а величина — приложенным давлением. Обратный пьезо­электрический эффект проявляется в том, что в ПЭ при помещении его в электрическое поле возникают упругие напряжения в соответствии с направлением поля и про­порционально его напряженности, в результате чего ПЭ деформируется.

Диапазон ультразвуковых частот, обычно применяемых в медицинских приборах, довольно широк и лежит в пре­делах от 0,5 до 1,5 МГц.

Для повышения чувствительности приборов и для уве­личения глубины зондирования увеличивают интенсив­ность ультразвуковых колебаний. Однако при существен­ном повышении интенсивности ультразвука возможен нагрев и даже разрушение биологических структур. В связи с этим диапазон интенсивностей ультразвука медицинских приборов находится в пределах от единиц до нескольких десятков милливатт на 1 см². По данным литературы, предел полностью безопасной дозы интен­сивности составляет величину порядка 100 Мвт/см².

Идея использования ультразвука заключается в том, что исследуемый орган подвергается воздействию направ­ленного ультразвукового луча. Ультразвук, пройдя через здоровую однородную ткань, встречает на своем пути препятствия, которые представляют собой границы органов или тканей. На этих границах ультразвук пре­терпевает частичное или полное отражение, кото­рое может быть зафиксировано электронными прибо­рами.

С помощью этого метода могут быть определены коор­динаты границ органов и тканей тела, их величина и кон­фигурация. Кроме того, при исследовании больших областей тела человека может быть получена двухмерная картина распределения отражающих ультразвук струк­тур.

Такие двухмерные картины представляют собой изо­бражение сечений органов человека, подобное рентге­новским томограммам. Имея несколько таких изображе­ний (эхограмм), можно получить информацию об объем­ном распределении внутренних отражающих ультразвук объектов. Благодаря возможности регистрировать ульт­развук, отраженный от границы с чрезвычайно малой разницей в плоскостях тканей, метод ультразвуковой диагностики в большинстве случаев оказывается более информативным, чем рентгеновский (например, при обсле­довании мягких тканей).

Самым распространенным из ультразвуковых методов визуализации тканей и органов человека является метод импульсной ультразвуковой эхолокации, сущность которого заключается в том, что в исследуемый орган направляется короткий ультразвуковой импульс. Этот импульс, частично отразившись от объекта, поступает обратно на приемник и по изменению его параметров судят о свойствах структур органа.

Обобщенная структурная схема эхо-импульсного и ди­агностического прибора показана на рис. 17. Датчик (1) служит для преобразования электромагнитных колебаний в ультразвуковые, излучения их в объект, приема ультра­звуковых колебаний, отраженных от границ и неоднород-ностей, и обратного преобразования ультразвуковых ко­лебаний в электромагнитные. Генератор зондирующих импульсов (2) вырабатывает высокочастотные электро­магнитные импульсы, возбуждающие преобразователь датчика. Усилитель (3) служит для усиления и детекти­рования принятого сигнала; регистрирующее устройство (4) — для разделения отраженных и принятых сигналов по времени и амплитуде и фиксирования их на экране электронно-лучевой трубки (5), самописце или другом регистрирующем устройстве. Синхронизатор (6) обеспе­чивает синхронную работу всех узлов прибора. Измери­тель времени (7) осуществляет измерение времени про­бега импульса до объекта отражения и обратно, что позволяет, зная скорость распространения ультразвуковых колебаний в биологических тканях, измерять глубины залегания отражающих структур. Временная регулировка чувствительности (8) служит для выравнивания амплитуд сигналов от структур, залегающих на разной глубине. Генератор развертки (9) предназначен для формирова­ния напряжения развертки регистратора.

Существуют 2 способа ввода ультразвука в тело ис­следуемого: иммерсионный и контактный.

Иммерсионный контакт осуществляется через водную среду. При этом испытуемый или погружает исследуемый орган в ванну с водой, в которой находится датчик, или датчик располагают в выполненной из прозрачного для ультразвука материала небольшой кювете, которую поме­щают на исследуемый орган.

В большинстве выпускаемых в настоящее время при­боров применяется контактный метод. Преимуществами этого метода являются большая глубина прозвучивания, лучшая фронтальная разрешающая способность опера­тивности и свобода выбора плоскости необходимого сечения.

В последнее время для накопления сигналов и за­поминания изображения в ультразвуковых приборах стали использоваться так называемые системы цифровой памяти. В этих приборах ЭВМ может использоваться для синтеза изображения, его обработки (улучшения качества, подчеркивания контуров, образования кривых равной яркости и т. д.), а также для анализа получаемых результатов.

Допплеросонография — ультразвуковой метод, позволяющий регистрировать линейную скорость и направ­ление кровотока в сосудах тела человека. Этот неинва-зивный, безболезненный, быстроосуществимый, экономи­чный метод обладает достаточной информативностью. Он позволяет исследовать кровоток не только в артериях, но и в крупных венозных сосудах.

Принцип работы приборов основан на эффекте Доп-плера (1842) — изменений частоты колебаний волн при движении их источника и наблюдателя относительно друг друга. Эффект сохраняется и в том случае, когда движется лишь один объект.

Колебания высокой частоты, вырабатываемые гене­ратором, преобразуются передающим элементом ультра­звукового датчика в акустические, которые направляются на тело человека в месте проекции изучаемого сосуда через специальный звукопроводящий гель. Сигнал, от­раженный от потока крови, поступает на приемный эле­мент ультразвукового датчика и преобразуется в элект­рический. Принятый сигнал имеет допплеровское смеще­ние частоты относительно введенного.

Ультразвуковой датчик в этих приборах представляет собой двухэлементную систему, где один элемент явля­ется приемным, другой — передающим. Элементы имеют вид полудисков диаметром 5—20 мм, установленных под углом 5° к горизонтальной плоскости. В зависимости от конструкции приборов и датчиков используют частоты ультразвука 10, 5, 3 и 2,6 МГц. Оценка состояния цирку­ляции проводится по показаниям стрелочных индикаторов и аудиометрйчески, поскольку спектр смещения доппле-ровских частот лежит в пределах 300—3000 Гц, и следо­вательно, находится в пределах слухового восприятия.

Развитие цифровой вычислительной техники сказа­лось и на этом методе исследования (прибор «Вазоскан»), Использование цифровой памяти позволяет осуществить быстрое накопление данных о скорости кровотока, направ­лении движения крови, толщине стенок сосудов, их пространственном расположении и др. Применение в этих приборах наряду с аудиометрической индикацией спо­соба визуализации сигнала на цветном дисплее с построе­нием плоскостного изображения изучаемых сосудов су­щественно облегчает функциональное исследование кро­вотока и состояния сосудов.

Рентгенологические методы исследования, Рентгено­логические методы основаны на открытии немецкого фи­зика В. К. Рентгена, который в 1885 г. установил, что при прохождении электрического тока высокого напря­жения через разреженный газ появляется излучение, вызывающее свечение флюоресцентного экрана, покры­того платиносинеродистым калием. Это излучение обла­дает свойством проникать через предметы и тела, не пропускающие видимый свет.

Позднее, в 1912 г. Ф. Лауж установил, что рентгенов­ские лучи являются электромагнитными колебаниями с длиной волны от 725 до 0,1 А.

Рентгеновское излучение является ионизирующим и при прохождении через ткани в определенной дозе ока­зывает вредное воздействие, поэтому при работе с рент­геновской аппаратурой необходима специальная защита (экранировка) и к ней допускаются лица, получившие специальную подготовку (рентгенологи). Описание мето­дик работы с такой аппаратурой дано в специальных курсах рентгенологии и не входит в задачу физиологи­ческого практикума.

Вместе с тем в настоящее время появились методы безопасные и точные, которые успешно могут быть при­менены при обычных физиологических исследованиях. Из-за ограниченного объема настоящей книги укажем здесь лишь на один из таких методов, получивший на­звание компьютерной томографии.

Компьютерная томография. В компьютерных томографах рентгеновская трубка и детекторы располо­жены с противоположных сторон исследуемого слоя тканей. Соответствующие устройства обеспечивают пере­мещение системы трубка — детектор вдоль линий, пока­занных на рис. 18 (трансляция). Периодически с детек­торов отводится сигнал. Таким образом, в качестве слоя получают проекцию или профиль под углом 0 на декартову систему координат, расположенную внутри выбран­ного для исследования слоя (1). После завершения трансляции система трубка — детектор поворачивается на угол А (ротация) и вновь начинается процесс скани­рования. В результате этого получают проекцию под углом . В процессе ротации происходит измерение проек­ции исследуемого слоя в диапазоне 0—180°.

Вычислительные устройства, получая информацию от датчиков, рассчитывают коэффициенты поглощения из­лучения в каждой точке матрицы слоя и реконструируют изображение методом фильтрации обратной проекции (конволюции).

Для получения изображения лучшего качества созда­ны системы, использующие просвечивание веерным пуч­ком с вращающимся детекторным полем (более 500 дат­чиков) (рис. 19). Эта система позволяет использовать импульсные режимы излучение — измерение, что сущест­венно снижает лучевую нагрузку на исследуемого чело­века

Получаемые с помощью компьютерного томографа изображения поперечных «сечений» человеческого тела подобны классическим распилам Пирогова и хорошо отражают топографию органов и их частей.

Радионуклидные методы исследования. Радионуклидные методы исследования позволили в физиологических условиях изучать самые тонкие механизмы жизнедеятель­ности — от молекулярного до уровня целостного орга­низма.

Принцип радионуклидных методов исследования зак­лючается во введении в организм веществ, меченных радиоактивными нуклидами (индикаторы), с дальнейшей регистрацией их динамики в организме.

Существуют 4 основные группы исследований. 1. Ра­диометрия: а) клиническая, б) лабораторная — радио­иммунологический анализ (РИА) in vitro. 2. Радиогра­фия. 3. Сканирование. 4. Сцинтиграфия.

В настоящее время при исследовании используют 60 радионуклидов и 100 меченых соединений — радио­фармацевтических препаратов (РФП).

Наиболее часто применяются РФП, содержащие ^32/15-P (фосфор); ^99/43-Tc (технеций); ^111/49-In (индий); ^131/53-I (йод); ^153/54-Хе (ксенон); ^98/79-Аu (золото); ^197/80-Hg (ртуть) и др.

Пути введения: пероральный, парентеральный, ингаляционный, интралюмбальный.

Радиометрия — измерение интенсивности потока иони­зирующего излучения в единицу времени (импульс/с).

Проводят радиометрию всего тела или отдельных органов для определения включения РФП, введенного в организм пациента, МБк/кг. Радиометр выдает инфор­мацию на табло в цифровом выражении. Например, при исследовании функции щитовидной железы внутритирео-идный этап йодного обмена определяют по захвату щитовидной железой йода при пероральном введении РФП — водного раствора йодида натрия активностью 0,8—1,9 МБк.

Радиометрию проводят при исследовании функций печени (определение поглотительной и выделительной функции гепатоцитов), почек (для количественной оцен­ки функционирующей паренхимы) и других органов.

Радиоиммунологический анализ (РИА) in vitro. Радиоиммунологический метод представляет собой так называемый метод связывания. Для количественного определения связанной фазы (комплекс антиген — анти­тело) применяют антитела, меченные радиоактивными препаратами. Радиоиммунологические исследования не требуют инкорпорации РФП, что исключает лучевую на­грузку на пациента.

Методом РИА определяют содержа­ние гормонов, ферментов, лекарственных препаратов в биологических жидкостях, а также изучают физиологиче­ские свойства исследуемых веществ, например иммуно-реактивность и биологическую активность.

Радиография. Метод основан на регистрации на­копления радионуклида в исследуемом органе и регист­рации его выведения (транспорт РФП). Регистрирующее устройство визуализирует процесс в виде кривой на ленте самописца.

Радиографию применяют при исследовании функций почек (радиоренография), печени (радиогепатография), легких (радиопульмонография), сердца (радиокардиогра­фия) .

Сканирование. Метод позволяет визуализировать объемное распределение РФП в организме или исследуе­мом органе в виде плоскостной картины (топография органа). Сканер регистрирует гамма-кванты и преобразует их в электрические импульсы. Печатающее устройство переводит электрические импульсы в изображение (ска-нограмму) с помощью точек, штрихов. По сканограмме можно определить положение, форму и размеры области накопления РФП, т. е. положение, форму и величину исследуемого органа.

При равномерном распределении в исследуемом объек­те РФП изображение будет однородным. Места повышен­ной концентрации радионуклида называются «горячими» узлами, места снижения концентрации или полного от­сутствия РФП — «холодными» узлами.

Используя РФП с определенными органотропными свойствами можно проводить сканирование практически всех органов и систем.

Сцинтиграфия — способ регистрации распределе­ния и скорости перемещения гамма-излучающего РФП в организме с помощью неподвижного детектора (моно­кристалла) больших размеров. Для этих целей применяют гамма-камеру. Результаты исследований в виде таблиц, графиков, изображений получают с помощью ЭВМ. Компьютер позволяет выявить и дать количественную оценку «горячих» и «холодных» узлов, оценить различия в функции симметричных органов и т. д.

Применение гамма-камер с ЭВМ дает возможность проводить динамические исследования и количественные оценки в обычных физиологических условиях; визуали­зировать быстротекущие процессы. Компьютерно-сцинти-графические системы позволяют изучать анатомо-топографические особенности внутренних органов с одновре­менной оценкой их функционального состояния.

Эндоскопия. Эндоскопия — метод исследования полых органов и полостей организма с помощью оптических осветительных приборов.

Приборы вводят, как правило, через естественные отверстия или через небольшие раз­резы в стенке органов и полостей.

Эндоскопический метод применяют для исследования желудочно-кишечного тракта и брюшной полости, орга­нов дыхания, мочевыводящих путей.

Методы эндоскопии начали применять еще в XIX веке. С 1958 г. в практику эндоскопии вошли гибкие фиб­роскопы, обладающие значительно большими разрешаю­щими возможностями и эластичностью. Они способны проходить анатомические каналы изогнутыми под боль­шим углом, не создают большого дискомфорта для ис­следуемого и в настоящее время получили очень широкое распространение во всех сферах применения эндоскопии.

В качестве системы передачи света в фиброскопах используют волоконно-оптические системы, состоящие из пучков элементарных световодов. Элементарный све­товод представляет собой нить из стекла с высоким по­казателем светопреломления, покрытую оболочкой из стекла с низкими оптическими свойствами. Луч света при переходе из среды с высоким показателем преломле­ния в среду с низким показателем преломления испыты­вает полное внутреннее отражение на границе двух сред. Лучи света, падающие на входной торец световода, про­ходят в сердцевину и за счет многократных полных внутренних отражений на границе сердцевина — оболоч­ка выходят из него. Аналогично происходит передача света и при изгибах световодов.

Исследование гибкими фиброскопами не создает существенного дискомфорта для исследуемого, что позво­ляет применять эти методы при массовых исследованиях.

Психофизиологические методы исследования. Класси­ческими психофизиологическими методами исследования являются наблюдение и самонаблюдение, психологический эксперимент. Основной задачей этих методов был качест­венный анализ психических явлений.

Позднее в практику психологического эксперимента были введены методы количественной оценки динамики психических функций. К подобным экспериментальным методам относятся: психометрия, ментиметрический, про­ективный методы и функциональные пробы. Психомет­рический метод используют для оценки продолжитель­ности, силы, скорости и других показателей психической реакции. Ментиметрический (тестовый) метод по­зволяет с помощью набора стандартных тестов или шкал количественно оценивать результаты работы исследуемого человека. Проективный метод основан на исследова­нии личностных особенностей восприятия в проекции личностных качеств на другой объект. Метод функцио­нальных проб включает в себя дозированные функ­циональные нагрузки на определенные системы или пси­хические функции.

Вышеперечисленные методы основаны на сравнении получаемых результатов со стандартными, полученными при массовом обследовании, или характерными для большинства (не менее 95%) обследованных в тех же условиях лиц («статистическая норма»).

Известно, что психические функции человека тесно взаимосвязаны с физиологическими процессами, обеспе­чивающими трофику, дыхание, кровоснабжение, защитный синтез и другие проявления жизнедеятельности организ­ма. В связи с этим психологическое обследование часто сопровождают регистрацией динамики вегетативных по­казателей (АД, частоты пульса, дыхания, кожно-гальва-нических потенциалов, вызванных потенциалов мозга, ЭЭГ и др.). Такое обследование помогает выявить изме­нения вегетативного фона при определенных психических реакциях и носит название психофизиологиче­ского. Психофизиологическое обследование позволяет установить вегетативные корреляты психических функ­ций, выявить степень напряжения организма при опреде­ленных видах деятельности.

В комплексе с вегетативными показателями исследуют внимание, память, мышление, эмоции, интеллект и др.

Внимание — психическая деятельность, направлен­ная на объект, имеющий определенную значимость для индивида. Такая деятельность, сознательно регулируемая и поддерживаемая, характеризует произвольное внима­ние. Непроизвольное внимание не детерминируется соз­нательно поставленной целью. Обычно оценивают объем, устойчивость, распределение и переключение внимания. Каждое качество внимания выполняет определенную роль в целостной психической деятельности.

Объем внимания исследуют, оценивая количество объектов, одновременно воспринимаемых исследуемым в условиях ограничения времени.

Устойчивость внимания изучают, предлагая ис­пытуемому выполнять монотонную, длительную работу, в конце которой регистрируют количество допущенных ошибок и время ее выполнения. Примером такой работы является работа корректора, ее моделью — корректур­ные тесты. Предложено несколько вариантов этих тес­тов. Успешность работы определяют по формуле:

B = S(C — W)/(C + 0),

где С — общее количество отмеченных испытуемым эле­ментов, W — количество неправильно отмеченных эле­ментов, О — количество пропущенных элементов, S — количество всех элементов в задании.

Распределение внимания анализируют методами, которые позволяют оценить возможность выполнения двух или нескольких действий одновременно. Например, нажатие соответствующей кнопки при появлении опре­деленного сигнала, маскируемого близкими по смыслу сигналами.

Переключение внимания оценивают по способ­ности к быстрому переходу исследуемого от одной дея­тельности к другой. Примером является работа с красно-черными цифровыми таблицами, в которых испытуемый должен найти в определенном порядке сначала черные цифры, а затем красные. В корректурном тесте для исследования переключения внимания предлагают вычер­кивать искомую букву перед или после определенной буквы.

Память — способность индивида запоминать, хра­нить и воспроизводить информацию. Различают кратко­временную и долговременную память. Кратковременная память (КП) обеспечивает сохранение информации в мозге непродолжительное время — от момента восприятия до консолидации следов памяти. Кратковременная память подразделяется на непосредственную и оперативную.

Непосредственная память (НП)—способ­ность воспроизвести сразу после предъявления опреде­ленное количество символов. Изучают НП, предлагая записать по памяти возрастающие по количеству знаков ряды цифр, букв и др. Исследование проводят несколько раз, и объем НП вычисляют по формуле:

V = А + т/п + К/2,

где А — наибольшая длина ряда, который во всех опытах воспроизведен правильно; п — количество опытов; т — количество правильно воспроизведенных рядов, больших по количеству знаков, чем А; К — интервал между рядами.

Объем непосредственной памяти отражает абстракт­ную, вне конкретной действительности потенциальную способность к кратковременному запоминанию инфор­мации.

Оперативная память — способность удерживать и воспроизводить через некоторое время определенный объем информации. Например, испытуемому предлагают складывать пары однозначных чисел, а запоминать и воспроизводить только их суммы в той же последователь­ности, в которой осуществлялся процесс сложения. После неоднократного повторения вычисляют объем опе­ративной памяти по формуле:

V = А + т/п + К/2.

Объем оперативной памяти отражает способность исследуемого использовать кратковременную память в процессе определенной деятельности, актуальную способ­ность к кратковременному запоминанию информации.

Отношение ОП к НП характеризует полноту непосред­ственного запоминания. Вычисляют индекс кратковремен­ной памяти, дающий суммарную количественную харак­теристику кратковременной памяти исследуемого:

ИКП (НП + ОП) ОП/НП.

Чем больше этот показатель, тем выше уровень КП ис­следуемого.

Один из методов изучения начального этапа долго­временной памяти — фиксация следов памяти — заключается в заучивании 10 слов, не имеющих между собой логической связи. После каждого предъявления 10 слов исследуемый повторяет их в произвольном порядке. После пятикратного повторения и часового ин­тервала исследуемого вновь просят повторить предъяв­ленные слова. Обычно после трехкратного предъявления здоровый человек воспроизводит 9—10 слов и удерживает их в памяти.

Мышление представляет собой сознание, опосре­дованное знаниями.

Для исследования мышления используют несколько групп методов: оценки способности к классификации, способности к обобщениям и др.

С помощью первой группы методов оценивают воз­можности исследуемого выделить существенные признаки объектов с последующей их группировкой.

Способность к обобщениям исследуют с помощью тестов, характеризующих операцию переноса конкретно заданной ситуации в другие условия.

Для исследования аналитических аспектов мышления используют тесты, позволяющие оценить способность к выделению отдельных компонентов с последующим объе­динением их в единую логически завершенную систему (синтез).

Исследование способности к выделению закономер­ностей и экстраполяции проводят с помощью различных тестов (поиск недостающего числа, шкала «домино», ла­биринтные и шахматные задачи).

Эмоции отражают отношение человека к значимым для него объектам, процессам. Для их изучения исполь­зуют прием мысленного воспроизведения следов эмоцио­нально окрашенных событий.

Помимо этого, применяют метод «оценочных» слов, в котором используют 15—20 «индифферентных» и «эмо­циональных» слов-раздражителей. Вначале исследуемый лишь выслушивает эти слова.

При повторном их предъяв­лении исследуемый должен выразить свое отношение к каждому слову одним из оценочных слов («приятно, неприятно, хорошо, плохо, безразлично»). При последую­щем предъявлении слов-раздражителей к ним присоеди­няют одно из «оценочных» слов, совпадающее или не­совпадающее с «оценочным» словом испытуемого. Послед­ний выражает свое отношение к подобной переоценке словами «согласен» или «не согласен». В результате не­совпадения оценок слов-раздражителей, данных исследо­вателем и испытуемым, может создаваться конфликт­ная ситуация, способная вызвать эмоциональную реак­цию.

Существует много других методов исследования эмо­ций, среди которых следует отдать предпочтение приемам, использующим действительные эмоциональные ситуации (например, исследование эмоций у студентов в период экзаменационной сессии).

Интеллект представляет собой совокупность спо­собностей личности, определяющих успешность обуче­ния, приспособления к новым ситуациям и творческого применения полученных знаний. Методы исследования интеллекта выявляют не только запас сведений, умений, навыков, но и способность использовать их в деятель­ности.

Одним из методов оценки интеллекта является метод Векслера, задания в котором представлены в 11 субтес­тах, характеризующих различные стороны интеллекта. Внутри каждого субтеста задания расположены по прин­ципу возрастающей сложности.

Тест «прогрессивных матриц» Д. Равена направлен на исследование и оценку мыслительных операций (срав­нение, аналогия, логическое заключение и др.). Этот тест состоит из 60 рисунков («матриц»). Из каждого рисунка удалена небольшая часть. Под рисунком распо­ложены 6—8 фрагментов, среди которых находится и удаленная часть. Матрицы расположены в порядке воз­растающей трудности. Исследуемый должен рассмотреть рисунок и решить какой из фрагментов необходимо ис­пользовать для заполнения дефекта матрицы.

Исследование личности осуществляют проективными и непроективными методами. Проективные методы основаны на представлении о возможности бессознатель­ного переноса (проекции) присущих субъекту черт ха­рактера, потребностей, взглядов, идей, мотивов на другое лицо.

Применяют следующие группы проективных методов: 1) конструктивные, содержащие тестовый материал не­определенного характера («пятна» Г. Роршаха) или за­дание синтезировать образ, сюжет из предлагаемого тестового материала; 2) интерпретивные, использующие в качестве тестового материала картины и рассказы, допускающие произвольную интерпретацию их сюжета (тематический апперцепционный тест — ТАТ); 3) катарктические, основанные на анализе придуманного самим исследуемым сюжета драматического содержания.

В методе «чернильных пятен» Г. Роршаха используют 10 карт, несущих симметричные пятна причудливых очер­таний. Пять карт выполнены в черно-белом тоне, две — в черно-красном, три — в многоцветном. Исследуемому предлагают рассказать, что он видит в этих причудливых очертаниях и формах. Этот метод позволяет судить об интеллектуальной деятельности (творчество и оригиналь­ность мышления); экстраверсии — интраверсии как прояв­лении зависимости активности исследуемого от внешних или внутренних побуждений; о состоянии эмоционально­го контроля (предрасположенность к тревоге, невротизации).

Тематический апперцепционный тест (ТАТ) состоит из 29 картин с изображением реальных фигур, людей и объек­тов, практически не ограничивающих интерпретацию сюжета. Исследуемый должен, не ограничиваясь описа­нием объектов, составить динамичный рассказ по картинам. Полученные результаты обрабатывают по двум направ­лениям: оценивают героя сюжета и оценивают среду в восприятии героя. Это позволяет выявить особенности личности испытуемого, мотивы его поведения, потенциаль­ные возможности и тенденции к их осуществлению.

Непроективные методы позволяют изучить от­дельные компоненты структуры личности. К этим методам относятся опросники, личностные шкалы и др. В боль­шинстве из них с помощью нескольких заданий (вопро­сов) оценивается сила определенной личностной характе­ристики.

Наиболее распространенными методами этой группы являются MMPJ, опросники Н. Айзенка, Н. Сиилбергера, метод неоконченных предложений.

MMPJ — миннесотский многопрофильный опросник — содержит 565 высказываний (вопросов), предлагающих исследуемому разделить ситуации на 3 группы: относя­щиеся, не относящиеся к нему и неопределенные («не знаю»). Результаты исследования, выраженные в баллах, сравнивают со стандартом. Метод позволяет исследовать различные характеристики индивида: невротические состоя­ния, моторику, координацию, особенности деятельности различных анализаторов и др. С помощью этого метода можно изучать также привычки исследуемого, его занятия и отношение к ним, семейные отношения, взгляды на вос­питание, на сексуальные, общественно-политические, со­циальные, религиозные проблемы. Данный метод дает возможность выявить аффективные, маниакальные и депрессивные состояния, наличие галлюцинаций, навязчи­вых мыслей и действий и т. д. Тест содержит проверочные шкалы для оценки надежности получаемых результатов (искренность ответов).

Опросник Н. Айзенка позволяет исследовать направ­ленность характера (экстраверсия — интраверсия) и эмоциональную неустойчивость (нейротизм). Лица с экстраверсивным характером общительны, контактны, склонны к переменам, движению, аффектам, агрессии. Интраверсивный тип поведения проявляется в застенчи­вости, стремлении к порядку, выдержанности и высокой оценке эстетических норм. Опросник Н. Айзенка существует в двух идентичных вариантах А и Б, каждый из которых содержит 57 вопросов, среди которых имеются контрольные, направленные на оценку надежности ре­зультатов.

Приведенный далеко не полный перечень методов психофизиологических исследований нашел в настоящее время широкое применение в отборе контингента для ряда профессий (летчики, авиадиспетчеры, водители), в разработке психогигиенических норм производственной деятельности человека, в текущей диагностике пригод­ности человека к выполнению тех или иных производ­ственных функций и т. д.

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ В ДЕЯТЕЛЬНОМ СОСТОЯНИИ ОРГАНИЗМА (ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЫ)

Для решения вопроса о пригодности к конкретным видам профессиональной или спортивной деятельности применяют метод дозированных нагрузок на определенные функциональные системы — метод функциональных проб. В клинической практике этот метод нашел применение в диагностике и оценке успешности лечения.

Многие функ­циональные пробы сопровождаются регистрацией ЭКГ, по которой проводят основные расчеты. Особенно важной является полученная этим методом информация о физи­ческой работоспособности человека.

Физической работоспособностью принято называть такое количество механической работы, которое может выполнить человек с максимальной интенсив­ностью. Определить физическую работоспособность можно прямым путем, т. е. предлагая исследуемому выполнить физическую работу до изнеможения, регистрируя при этом потребление кислорода, АД, частоту пульса и т. д. Но это слишком длительная процедура, кроме того, она может оказаться небезопасной для испытуемого, поэтому рацио­нальнее использовать непрямые методы определения физической работоспособности.

Известно, что одним из главных факторов, обеспе­чивающих физическую работоспособность, является транс­порт кислорода из легких к тканям, который лимитируется аппаратом кровоснабжения, и потребление его в 1 мин. Таким образом, физическую работоспособность может характеризовать показатель максимального потребления кислорода (МПК).

Непрямые методы определения МПК не требуют пре­дельной физической нагрузки и основаны на том, что по частоте пульса при нетяжелой стандартной работе теоре­тически рассчитывают МПК по номограмме или фор­мулам.

Известно, что величина субмаксимальной физической работоспособности (PWC₁₇₀₎ высоко коррелирует с основными гемодинамическими показателями и, следо­вательно, с МПК. Это позволяет определить МПК по величине PWS₁₇₀ с помощью формул, предложенных В. Л. Карпманом с сотр.

Для спортсменов, специализирующихся в скоростно-силовых видах спорта, применяют формулу: МПК= 1,7*PWC_17o+1240; для спортсменов, тренирующихся на выносливость: МПК=2,2*PWC_17o+1070. Абсолютная величина МПК у лиц, не занимающихся спортом, не превышает 2—3,5 л/мин. У спортсменов она достигает 4,5—6,0 л/мин. Относитель­ная величина МПК при пересчете на 1 кг массы тела у не занимаю­щихся спортом составляет 40 мл, у спортсменов — 80—90 мл.

Определение работоспособности по тесту PWC₁₇₀.

Обнаружена линейная зависимость между частотой сер­дечных сокращений и мощностью выполненной мышечной работы. Существует графический метод определения мощ­ности работы при пульсе 170 ударов в 1 мин, (при пульсе выше 170 ударов в 1 мин ударный объем крови снижа­ется).

При выполнении двух нагрузок небольшой мощности (вторая больше первой) этот метод дает возможность определить PWC₁₇₀, т. е. субмаксимальную физическую работоспособность при пульсе 170 ударов в 1 мин. Чем больше PWC₁₇₀ , тем выше физическая работоспособность.

Мощность двух последовательно выполненных нагру­зок откладывают на оси абсцисс; соответствующие им частоты сердечных сокращений — на оси ординат. На пересечении этих величин находят две точки, через ко­торые проводится линия до пересечения с частотой пульса 170 ударов в 1 мин. Из найденной третьей точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс, что и определяет мощность работы при пульсе 170 ударов в 1 мин, т. е. PWC₁₇₀.

Существует и математический метод определения PWC₁₇₀ по формуле:

Определение PWC₁₇₀ осуществляют в следующей после­довательности.

На велоэргометре обследуемый выполняет две нагрузки в течение 5 мин с 3—5-минутным отдыхом между ними. Величину первой нагрузки (N ₁) подбирают в зависимости от степени тренированности испытуемого.

Мощность второй нагрузки (N₂») подбирают с учетом частоты сердечных сокращений, вызванных первой на­грузкой (табл. 2).

В последние 30 с пятой минуты каждой нагрузки подсчитывают пульс, затем по формуле рассчитывают работоспособность при пульсе 170 ударов в мин., т. е.

PWC₁₇₀.

Оценивают PWC₁₇₀ по абсолютным величинам и по количеству кгм/мин на 1 кг массы тела с учетом нагрузки.

У нетренированных мужчин средняя величина PWC₁₇₀ равна 1027 кгм/мин и 15,5 кгм/мин/кг. У нетренированных женщин — 640 кгм/мин и 10,5 кгм/мин/кг.

Физическая работоспособность у спортсменок составляет в среднем 780 кгм/мин и также зависит от направленности тренировочного процесса.

Так, у спортсменок, тренирующихся на выносливость (лыжи, гребля, коньки), она равна в среднем 1144 кгм/мин, у гимнасток — 835 кгм/мин.

Определение работоспособности с помощью индекса гарвардского степ-теста (ИГСТ). Данный тест предпола­гает восхождение испытуемого на ступеньку определенной высоты в заданном темпе с последующим подсчетом пульса и расчетом специального индекса. Высоту сту­пеньки и время восхождения подбирают в зависимости от возраста и пола (табл. 3).

Ритм восхождения у всех обследуемых одинаков — 30 в 1 мин. Метроном устанавливают на 120 ударов в 1 мин. Каждое восхождение состоит из 4 шагов.

Таблица 3. Высота ступеньки и время восхождения при выполне­нии ИГСТ в зависимости от пола и возраста

	Пол	и возраст	Высота ступеньки, см	Длительность восхождений, мин
Мужчины			50	5
Женщины			43	5
Мальчики	— юноши	(12—18 лет)	50	4
Девочки —	девушки	(12—18 лет)	40	4

На счет «раз» обследуемый ставит на ступеньку ногу; «два» — встает на нее обеими ногами, выпрямляет их и прини­мает строго вертикальное положение; «три» — опускает на пол ногу, с которой начал восхождение; «четыре» — становится на пол обеими ногами.

Восхождение и спуск всегда начинают с одной и той же ноги. При выполне­нии этого упражнения разрешается несколько раз менять ногу.

Если обследуемый из-за усталости отстает от ритма в течение 20 с, исследование прекращают и фиксируют его длительность. Полученное время используют в сокра­щенной формуле расчета.

После выполнения ИГСТ подсчитывают пульс за 30 с, на 2, 3 и 4-й минутах восстановительного периода. До­полнительно после выполнения ИГСТ измеряют пульс и АД в течение 5 мин восстановительного периода по обыч­ной методике (пульс — 10 с и АД — 50 с) в течение каждой минуты. Проведенные измерения дают дополни­тельные критерии оценки работоспособности по ИГСТ. Пульс за 30 с, на 2, 3 и 4-й минутах оценивают по формуле:

на 4-й минуте восстановительного периода, t — время выполнения теста в секундах.

Например, пульс за 30 с на 2-й минуте равен 53 ударам; пульс за 30 с на 3-й минуте равен 44 ударам; пульс за 30 с на 4-й минуте равен 43 ударам; время выполнения теста — 5 мин;

Помимо расчета ИГСТ необходимо определить, какой ценой достигнута та или иная физическая работоспособ­ность. Так, у одних людей высокое значение ИГСТ со­провождается нормотоническим типом реакции с восста­новлением пульса и АД на 5-й минуте, в других случаях такая же высокая физическая работоспособность достига­ется более значительным напряжением сердечно-сосу­дистой системы и сопровождается гипертонической, дистонической или гипотонической реакцией. Таким об­разом, дополнительным критерием оценки ИГСТ является обычная оценка реакции пульса и АД, позволяющая сле­дить за изменением как функционального состояния сердечно-сосудистой системы, так и физической работо­способности (табл. 4).

Таблица 4. Средние величины ИГСТ в зависимости от видов спорта (по И. В. Аулику)

Спортивная квалификация	ИГСТ
Бегуны-кроесисты	1 11
Велогонщики	106
Лыжники	100
Марафонцы	98
Боксеры	94
Пловцы	90
Волейболисты	90
Спринтеры (барьерный бег)	86
Штангисты	81
Не занимающиеся спортом	62

Заключение о физической работоспособности по ИГСТ следует делать только при сопоставлении этого индекса с характером реакции пульса и АД.

Физическая работоспособность считается хорошей в тех случаях, когда высокие цифры ИГСТ сопровождают­ся нормотонической реакцией.

Удовлетворительной физическая работоспособность считается тогда, когда высокие цифры ИГСТ сопровождаются гипотонической реакцией, свидетельствующей о боль­шом напряжении и утомлении сердечно-сосудистой сис­темы.

Физическая работоспособность признается неудовлет­ворительной при гипертонической, дистонической (с фено­меном бесконечного тона на 2, 3, и 4-й минутах) или ступенчатой реакции независимо от оценки ИГСТ.