Опыт 1 Регистрация пульса

Электрические процессы в сердечной мышце. Электрокардиограмма и её анализ.

Электрические процессы в сердце

Возбуждение сердечной мышцы, как и всех других тканей, характеризуется возникновением электрических токов (биопотенциалов действия), которые распространяются по всему телу и могут быть зарегистрированы на электрокардиографе (он усиливает биопотенциалы сердца и регистрирует их на движущейся бумажной ленте). Метод записи токов действия сердца человека получил называние электрокардиографии. Запись биопотенциалов сердца называется электрокардиограммой (ЭКГ).

В зависимости от мест наложения электродов на тело различают несколько отведений. Как правило, ЭКГ снимают в 12 отведениях, что позволяет оценивать состояние всех отделов сердца. Три отведения, при которых электроды накладываются на конечности, называются стандартными. При этом прибор соединяется с правой и левой руками (первое отведение), затем с правой рукой и левой ногой (второе отведение) и, наконец, с левой рукой и левой ногой (третье отведение).

ЭКГ снимают в состоянии мышечного покоя, непосредственно при физических нагрузках и в процессе восстановления.

У здорового человека на ЭКГ отчетливо видны пять зубцов: P, Q, R, S, T.

При анализе ЭКГ определяют высоту и направленность зубцов и длительность интервалов между ними. Длительность сердечных циклов определяется по интервалу между одинаковыми точками на ЭКГ. Удобнее всего это делать по вершинам зубцов. [5]

У здоровых людей длительность сердечных циклов может быть неодинаковой. Это явление называется физиологической или синусовой аритмией. Изменение длительности сердечных циклов обычно связано с фазами дыхания: при вдохе они укорачиваются, в конце выдоха удлиняются. Синусовую аритмию, если нет каких-либо заболеваний сердца, рассматривают как показатель его хорошего функционального состояния.

Точные сведения о наличии и степени синусовой аритмии могут быть получены лишь при записи не менее 100 сердечных циклов. Если разница в длительности сердечных циклов не превышает 0,15 сек., то аритмию считают невыраженной, при разнице до 0,30 сек. – выраженной, при разнице больше 0,30 сек. – резко выраженной.

Во время сердечных нагрузок сердечные циклы укорачиваются и длительность отдельных циклов становится почти одинаковой. Это происходит быстрее у малотренированных людей при выполнении тяжелой работы. Физические нагрузки сопровождаются и другими изменениями показателей ЭКГ. Наиболее часто отмечается изменение высоты отдельных зубцов и смещение интервалов P-Q и S-T от нулевой линии. По изменениям показателей ЭКГ при мышечной деятельности оценивают степень приспособления сердца к физическим нагрузкам. [4]

 

Движение крови по сосудам

Закономерности, которым подчиняется кровь при движении по сосудам, основаны на законах гидродинамики. Однако физические законы в живом организме, где все явления, в том числе и движение крови, происходит в сложных биологических условиях, приобретают своеобразный характер. Для изучения кровообращения часто применяют модели. Сердце выбрасывает отдельные порции крови только при систоле. Несмотря на это, кровь по кровеносным сосудам течет беспрерывной струей. Ток крови становится беспрерывным благодаря эластичности стенок артерий.

Сердце, сокращаясь, выбрасывает кровь в артерии. Кровь выбрасывается отдельными порциями. После систолы желудочков давление в артериях резко повышается, и стенки артерий растягиваются. Вслед за систолой наступает диастола, когда стенки сосудов в силу эластичности возвращаются к первоначальному положению. Они давят на кровь, проталкивая ее дальше, и обеспечивают равномерный ее ток по сосудам.

 

Кровяное давление

Величину кровяного давления в основном определяют два условия: энергия, которая сообщается крови сердцем, и сопротивление артериальной сосудистой системы, которое приходится преодолевать току крови, оттекающей из аорты.

Таким образом, величина кровяного давления будет неодинаковой в разных отделах сосудистой системы. Наибольшее давление будет в аорте и крупных артериях, в мелких артериях, капиллярах и венах оно постепенно снижается, в полых венах давление крови меньше величины атмосферного давления. Неодинаковым будет кровяное давление и на протяжении сердечного цикла, - большее оно будет в момент систолы и меньшее в момент диастолы. Колебания кровяного давления при систоле и диастоле сердца происходит лишь в аорте и артериях. В артериолах и венах давление крови постоянно на всем протяжении сердечного цикла.

Наибольшее давление в артериях называется систолическим, или максимальным, наименьшее – диастолическим, или минимальным.

Давление в разных артериях неодинаково. Оно может быть различным даже в артериях с равным диаметром (например, в правой и левой плечевых артериях). В состоянии покоя у взрослых здоровых людей систолическое давление в плечевой артерии, где его обычно измеряют, равно 100-140 мм рт.ст. У молодых людей оно не должно превышать 120-125 мм рт.ст. Диастолическое давление равно 60-80 мм рт.ст., и обычно оно на 10 мм превышает половину величины систолического давления. Состояние, при котором артериальное давление низкое (систолическое ниже 100 мм), называют гипотонией. Стойкое повышение систолического (выше 140 мм) и диастолического давления, называют гипертонией. Разница между величинами систолического и диастолического давления называется пульсовым давлением, обычно оно составляет 50 мм рт.ст.

Артериальное давление у детей ниже, чем у взрослых; у пожилых людей в связи с изменением эластичности стенок сосудов оно выше, чем у молодых. Артериальное давление у одного и того же человека не бывает постоянным. Оно изменяется даже в течение суток, например, повышается при приеме пищи, в период эмоциональных проявлений, при физической работе.

Время, в течение которого производится измерение давления, не должно превышать 1 мин., так как может быть нарушено кровообращение ниже места наложения манжеты.

 

Пульс

При каждой систоле сердце выбрасывает определенное количество крови, которая, попадая под большим давлением в аорту, растягивает ее стенки. Во время диастолы стенки аорты, обладающей большой степенью упругости, возвращаются в исходное положение. Затем они вновь растягиваются новой порцией крови, выброшенной очередной систолой. Это растяжение и сжатие стенок аорты вызывает ее ритмические колебания, которые передаются по стенкам артерий. Если положить палец к тем участкам тела, где артерии подходят к поверхности, то можно ощутить эти колебания.

Ритмические колебания стенок артерий называются артериальным пульсом. Пульс можно прощупать на кисти руки, слегка прижав лучевую артерию к лучевой кости, на виске, на шее, у угла нижней челюсти, в паху и т.д. Пульсовые колебания не надо смешивать с током крови, так как скорость распространения пульсовой волны не связана со скоростью течения крови по сосудам. Ритмические колебания стенок сосудов, или пульсовая волна, как ее обычно называют, распространяется со скоростью 9 м в секунду, а наибольшая скорость, с которой течет кровь, не превышает 0,5 м в секунду. Пульсовая волна, распространяясь по артериям, постепенно ослабевает и окончательно теряется в капиллярной сети.

Запись пульса представляет собой характерную кривую, у которой наиболее крутой подъем соответствует систоле желудочков, когда выброшенная в аорту кровь растягивает ее стенки. За систолой следует диастола, когда давление падает. Это понижение давления в аорте на кривой отражается в виде спуска. Вслед за спуском кривой наблюдается вторичный подъем, который объясняется следующим образом. При диастоле сердце расслабляется и давление в желудочке падает, тогда часть крови, выброшенной в аорту при систоле, устремляется обратно в сторону сердца, однако не может туда попасть, так как ей преграждают путь полулунные клапаны. Кровь ударяется о полулунные клапаны и вновь возвращается в аорту, вызывая новый дополнительный подъем давления.

Частота пульса примерно равна 70 ударам в минуту. Количество пульсовых колебаний соответствует количеству сокращений сердца. Изменение деятельности сердца в связи с фазами дыхания называется дыхательной аритмией.

 

Дыхание

Дыхание представляет собой сложный процесс газообмена между внешней средой и организмом. В организм из внешней среды поступает кислород, а наружу выделяется углекислый газ. Кислород – необходимый элемент обмена веществ.

Проходя через капилляры малого круга кровообращения, кровь обогащается кислородом, поступающим в них из легочных альвеол, и отдает углекислый газ. Этот процесс называется легочным газообменом. Переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолярный воздух обусловлен разным давлением каждого из этих газов в крови и в воздухе, наполняющем альвеолы. [2]

При вдохе грудная клетка расширяется и ее размеры увеличиваются, что обусловлено обычно сокращением межреберных мышц и диафрагмы. При ускоренном дыхании во вдохе участвуют и другие мышцы. За расширяющейся рудной клеткой следуют легкие, которые легко растягиваются. В растянутом легком давление падает ниже атмосферного, создается разность давлений между легочным и атмосферным воздухом, и под его действием наружный воздух засасывается в легкие.

При обычном выдохе мышцы, обеспечивающие вдох, расслабляются, грудная клетка в силу тяжести возвращается в исходное положение, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается и воздух, вошедший в легкие на вдохе, выталкивается наружу. В сильном выдохе участвуют брюшной пресс и другие мышцы.

В состоянии покоя при каждом вдохе в легкие поступает около 500 мл воздуха. При выдохе такое же количество воздуха выходит наружу. Этот объем воздуха называется дыхательным объемом. Легкие человека обладают резервом емкости, который используется при усиленном дыхании. Так после спокойного вдоха человек может дополнительно вдохнуть еще около 1500 мл воздуха. Этот объем называется резервным объемом вдоха. После спокойного выдоха человек может, сделав усилие, выдохнуть еще примерно 1500 мл воздуха. Это резервный объем выдоха. Дыхательный объем и резервный объемы вдоха и выдоха составляют жизненную емкость легких (ЖЕЛ). Величина ЖЕЛ зависит от размеров тела и степени развития дыхательных мышц, возраста, пола.

 

Легочная вентиляция

Циркуляция воздуха в легких во время дыхания называется легочной вентиляцией, показателем которой является минутный объем легких. Под минутным объемом понимают то количество воздуха, которой проходит через легкие в минуту, а для этого необходимо знать частоту дыхания.

Частота дыхания у взрослых людей составляет 12-18 дыхательных движений в минуту. Большое значение имеет тренировка;- у тренированных людей дыхательные движения совершаются более медленно и равняются 6-8 в минуту. Дыхание у детей более частое, чем у взрослых, например, новорожденные дышат 60 раз в минуту, ребенок 5 лет – 25 раз в минуту, а в 15-16 лет частота дыхания достигает величины 12-18 и такой сохраняется в дальнейшем. При мышечной работе дыхание учащается в 2-3 раза, доходя до 40-45 раз в минуту и более. На частоту дыхания влияет температура окружающей среды, умственная работа и др. [6]

Если мы знаем, что дыхательный объем равен примерно 500 мл, а в покое человек в среднем делает около 16 дыхательных движений в минуту, то, в среднем через его легкие за 1 минуту проходит около 8 л воздуха. Это количество воздуха и будет составлять минутный объем дыхания (МОД). Величина МОД зависит от размеров тела, возраста, пола и от интенсивности протекания в организме окислительных процессов.

При физической работе ткани, особенно скелетные мышцы, требуют значительно больше кислорода, чем в покое, и вырабатывают больше углекислого газа. Это приводит к увеличению МОД как за счет учащения дыхания, так и вследствие увеличения дыхательного объема. Чем тяжелее работа, тем относительно больше МОД. Дыхание с большой глубиной требует участия дополнительных мышц – большой грудной, мышц живота, трапециевидных и др. Эти мышцы, включаясь в работу по дыханию, требуют большего количества кислорода и как бы «отнимают» его у мышц, выполняющих движения. Для записи дыхательных движений используют различные методики. Запись дыхания называют пневмографией, а кривую – пневмограммой. Такая кривая дает возможность судить о частоте, глубине и взаимоотношении отдельных фаз дыхания.

 

Опыт 1 Регистрация пульса

    В состав датчика пульса входят первичный преобразователь и усилитель электрического сигнала. Первичный преобразователь выполнен в виде клипсы, которую закрепляют на одном из пальцев руки. В клипсу вмонтирован оптический излучатель (светодиод) и приемник излучения (фототранзистор).

    Кровеносные сосуды пальца в ритме сокращений сердца модулируют по амплитуде световой поток, поступающий от излучателя к приемнику. Фотоприемник преобразует световой поток в электрический сигнал. Усилитель усиливает слабые сигналы, снимаемые с выхода фотоприемника, и подавляет сетевые помехи на частоте 50 Гц. Усиленный и отфильтрованный сигнал поступает на вход компьютерного измерительного блока, оцифровывается и передается в компьютер.

Для проведения опыта усадите испытуемого и наденьте на один из его пальцев датчик. При измерении пульса человек должен находиться в полном покое. Выберите в меню на экране компьютера пункт «Регистрация пульса». Данный пункт содержит два сценария: «Запись пульсовых колебаний» и «Определение частоты пульса».

Сценарий «Запись пульсовых колебаний» выводит сигнал с датчика без обработки. Для проведения опыта выберите этот сценарий и войдите в режим проведения измерений. После остановки измерений Вы можете с помощью курсора определить время, за которое прошло определенное количество ударов пульса и рассчитать среднюю частоту пульса за выбранный период. Кнопка «Пауза» позволяет останавливать процесс измерений и возвращаться к ним («Далее») после, например, выполнения испытуемым каких-либо физических упражнений. [6]

Сценарий «Определение частоты пульса» позволяет работать с частотой пульса в режиме реального времени. На экран компьютера выводится два графика. Один из графиков представляет запись пульсовых колебаний (амплитуда сигнала с датчика в зависимости от времени), а второй представляет частоту пульса. Частота пульса рассчитывается на основе определения интервала времени, разделяющего два соседние пульсовые удара. Построение графика зависимости частоты пульса от времени начинается с небольшой задержкой относительно времени начала измерений. Это время необходимо для проведения автоматической настройки измерительной системы на параметры поступающего сигнала, характер которого может несколько отличаться для разных людей.

Для успешного проведения опыта не следует предпринимать действий, уменьшающих амплитуду регистрируемых пульсовых колебаний в течение эксперимента.