01Hastq_1_2010 (Медицинская техника (лекции)), страница 11

Наблюдение импульса нерва. Вид сигнала от пробегающего по нерву импульса при наблюдении накожным электродом показан на рис 5.1.13. Особенности его формирования ранее был рассмотрен в разделе "Типовые формы биосигналов" рис 4.5. Распространяющийся фронт деполяризации формирует бифазный импульсный потенциал. Нулевое пересечение двухфазного импульса совпадает с моментом прохождения фронта деполяризации над центром наложенного электрода. Наблюдаемый накожными электродами сигнал имеет уровень единицы микровольт и устойчиво регистрируется только при многократном накоплении с периодической стимуляцией.

8 ) Исследование утомляемости мышц. Эти тесты характеризуют качество кровоснабжения и перехода возбуждения нерв - мышца. Стимул подается в области соответствующего мотонейрона и исследуется М или Н ответы на пачки стимулов разной длительности и разной частоты заполнения. Огибающая последовательности М - ответов имеет спадающую величину (рис 5. 1.14). Время начала и скорость спада характеризует утомляемость (в основном определяемом качеством кровоснабжения). Кроме утомляемости важное значение имеет измерение времени восстановления сократительной способности мышцы. После длительной пачки стимулирующих импульсов, гарантирующих утомление, подается одиночный импульс с разной задержкой. Оценивается величина латентного периода при появлении М-ответа для испытательного импульса. Обычно латентный период имеет значение 0.1-3 с. Он сравнивается с латентным периодом при стимуляции двумя одиночными импульсами (в этом случае процесс утомления отсутствует).

При исследование М и Н ответа парным стимулом задержку второго импульса изменяют от 20 мС до 2 сек. Находится время задержки при появлении реакции на второй стимул. Фактически изучается депрессия М ответа после прохождения первого импульса.

Разновидности тестов

Тест высокими ритмами: длительность пачки импульсов устанавливается до 10с, частота импульсов в пачке от 10 до 200 Гц. Обычно частоты фиксированы: 1,2,5,10,20,50,70,100Гц. При заранее выбранной амплитуде меняется длительность пачки. (Иногда наоборот: при фиксированной длительности изменяется частота стимулов). Начало пачки по нажатию кнопки. Интервал отдыха 10-20 сек. Анализируется изменение М ответов по амплитуде от частоты, отыскивается частота, где амплитуда падает в 2 раза. По другой методике при выбранной частоте измеряется изменение амплитуды от времени: фиксируется в процентах спад амплитуды на 2й секунде относительно начальной.

При фиксированной длительности пачки подается последовательность пачек стимулов с нарастающими частотами, указанными выше. Между пачками интервал отдыха 10-20 сек. Строится зависимость уровня М - ответа от частоты в пачке.

Перечисленное обилие методик говорит о наличии многих врачебных школ обследования. Следует ожидать унификации методик и уменьшения сложности обследования. Большое число методик накладывает серьезные требования к автоматизации измерений.

Контрольные вопросы.

1) Структура центральной и периферической нервной системы. Последовательность прохождения нервного возбуждения. Афферентные и эфферентные потоки импульсов. Кто выполняет функцию мотонейронов, аксоны или дендриты? (дендриты- проводники сенсорных окончаний.) Какова роль миелинового покрытия?.

2) Строение скелетной мышцы. Двигательная единица. Передача нервного возбуждения на мышечные волокна. Как обеспечиваются градации усилия.

3) Зависимость уровня порогового возбуждения от длительности стимула. Определение реобазы и хронаксии для отдельных клеток и для нерва. Сходства и различия.

4) Электрические сигналы мышц. Электрические сигналы нервных волокон: Наложение электродов при обследовании. М - ответ, Н - ответ, Т- ответ. Измерение числа двигательных единиц. Измерение утомляемости мышц.

5) Измерение скорости проведения возбуждения по нерву. Наложение электродов. Определение места нарушения проведения.

6) Структура современного миографа. Основные узлы и параметры. Функции накопителя сигналов.

7) Место стимулятора в структуре миографа и основные связи в этой структуре. Типовые характеристики стимулятора и формы испытательных стимулов.

8) Основные методики миографических обследований. Для каких обследований необходимо многократное повторение стимула?.

5.2. Электрокардиография

Особенности строения сердца, определяющие форму электрокардиосигналов.

5.2.1. Обзор типовых методов наблюдения сердца

Болезни сердца занимают одно из первых мест среди недугов населения. Методики обследования состояния сердца имеют длительную историю и очень разнообразны. Перечислим основные из них:

а) прямое прослушивание с использованием стетоскопа (аускультация). Сегодня для анализа тонов сердца используются Фоно кардиография (анализ тонов и шумов сердца, диагностика пороков, стеноза и др),

б) измерение пульса и артериального давления (АД, диагностика гипертонии и др),

в) электрокардиография (ЭКГ - электро­кардиограм­ма) - обследование электрической работы сердца, ишемических заболеваний, инфарктов, аритмий, нервной регуляции. ЭКГ снимается практически при всех заболеваний сердца.

г) Рентген - прямое измерение размеров и контура сердца, сократительной способности, выявление застойной сердечной недостаточности, заболеваний клапанной системы, врожденные пороки, легочная гиппертензия и др. Типовой ренгеновский снимок сердца показан на рис 5.2.1. Там же представлены схемы расположения сердца в грудной клетке. Рентген сильно увеличивает свою информативность при введении в кровь контрастных веществ (такой снимок называется ангиограммой): пример ангиограммы представлен на рис 5.2.2

д) Компьютерная рентгенотомография (КТ) - выявление перикардита, интракардиальных тромбов, аномалий восходящей и нисходящей аорты. Метод дает 10-20 изображений слоев (срезов). Типовое изображение сердца, получаемое КТ сканером по­казано на рис 5.2.2

Р
ис 5.2.1 Рентгенограмма и схемы расположения сердца. Сверху вниз слева направо:

1) рисунок расположения сердца. Правое легкое прикрывает сердце, чем затрудняет наблюдение ЭКГ.

2) Чертеж расположения сердца. Он используется для измерения размеров контура сердца по рентгенограмме (внизу).

3) Горизонтальное сечение грудины. Сердце расположено в передней части сечения. Сигналы со спины значительно ослабляется.

4)Рентгенограмма. Впервые получена в 1899 году. Была основным методом получения изображения сердца до 60х годов.

Р
ис 5. 2.2 Изображения сердца, получаемые: 1) Рентгеном с введением контрастных веществ (ангиограмма). 2) Рентгеновский томограф. Обработка на ЭВМ ряда рентген снимков вращающегося вокруг пациента аппарата позволяет устранить затенение сердца другими органами. ЯМР томография дает подобные изображения. 3) Радиограмма: введение в кровь радиоактивных изотопов позволяет наблюдать распространение / движение меченой крови. 4) УЗ сканер (используется отражения ультразвука от тканей с разной плотностью).

ж) Радиоизотопное обследование - внутри сердечный кровоток и кровоток тела, миокардиальное кровоснабже­ние, пороки сердца в части коронарной артерии, послеоперационное наблюдение за выздоровлением и др. В кровь вводятся радиоизотопы. Типовое изображение радиограммы сердца показано на рис 5.2.2.

з) ультразвуковое обследование (УЗИ) - прямое измерение размеров камер сердца, его контура, сократительной способности, обьективный расчет ударного выброса крови, состояние клапанной системы, направления и скорости кровотока и др. Типовое изображение сердца, получаемое УЗ сканером показано на рис 5.2.2.

и) ЯМР - исследование тканевой структуры миокарда и сосудов, их сужения или лоскутного расслоения, кровотока, особенно после операций коронарного шунтирования. (Используется различие плотности атомов водорода для различных веществ). Дает изображение похожее на таковое у КТ сканера рис 5.2.2.

Представленные на рисунках изображения сердца позволяют судить об ограниченных возможностях современных достижений медицинского приборостроения. Работать врачам с таким качеством визуализации структур миокарда трудно (хотя и это великие достижения, появившиеся только в 19 веке). Делаются попытки осуществлять визуализацию процессов электрического возбуждения (электротомографию миокарда), однако эти работы находятся в начальном состоянии.

Сердце, сердечно - сосудистая система тела, система легочного кровеносного круга во многом выступают как единое неразрывное целое. В дальнейшем мы рассмотрим приборы, обеспечивающие обследование сердца, сердечно сосудистой системы и респираторной системы.

5.2.2. Особенности строения сердца

Миокард (мышцы сердца) отличается от скелетных мышц автономностью своей деятельности [1.2]. Он деполяризуется не под влиянием мотонейронов, а как самостоятельное единое целое (сцинтцилий). Сердце расположено почти в центре груди (см рис 5.2.3).

Рис 5.2.3 а) Расположение сердца и б)кровеносных сосудов человека. б) Структура кровеносной системы. 1- верхняя половина туловища. 2 - сонная артерия. 3 -легочные сосуды. 4 - левое предсердие. 5 - правое предсердие. 6,7 - желудочки. 8 - воротные вены. 9 - аорта 10 - левая почка. 11 - кровоток кишечника. 12 -Кровоток мышц тела.

Сердце как бы подвешено на крупных сосудах. Оно обращено к грудине передними стенками правого предсердия и желудочка.

Сердце состоит из левого и правого предсердия и левого и правого желудочков: на рис 5.2.4 схематично показаны разные части сердца. Размеры сердца у взрослого человека: длинна 12-13 см, ширина 9-10см, передне - задний размер 6 - 7 см.

Р
ис 5. 2.4 Схема сердца и строение.

а) Общая схема, внешний вид, кровеносные сосуды сердца, б) направление жгутов мышечных нитей, в) базальное кольцо с клапанной системой. Оно разделяет мышечные нити предсердий и желудочков и является естественным контуром L ДЗС при деполяризации миокарда.

Мышцы сердца составляют единый узел спирально закручивающихся волокон, образующих веретенообразный "мешек". Мышечные жгуты предсердий и желудочков разделены, те и другие оканчиваются на фиброзном кольце (базальная основа сердца, включающая структуру клапанов). Фиброзное кольцо и клапанная система разделяют предсердия и желудочки. Клапаны регулируют направление тока крови. В большой круг кровь вытал­кивается из левого желудочка, в малый из правого. В целом это единый поток крови.

Протяженность каждой мышечной нити (волокна) близка к размерам сердца (см рис 5.2.4). Снаружи миокард покрыт эпикардом, внутренняя часть выстлана эндокардом. Толщина стенок миокарда от 0.5 (правый желудочек) до 1.5 см (левый желудочек). Питается сердечная мышца от двух венечных артерий, начинающихся от аорты. Каждая венечная артерия формирует свой "бассейн" кровоснаб­жения. В целом структуры артериального кровоснабжения сердца называются коронарными артериями. Большие артерии идут вдоль эндокарда. Мелкие артерии пронизывают миокард в направлении от эндокарда к эпикарду. Это артериолы, отходящие перпендикулярно стволу больших артерий. Они переплетаются с мышечными нитями, доставляя им кислород и питательную среду. Механическое сжатие (систола) миокарда распространяется от эндокарда к эпикарду, поэтому сжатие помогает продвижению крови.

Капилляры артерий переходят в венозные сборщики. Наравне с кровеносной системой в миокарде сильно развита система лимфатических сосудов. Нарушения кровотока и питания миокарда является одним из главных причин заболеваний сердца.

Предсердия заполняются кровью из вен за счет венозного давления (центральное венозное давление). Предсердия перегоняют кровь в желудочки. Входные клапаны в устьях вен отсутствуют, однако мышцы вен сжимаются в течение систолы (сжатия) предсердий, что затрудняет обратный отток. Механическая систола предсердий длится около 100мс, желудочков 300мс. При каждом сокращении выброс крови составляет около 70 мл - это систолический объем (он увеличивается при активации до 100-140мл). Ритм сердца в норме 65-80 ударов в минуту. При активации - до 220 ударов в минуту. Минутный объем (как произведение ударного выброса на ЧСС) составляет от 5 литров/минуту в норме (т.е. полный круг обращения крови примерно за 100 ударов сердца) до 25 - 30 литров при возбуждении (за счет увеличения частоты сердечных сокращений – ЧСС и ударного выброса).

Общая структура мышечных нитей миокарда во многом схожа со строением скелетных мышц. Как и в скелетных мышцах число мышечных нитей миокарда и питающих капилляров сохраняется неизменным в течение жизни, физическая тренировка увеличивает только число активных. При нагрузке растет число активных капилляров миокарда, чем увеличивается площадь диффузии О₂ в клетки мышцы и увеличивается скорость распространения фронта деполяризации миокарда. Длительность цикла деполяризация - реполяризация миокарда сокращается (вероятно за счет увеличения скорости установления электролитного баланса ионов К+ и Na+ во внеклеточной среде). Описывает это сокращение импирическая формула Базета (1922г): t(Q-T)=0,37 , где ЧСС - частота сердечных сокращений в минуту (60/tRR), t(Q-T)- длительность возбуждения. (Коэффициент 0,37 для женщин, для мужчин заменяется на 0,4). Отношение длительности возбуждения (времени механической систолы) к периоду пульса tRR постоянно и равно 0.42 (Начиная с возраста 18-20 лет). Механизм изменения tQT пока не выяснен до конца.

5.2.3. Электрическая деятельность сердца

М
еханическое сжатие - систола сердца предваряется элек­три­ческим возбуждением [3]. Волна возбуждения в каждом цикле деполяризации начинается в синусном узле, расположенном в об­ласти передней стенки (устье - sin) верхней полой вены (рис 5. 2.5).

Возбуждение передается миокарду предсердий, охватывая их со скоростью 0.2 - 0.5 м/с. Распространение волны деполяризации по предсердиям продолжается около 60 мс (период электрической систолы), вызывая механическую систолу (сжатие) предсердий. Время механической систолы предсердий порядка 100мс. Электрическое возбуждение от предсердий непосредственно не распространяется на миокард желудочков, оно поступает к АV узлу (А-Atrio, предсердие, V-Ventriculo, желудочки). Расположен AV узел на фиброзном кольце около 3х створчатого клапана. В АV узле за счет клеток с замедленным процессом деполяризации возбуждение задерживается на 100мс (на время механической систолы предсердий). От АV узла возбуждение передается к внутренней поверхности миокарда желудочков через пучок нервных волокон (пучок Гиса, разделяющийся на правую и левую ножки Гиса). Ножки пучков Гиса проходят внутри желудочков, разветвляются на отдельные волокна и оканчиваются в многочисленных точках (сосочках) по внутренней поверхности желудочков. Под эндокардом поверхность желудочков выстлана сплошным слоем нервных волокон (клетки Пуркинье). Они первые получают возбуждение от окончаний ножек Гиса. Клетки Пуркинье обладают большой скоростью проведения возбуждения (3-5мм/мс), в следствие чего начальное возбуждение отдельных точек переходит в сплошное по всей внутренней поверхности миокарда (через 10 мс.) Таким образом деполяризация желудочков начинается почти одновременно по всей внутренней поверхности и в виде единого фронта движется по толщине стенок к эпикарду.

Необходимо различать форму электрического потенциала действия (ПД) клеток миокарда (внутриклеточного потенциала) и форму ЭКГ фронта распространяющейся деполяризации. На рис 5.2.6 внутриклеточный ПД в разных зонах миокарда показан в тонких линиях, а межклеточный выделен жирно. Внутриклеточный потенциал не наблюдаем внешними электродами. Регистрируемая электрокардиограмма (ЭКГ) отображает движение фронта деполяризации и его электрокинетического потенциала в виде ДЗС. Фронт ДЗС создается неравновесным распределением ионов Na+ и K+. Последовательность перемещения фронта Ъ