90146 (Электрографический метод)

Электрографический метод

1. Предисловие.

Электрографический метод - метод регистрации и анализа биоэлектрических процессов человека и животных--нашел весьма широкое применение в клинической практике, физиологическом эксперименте, авиационной и космической медицине, исследованиях по физиологии труда и спорта. Столь широкое применение электрографического метода объясняется тем, что он позволяет получить ценную информацию о нормальной или патологической деятельности тканей, органов и систем. В медицине электрографический метод зарекомендовал себя как важный диагностический метод. Так, ни одно кардиологическое исследование не проводится теперь без тщательного анализа электрической активности сердца больного. Ценные диагностические данные дают исследования электрической активности мозга и мышц и др...

Большим достоинством электрографического метода при использовании в клинике является его безболезненность. Широкому применению электрографического метода содействовало использование в технике электрографии последних достижений электроники.

Современные электрографические установки, обеспечивающие многоканальную регистрацию биоэлектрических процессов и автоматический анализ электрограмм, представляют собой весьма совершенные, но довольно сложные устройства.

Какими же знаниями электрографической техники должны обладать электрофизиолог и врач, использующие электрографическую аппаратуру в своей повседневной работе? Следует ли им знать эту аппаратуру так же хорошо, как и инженерам и техникам, занимающимся ее разработкой и эксплуатацией, или можно целиком положиться на инженеров и техников и вовсе не знать характеристик и возможностей аппаратуры?

Нетрудно показать, что первое невозможно, а второе недопустимо. В самом деле, если бы электрофизиолог и врач, пользующиеся электрографическим методом, попытались глубоко изучить электрографическую технику , то у них не хватило бы времени на свою основную работу. Незнание же ими основных данных электрографической установки и ее характеристик не позволяет сознательно и полностью ее использовать.

Электрофизиолог и врач должны четко представлять себе принцип действия электрографической установки , детально знать ее характеристики, уметь устранять простейшие неисправности.

Кроме того, им необходимо уметь отличать исследуемую биоэлектрическую активность от артефактов, находить на электрограмме результаты воздействия помех, знать и уметь применять способы, устраняющие артефакты и помехи электрографии. Они должны также быть знакомы с новыми направлениями в применении электрографической техники, с перспективами ее развития.

1.1. Введение.

Электрофизиологические методы позволяют изучать физиологические процессы, происходящие в органах и тканях в норме и патологии, путем исследования протекающих в них биоэлектрических процессов и путем их стимуляции электрическим током. Электрографический метод является одним из наиболее эффективных способов исследования физиологических процессов.

Известно, что функция органа проявляется, во-первых, специфическим рабочим эффектом (сокращение , секреция и т. п.) и, во-вторых, рядом общих для тканей неспецифических физико-химических изменений (интенсивность обменных процессов, теплообразование, биоэлектрическая активность и др.).

Таким образом, в ряде случаев состояние и рабочие возможности органа можно оценивать как по специфическому, рабочему эффекту, так и по сопровождающей его биоэлектрической активности. Например, о рабочих возможностях сердца можно судить не только по его производительности, но также и по его электрической активности.

Н. Е. Введенским была установлена закономерность , свидетельствующая о корреляции между функциональными (тем более патологическими) изменениями в тканях и органах и изменениями их биоэлектрической активности. Подтвержденная неоднократно, эта закономерность легла в основу электрографического метода. Однако электрографический метод позволяет получать информацию не только в тех случаях, когда биоэлектрическая активность сопровождает специфический эффект органа (сокращение мышцы и сердца, секреторная и моторная активность желудка и др.),но и в тех случаях , когда получить данные об этом специфическом эффекте другими методами не удается.

Электрографический метод позволяет получить сведения о прохождении волны возбуждения по нерву, информацию о жизнедеятельности мозга без исследования характера и особенностей осуществляемых им рефлексов и, наконец, данные о подготовке мышцы к выполнению сократительного процесса и др.

Нередко представление о состоянии органа или системы может быть установлено по изменению порядка следования импульсов электрической активности.

Электрографический метод позволяет регистрировать спонтанную или фоновую электрическую активность и биопотенциалы, являющиеся ответом на функциональную нагрузку, например стимуляцию.

Весьма важным для медицинского применения электрографического метода является тот факт, что биоэлектрическая активность органа может быть зарегистрирована не только при наложении электродов непосредственно на него, но и с кожи исследуемого.

Таким образом, предметом электрографии охватываются вопросы индикации, регистрации и анализа биоэлектрической активности тканей, органов и систем,проводимые с целью изучения как собственно биоэлектрических процессов, так и физиологических процессов , которые они сопровождают и отражают. Успехи в развитии техники электрографии во многом определяют развитие самого электрографического метода.

2.1 Схема регистрации биоэлектрических процессов человека

Прежде чем описывать отдельные элементы электрографической установки, необходимо представить себе общую схему регистрации биоэлектрических процессов больного в условиях клиники, уяснить назначение каждого элемента этой схемы и их взаимосвязь. С этой целью рассмотрим схему регистрации биоэлектрических процессов человека, показанную на рис. 1.

Электрографическая установка включает электроды 5, электродные провода 6, блок переключателей (коммутатор) электродов 7, калибратор напряжения 8, устройство для измерений междуэлектродного сопротивления 9, усилители 10, регистраторы 11, входящие в состав осциллографа 12, анализатор электрической активности 13 и стимулятор 14.

Орган 1, электрическая активность которого исследуется, как и органы 2, наличие электрической активности которых мешает анализу первой, представляют собой своеобразные электрические генераторы, которые , как и физические электрические генераторы, характеризуются развиваемой ими электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением. ЭДС в свою очередь характеризуется амплитудой, формой и диапазоном частот.

Продуцируемая органами ЭДС низкоамплитудна (тысячные доли вольта и меньше). Форма ЭДС весьма разнообразна. Диапазон частот биоэлектрических активностей простирается от постоянных напряжений до десятков килогерц. ЭДС, продуцируемая органом 1, вызывает в соединительных тканях 8 и в коже 4 биотоки, которые создают разность потенциалов на поверхности кожи 4, отражающую все изменения ЭДС самого органа 1. Эта разность потенциалов и регистрируется с помощью электрографической установки на электрограмме, которая, как известно , представляет собой графическое изображение изменений разности потенциалов во времени в точках наложения электродов на тело исследуемого больного.

С помощью электрографической установки регистрируются разность потенциалов между электродами , наложенными на ткань , а не биотоки; здесь и далее применяются термины “бионапряжение” и “усилитель бионапряжений”, а не “биотоки” и “усилитель биотоков”.

Получить электрограмму записанную при наложении электродов на кожу 4, тождественную ЭДС, продуцируемой электрически активным органам, удается лишь в том случае, когда учитываются электрические характеристики органа 1, электрическое сопротивление тканей 3 и кожи 4 и характеристики самой электрографической установки.

Электрическая активность исследуемого органа 1 и электрические активности органов 2, мешающие выявить первую, создают в точках наложения электродов суммарную разность потенциалов. Поэтому исследуя биопотенциалы органа 1 , прибегают к приемам, позволяющим исключить или ослабить на электрограмме артефакты, вызываемые активностью органов 2.

Электроды 5 электрографической установки предназначаются для снятия исследуемой разности потенциалов. В зависимости от назначения электроды бывают различной формы и площади.

Состояние контакта электрод - тело исследуемого человека играет решающую роль в получении высококачественной электрограммы без электродных артефактов.

Для получения хорошего электрического контакта между электродом и телом исследуемого человека принимаются меры для уменьшения переходного сопротивления электрод - тело. Фиксация электродов производится весьма тщательно.

Электродные провода 6 соединяют электроды 5 с электрографической установкой. При исследовании электрической активности органов и тканей человека часто бывает необходимо записать количество процессов, превышающее число каналов регистрации электрографической установки. В таких случаях на тело человека накладывается необходимое число электродов 5, которые с помощью блока переключателей (коммутатора) электродов 7 последовательно подключают к электрографической установке. Переключатели (коммутатор) электродов обеспечивают подключение любого электрода к любому каналу регистрации , части электродов - к своей группе каналов или могут осуществлять определенную, заранее выбранную комбинацию подключения электродов к каналам регистрации с помощью поворота одной ручки.

Неотъемлемой частью электрографической установки является также калибратор напряжения 8, с помощью которого на электрограмму наносится масштаб напряжения для того, чтобы, сравнивая с ним, можно было бы оценить амплитуду бионапряжений.

Масштаб напряжения (“калибровка”) наносят на электрограмму в начале или в конце исследования, а в некоторых случаях в процессе записи.

Измерение междуэлектродного сопротивления производят с помощью устройства. Регистраторы и малочувствительны и требуют усиления бионапряжений, осуществляемого с помощью усилителей 10.

Осциллограф 12 состоит: из 1) регистраторов 11, 2) ленты, на которую с их помощью наносится графическое изображение исследуемых процессов, 3) лентопротяжного механизма, обеспечивающего равномерное движение ленты, 4) отметчика времени , наносящего отметки на ленту, и 5) устройства визуального наблюдения за исследуемыми процессами перед записью их на ленте.

Для того чтобы установить реакцию биоэлектрических ответов на стимулы различной физической природы, необходимо на ленту осциллографа 12, кроме исследуемых процессов и отметок времени, наносить также отметки о подаче раздражений от стимулятора 14.

Электрографическая установка может быть выполнена из отдельных блоков (блок переключателей электродов 7, усилители бионапряжений 10 и осциллограф 12) либо представлять собой единую конструкцию, состоящую из перечисленных блоков.

Кривая электрической активности какого-либо органа не всегда отражает патологические изменения, которые могут быть выявлены при визуальном анализе. Часто для их выявления требуется произвести более детальный анализ электрограммы.

Детальный анализ одной кривой электрограммы , проводимый путем измерения амплитуд и длительностей ее зубцов вручную, отнимает много времени, а такой анализ нескольких кривых настолько трудоемок, что является практически неосуществимым. Это и обусловило необходимость создания автоматических анализаторов биоэлектрических процессов, производящих запись результатов анализа на той же электрограмме, на которой записывается и анализируемая биоэлектрическая активность.

Автоматические анализаторы 13 становятся непременной частью электроэнцефалографических и электромиографических установок. Информация, получаемая от электрограмм, в которых зарегистрированы биоэлектрические ответы на дозированные стимулы, оказалась значительно богаче таковой, получаемой от электрограмм , отражающих “спонтанную” активность... Поэтому в комплект электроэнцефалографов и электромиографических установок входят соответствующие стимуляторы 14.

На электрограмме, кроме исследуемой биоэлектрической активности, регистрируются также напряжения , вызванные источниками помех электрографии 15, имеющимися в любом лечебном учреждении.

Одним из источников помех является электрическая сеть переменного тока (осветительная или силовая). Создаваемое ею электрическое переменное поле воздействует на тело исследуемого. На электрограмме записывается переменное напряжение помехи, которая, накладываясь на кривую биоэлектрической активности, искажает ее.

Помехи электрографии создаются также переменными магнитными полями, высокочастотными полями и др.

Если в прошлом регистрация биоэлектрических процессов человека производилась только в экранирующей камере (в комнате, обитой металлическими листами или сеткой), исключающей влияние многих видов помех, то теперь такая регистрация производится даже в операционной без применения экранировки.

2.2 Внутренние органы, ткани и кожа как электрические генераторы.

Электрическая активность органов и тканей обладает важной информацией о происходящих в них физиологических и патологических процессах. Для получения этой информации следует зарегистрировать электрическую активность.

Необходимо знать электрические характеристики “генераторов” (органов и тканей), так как без учета этих характеристик невозможно неискаженно зарегистрировать биоэлектрические процессы.

Всякий электрический генератор, в том числе электрически активный орган или ткань, характеризуется следующими параметрами: а) характером изменения ЭДС во времени (диапазоном изменения амплитуд ЭДС , частотным диапазоном и формой); б) внутренним сопротивлением.
Прежде чем рассмотреть эти параметры применительно к органам и тканям, необходимо остановиться на некоторых терминах.

При изучении незатухающих синусоидальных колебаний под их амплитудой понимают наибольшее отклонение колеблющейся величины от среднего значения.

Кривые биоэлектрической активности органов и тканей значительно отличаются от синусоиды и поэтому под амплитудой в электрографии условно понимают либо размах колебаний между пиками, либо величину отклонения кривой от средней линии, что, как правило , оговаривают.

Под периодом незатухающих синусоидальных колебаний - Т понимают время, в течение которого совершается одно полное колебание; частотой - f называется число периодов за одну секунду