Электрическая активность тканей и органов

В живых системах подавляющее большинство процессов определяется электрическими явлениями. Ткани организма состоят из клеток, функционирование которых сопровожда- ется генерацией и проведением биопотенциалов. Это явление лежит в основе большинства процессов жизнедеятельности, а именно возбудимости клеток, регуляции внутриклеточных процессов, работы нервной системы и т.д. В медико-биоло- гической, психофизиологической диагностике исследуются электрические поля, созданные органами и тканями.

Электрография – метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потен- циалов электрического поля на поверхности тела. Электро-

грамма – временнáя зависимость изменения регистрируемой разности потенциалов на поверхности тела ∆φ (t).

С помощью электрографии можно исследовать работу различных тканей и органов. На рис. 3.5 приведены соответ- ствующие названия электрограмм, указывающей на тот или иной орган.

Орган	Название электрограммы
Сердце	ЭКГ (электрокардиограмма)
Сетчатка глаза	ЭРГ (электроретинограмма)
Головной мозг	ЭЭГ (электроэнцефалограмма)
Мышцы	ЭМГ (электромиограмма)
Кожа	КГР (кожно-гальваническая реакция)

Рис. 3.5. Виды электрограмм

Электрокардиограмма. В. Эйнтховен предложил тео- рию электрокардиографии. В ее основе лежит представление о том, что сердце представляет собой токовый диполь, кото- рый характеризуется электрическим токовым дипольным моментом D. В процессе сокращения электрическая актив- ность сердца меняется с течением времени. Это происходит в результате распространения волн возбуждения по различным участкам сердца. Распространение возбуждения по различ- ным тканям сердца осуществляется путем передачи потен- циала действия от клетки к клетке. Электрическое поле, соз- даваемое сердцем, регистрируют с помощью электродов, прикладываемых непосредственно к телу (рис. 3.6, а). При этом между различными точками тела создается разность по- тенциалов, меняющаяся в соответствии с колебаниями вели- чины и направления этого электрического поля. Метод реги- страции электрической активности сердца называется элек- трокардиографией. Согласно теории Эйнтховена, электриче- ское поле сердца представляется в виде интегрального элек- трического вектора сердца E, который является векторной суммой токовых дипольных моментов разных частей сердца. Он меняется по величине и направлению в соответствии с фазами возбуждения отделов сердца. Начало вектора E не- подвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец

описывает сложную пространственную кривую. Измеряются разности потенциалов с течением времени в различных отве- дениях, и таким образом получаются электрокардиограммы с различных точек съема. По характерному виду электрокар- диограмм врач судит о состоянии сердца.

На рис. 3.6, б приведен характерный вид электрокардио- граммы в норме.

а

б

Рис. 3.6. Структура эквипотенциальных поверхностей электрического поля, создаваемого сердцем (а); электрокардиограмма (б)

Электрическая активность мозга. Измерения и анализ временных зависимостей разностей потенциалов электриче- ских полей, генерируемых мозгом, используются для диаг- ностики различных патологий нервной системы, психиче- ских расстройств, нарушений сна и т.д.

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – график изменения во времени разности потенциалов, генерируемых мозгом между различными участками (точками съема) поверхности головы. Пример регистрации и вид ЭЭГ представлен на рис. 3.7.

ЭЭГ отражает интегральную активность огромного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн воз-

буждения в нейронных сетях. Для анализа сложной зависи- мости разности потенциалов от времени используют теорему Фурье. Сложное колебание раскладывают на сумму простых гармонических колебаний, и далее анализируют либо интен- сивность той или иной частоты в различных областях голов- ного мозга, либо на каком-то участке коры получают спектр частот.

Рис. 3.7. Регистрация ЭЭГ с восьми электродов

У взрослого бодрствующего человека доминирует альфа- ритм (8–13 Гц ); также наблюдаются бета- (14–35 Гц), гамма- (35–70 Гц) и дельта- (0.5–3 Гц) ритмы. При переходе от бодрствования ко сну альфа- и бета-ритмы замещаются более медленными дельта- и тета-ритмами (4–7 Гц). Широко при- меняется анализ активности головного мозга с помощью ме- тода картирования. Если следят за каким-то определенным ритмом, то исследуют интенсивность или спектральную мощность именно этой частоты, а затем с помощью компью- терной обработки вся поверхность головы окрашивается раз- личными цветами от красного (максимальная интенсивность) до синего (минимальная). Этот метод помогает наглядно представить результаты исследования (рис. 3.8).