4.Действие электрического тока на возбудимые ткани

Электрический ток широко используется в экспериментальной физиологии при изучении характеристик возбудимых тканей, в клинической практике для диагностики и лечебного воздействия, поэтому необходимо рассмотреть механизмы воздействия электри­ческого тока на возбудимые ткани. Реакция возбудимой ткани за­висит от формы тока (постоянный, переменный или импульсный), продолжительности действия тока, крутизны нарастания (измене­ния) амплитуды тока.Эффект воздействия определяется не только абсолютным значе­нием тока, но и плотностью тока под стимулирующим электродом. Плотность тока определяется отношением величины тока, протека­ющего по цепи, к величине площади электрода, поэтому при мо­нополярном раздражении площадь активного электрода всегда мень­ше пассивного.

Переменный ток. Эффективность действия переменного тока определяется не только амплитудой, продолжительностью воздействия, но и частотой. При этом низкочастотный переменный ток, например частотой 50 Гц (сетевой), представляет наибольшую опасность при прохождении через область сердца. В первую очередь это обусловлено тем, что при низких частотах возможно попадание очередного стимула в фазу повышенной уязвимости миокарда (см. главу 7) и возникновение фибрилляции желудочков сердца. Действие тока частотой выше 10 кГц представляет меньшую опасность, поскольку длительность полупериода составляет 0,05 мс. При такой длительности импульса мембрана клеток вследствие своих емкостных свойств не успевает деполяризоваться до критического уровня. Токи большей частоты вызывают, как правило, тепловой эффект.

Искусственная модель клетки не просто поможет пролить свет на то, каким образом некоторые клетки создают электрические импульсы; эта модель работает, как маленькая батарея. Такие искусственные клетки могут стать альтернативой традиционным твердотельным источникам энергии.

Синтетические клетки представляют собой окруженные липидной оболочкой капли водно-солевого раствора, содержащего ионы калия и хлора.

Молекулы липидов примечательны тем, что один конец молекулы притягивается к молекулам воды, другой конец их отталкивает. Когда две такие клетки соприкасаются друг с другом, гидрофобные концы липидов на внешней стороне клетки реагируют друг на друга, образуя стабильную двухслойную перегородку, разделяющую содержимое клеток — точно так же, как это делают настоящие клеточные мембраны.

Однако этим работа исследователей отнюдь не исчерпывается. Они внесли в двуслойную перегородку модифицированный белок — альфа-гемолизин, производимый бактерией Staphylococcus aureus. Эти добавленные белки создают в перегородке поры, способные пропускать ионы туда и обратно — точно так же, как поры в биологической клетке.

"Таким образом, либо положительные, либо отрицательные ионы могут преодолевать перегородку, создавая электрический потенциал, — пишет Лавэн. — Пользуясь этим потенциалом, мы можем получить электрический ток".

Если растворы в двух клетках изначально обладают разными концентрациями, то, введя в клетки металлические электроды, мы получим настоящий гальванический элемент. Компенсируя ток ионов через каналы, в соединяющем электроды проводнике возникнет электрический ток. Постепенно концентрации ионов в клетках уравняются — система разрядится.

По мнению Лавэна, создание искусственных копий сложных клеток — например, клеток электрического угря, позволяющих ему оглушать добычу электрическим импульсом — пока что слишком сложная задача. Пока что ученые заняты исследованием построенной ими простейшей системы, работу которой удобно изучать именно в силу минимального набора элементарных свойств — таких, как размер капель, концентрации водных растворов и количества ионных каналов в перегородке между клетками.

Миниатюрная батарея из двух искусственных клеток, содержащая всего 200 нанолитров раствора, способна поддерживать электрический ток в течение почти 10 минут. Большая по размерам система, содержащая порядка 11 микролитров, продержалась более четырех часов.

По соотношению производимой энергии и данного объема биологические батареи в двадцать раз менее эффективны, чем традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы. Но в отношении денежной стоимости превращения химической энергии в электрическую искусственные клетки уже вполне сравнимы с твердотельными устройствами, превращающими тепло, свет или механическое напряжение в электричество — таким образом, рано или поздно синтетические клетки могут занять их место в инструментарии нанотехнологий.  

5. Импедансная реография     Анализ реовазограммы включает качественную и количественную характеристику отдельной реографической волны, которая по своей форме напоминает сфигмограмму Она имеет анакроту с периодом , представленную крутым подъемом основной (систолической) волны, который ближе к вершине (с) становится более пологим; за вершиной систолической волны следует катакрота с периодом  — нисходящая часть с двумя-тремя дополнительными волнами, первую из которых с вершиной d называют диастолической (или дикротической). Между систолической и диастолической волнами образуется выемка — инцизура (i). Систолическому подъему может предшествовать пресистолическая волна (), которую связывают с сокращением предсердий. Она может иметь различный вид: от небольшой зазубрины до хорошо выраженной волны с амплитудой до ¹/₄ основной волны. Основная волна до инцизуры формируется вследствие значительного преобладания притока крови над ее оттоком в начале систолы с последующим (после достижения вершины волны) преобладанием оттока, которое продолжается и весь диастолический период. Форма и амплитудные характеристики диастолической части волны (после инцизуры) во многом определяются сопротивлением оттоку крови из исследуемой части тела, а также элегичностью (тонусом) артериальных стенок, от которой зависит частотный спектр их колебаний, влияющий на выраженность дополнительных волн. Дифференциальная реовазограмма отличается более крутыми подъемом и спадом и заостренностью вершины систолической волны, меньшей амплитудой дополнительных волн, которые имеют вид зубцов. Восходящая часть систолической волны дифференциальной РВГ отражает систолический прирост скорости пульсового кровенаполнения, приобретающей максимальные значения в момент, соответствующий вершине волны (5), проекция которой на волну основной РВГ обычно приходится на переход крутого подъема систолической волны в более пологий.

    Качественная характеристика реовазограммы учитывает регулярность кривой, крутизну анакроты, характер вершины, форму катакроты, количество и выраженность дополнительных волн. Кривая считается регулярной, если каждая последующая волна похожа на предыдущую. При аритмии регулярность волн нарушается: чем длиннее диастола, тем выше амплитуда следующей за ней волны реограммы. Подъем анакроты может быть крутым, пологим, уступами, с зазубринами. Вершина систолической волны бывает закругленной, плоской, куполообразной, аркообразной, двугорбой, острой, в форме петушиного гребня. Особой изменчивостью отличается нисходящая часть кривой: она может опускаться круто, плавно, быть выпуклой, меняются количество дополнительных волн, момент возникновения диастолической волны, ее амплитуда.

    Основой количественного анализа РВГ является измерение амплитуд отдельных участков реографической волны (при колебаниях амплитуды рассчитывают ее среднее значение из 5—10 волн) и ряда временных интервалов. Для сравнения результатов разных исследований амплитуду следует выражать в омах, что достигается умножением высоты данной точки кривой над линией основания волны в миллиметрах на показатель масштаба регистрации (отношение величины калибровочного сигнала в омах к его высоте в миллиметрах). Целесообразно измерять следующие наиболее информативные показатели (рис. 1): амплитуды систолической и диастолической волн, амплитуду реографической волны на уровне инцизуры, длительность анакроты и катакроты, а также рассчитывать коэффициент асимметрии амплитуд систолической волны на правой и левой конечностях.

    Амплитуду систолической волны (А) при постоянном использовании стационарного калибровочного сигнала выражают иногда не в омах, а как отношение высоты (в миллиметрах) систолической волны к высоте калибровочного импульса — так называемый реографический систолический индекс (РСИ). Этот показатель характеризует величину пульсового кровенаполнения исследуемого участка конечности, его снижение может быть связано с уменьшением ударного объема сердца и нарушением артериального притока в связи с гипертонией или органическими изменениями стенок артерий.

    Амплитуду диастолической волны (D) измеряют на уровне высшей точки волны после инцизуры. Ее отношение к амплитуде систолической волны (D/А) — так называемый диастоло-систолический индекс (ДСИ) характеризует, как считают, соотношение оттока и притока крови.

    Амплитуду реографической волны на уровне инцизуры (В) измеряют для расчета отношения В/А — так называемого дикротического индекса (ДИ),

который считают зависимым от тонуса артерий среднего калибра.

    Коэффициент асимметрии (КА) амплитуд систолической волны на правой и левой конечностях рассчитывают в процентах по формуле:

,

где А_б и А_м — амплитуды соответственно большей и меньшей величины; в норме КА не превышает 10%.

    Длительность анакроты (а) соответствует интервалу от начала реографической волны до точки пересечения линии ее основания с перпендикуляром, опущенным из вершины волны. Она зависит от частоты сердечных сокращений, но, выраженная в процентах к длительности сердечного цикла Т, соответствующей интервалу между вершинами двух соседних реографических волн

,

отличается относительной устойчивостью, причем у молодых этот показатель несколько меньше, чем у пожилых. Увеличение этого показателя считается характерным для уменьшения растяжимости артерий крупного и среднего калибра, например в связи с повышением их тонуса.

    Длительность катакроты ( = Т — ), в том числе в процентах к длительности сердечного цикла, выражение зависит от частоты сердечных сокращений; полагают, что увеличение этого показателя может указывать на затрудненный отток крови.

    При специальных исследованиях изучают другие (кроме перечисленных) показатели РВГ, в частности для оценки изменений тонуса артерий раздельно крупного и среднего калибра. Считают, что уменьшение растяжимости крупных артерий проявляется преимущественным снижением так называемой максимальной скорости быстрого кровенаполнения (V_макс, Ом/с), артерий среднего калибра — снижением так называемой средней скорости медленного кровенаполнения (Vcp, Ом/с). Для расчета этих показателей измеряют время быстрого кровенаполнения ₁ (по интервалу между началом систолического подъема кривой и точкой пересечения линии основания волны с перпендикуляром, восстановленным из вершины S синхронно записанной дифференциальной РВГ), время медленного кровенаполнения (₂ = — ₁ амплитуду волны А₁ в точке пересечения кривой с перпендикуляром, разделяющим отрезки ₁ и₂, а также разницу А₂ = А — А₁. По этим показателям рассчитывают V_макс = А₁/₁ и Vcp = ₂.

    Реовазограммы верхних и нижних конечностей несколько различаются (рис. 2). Реовазограмма верхних конечностей отличается более крутым подъемом и более заостренной вершиной систолической волны, хорошо выраженными и более высоко расположенными инцизурой и диастолической волной, нередко наличием двух-трех дополнительных волн на канакроте. Амплитуда систолической волны растет по направлению от проксимальных участков конечностей к дистальным. Высота же диастолической волны наибольшая на предплечье, наименьшая — на РВГ первого пальца стопы. Следует учитывать, что чем меньше расстояние между электродами, тем меньше и амплитуда пульсовых волн на реограмме.

    Реовазограмма одного и того же участка, написанная на различных реографах, может отличаться величиной амплитудных показателей, что связано с техническими особенностями аппарата, поэтому в каждом кабинете функциональной диагностики целесообразно обследовать контрольную группу здоровых людей с целью получения нормативных величин показателей для используемого реографа. Ориентировочные величины колебаний основных показателей РВГ у здоровых людей приведены в таблице.

Таблица

Колебания основных реографических показателей у здоровых лиц

Исследуемые области	А, Ом	ДИ	, с	, с
Предплечье	0,07—0,08	0,6—0,7	0,11—0,12	0,69—0,76
Кисть	0,10—0,11	0,6—0,7	0,12—0,13	0,65—0,76
Палец кисти	0,13—0,15	0,6—0,7	0, 13—0,14	0,66—0,76
Голень	0,07—0,08	0,6—0,7	0,11—0,12	0,67—0,76
Стопа	0,10—0,11	0,6—0,7	0,12—0,13	0,65—0,75
Палец стопы	0,13—0,15	0,6—0,7	0,13—0,14	0,66—0,76