01Hastq_1_2010 (1006397), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Контрольные вопросы.

1) Как различается форма биосигналов при наблюдении внутриклеточными и внешними электродами? Типовые параметры биосигналов.

2) Форма токов каналов мембран, деполяризации сферической клетки, импульса деполяризующегося нейрона. В чем состоит искусственный прием двойного блока ДЗС?.

3) Форма импульсов деполяризации скелетных мышц при стимуляции и при произвольной деполяризации. Анализ с использованием формы контура ДЗС. То же для импульса деполяризующегося миокарда.

4) Поле неравновесного распределения ионов. Особенности возникновения на примере проглатывания пищи и деполяризации миокарда.

5) Характерные формы биосигналов энцефалограмы.

6) Типовые формы графиков сигналов биосистем при отсутствии и наличии стимуляции.

5. Медицинские приборы и методики наблюдения биопотенциалов

5.1 Нейромиография

Основные понятия. Нерв. ЦНС. Периферическая нервная система. Мотонейроны (эфферентные), нейроны сигнальные (афферентные). Скорость проведения возбуждения (СПИ). Наблюдаемая форма импульса нейрона. Понятие реобазы - хронаксии. Передача возбуждения нерв - мышца. Строение мышцы. Двигательная единица мышцы. Тетанус мышцы. Структура миографа. Роль стимулятора. Измерение СПИ. Измерение передачи возбуждения нерв - мышца. М-ответ, Н- ответ, Т - ответ. Измерение утомляемости мышц. Типы электродов в миографии.

5.1.1 Современное состояние нейромиографии

Электромиография изучает электрические потенциалы мышц при естес­твен­ной и вызванной стимуляции. Нейромиография (НМИ, ЭНМИ - электро­нейромиография) дополнительно изучает прохождение импульсов по нейронам перифери­ческой нервной системы и эффективность передачи возбуждения от нейронов на мышцу. Исторически миография возникла первой, но сегодня это единая система обследования. Врач просма­тривает полный путь управления действиями: раздражение, афферентный поток информации в ЦНС- центральную нервную систему, обратные (эфферент­ные) сигналы управления действиями по мотонейронам (см рис 5.1.1). Измеряются состояние и ско­рости проведения импульсов возбуждения (СПИ), эффективность пере­дачи возбуждения в переключающих ядрах высшей нервной системы, эффективность передачи возбуждения нейрон - мышца, состояние мышц.

Н. Бакст в Петербурге в 1860г, и Г. Гельмгольц в Берлине в 1867 г. измерили скорость распространения возбуждения по нервному стволу: получили 31 и 61 м/с (Современные измерения дают значения от 30 до 120 м/с). Этим было доказано, ч
то распространение возбуждения не связано с электронной проводимостью сигналов. С 1909 г в исследованиях начали использовать струнный гальванометр, но только с 1948 описана клиническая методика измерения скорости проведения импульсов (СПИ) с применением неинвазивных (поверхностных, накожных) электродов. Именно усовершенствование аппаратуры, позволившее широко использовать неинвазивные электроды, привело к массовому распространению ЭНМГ. В нашей стране это семидесятые годы прошлого столетия.

Важной особенностью ЭНМИ является обширность поля измерений при нарушении двигательных реакций, большое количество групп скелетных мышц, множественность точек обследования: врач невропатолог прекрасно ориентируется в массе мышц и проводящих нервных путей. Инженер - разработчик приборов должен иметь уверенное представление о главных методиках обследования и происходящих процессах.

Общая структура управления нашими действиями и движениями включает Центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую НС, см рис 5.1.1а,б. Центральная НС состоит из головного и спинного мозга. Спинной мозг имеет 31 пару ответвлений - веерно расходящихся нервов, образующих периферическую нервную систему. (Позвоночник имеет 33 косточки, нижние 9 образуют крестец и копчик, верхние 24 непосредственно гибкий позвоночник. Шейные (7)- верхний шейный позвонок называется атлантом, грудные (12) и поясничные позвонки (5).

Система периферических нервов очень развита. Она охватывает 1) афферентные (несущие информацию в ЦНС) нервы - это сенсорно болевые и кинестетические (положение суставов, напряженность мышц) и 2) эфферентные (моторно двигательные нейроны несущие информацию из ЦНС к мышцам). Нормально раздражения контролируются головным мозгом. Однако реакция на сильные раздражения формируются без участия головного мозга замыканием пути сенсорных и мотонейронов непосредственно в переключающих ядрах спинного мозга.

5.1.2. Электрические сигналы нервной клетки и нервного волокна

Н а рис 5.1.2 показано строение нервной клетки в целом. Каждая клетка имеет многочисленные отростки, аксоны и дендриты. Их длина достигает значительных величин, охватывая все участки тела. Аксоны выполняют функции мотонейронов, дендриты - чувствительных нервов. Возбуждение нервной клетки при наблюдении внутриклеточным электродом имеет область быстрой деполяризации (1 мс), плато (100 мс, в продолжении которых мембрана клетки не имеет изолирующих свойств) и медленной реполяризации (до 200 мс) - восстановления отрицательного потенциала мембраны. В дендритах и аксонах возбуждение имеет вид бегущего фронта от центральной клетки или к ней (скорость от 30 до 120 м/с). П
роводящие нейроны (см рис 5.1.3). (нервные фибры, аксоны, волокна) собраны в нервные пучки, жгуты, которые покрыты общей внешней оболочкой и образуют собственно нерв. Большинство нервных волокон покрыто миелиновой оболочкой (клетки Швамбраня), которая чередуется с открытыми участками: перехватами Ранвье. Диаметр нервных волокон от 1 - 2 мкм до 10мкм. Расстояние между перехватами Ранвье от 0.1 до 1-2 мм в длину. Миелин имеет очень высокое сопротивление и только перехваты Ранвье доступны ионообменным электрическим процессам. Время проведения нервного импульса между двумя перехватами Ранвье равно 0.07мс и не зависит от длины миелинезированного участка. Так же постоянно отношение длинны участка к диаметру миелинезированной оболочки (длина составляет 100 диаметров волокна). Из сказанного следует, что скорость проведения (СПИ) пропорциональна диаметру волокна. В среднем скорость равна V=6D (m/c. D-диаметр волокна в мкм) т.е. от 6 до 60 м/с. Так миелиновое покрытие увеличивает скорость проведения нервного возбуждения.

5.1.3. Строение скелетной мышцы (рис 5.1.4)

Скелетные мышцы прикреплены сухожилиями к костям и представляют из себя веретенообразные формирования длинных нитевидных пучков волокон. Каждый пучек включает большое число мышечных волокон. Мышечное волокно- основная единица, она представляет отдельную клетку. Волокно покрыто мембраной и тонким чехлом из соединительной ткани. Каждое мышечное волокно само состоит из большого числа миофибрилл, соединенных встык. Миофибриллы под микроскопом имеют вид чередующихся светлых и темных полос, поэтому скелетные мышцы называются поперечно полосатыми. Миофибриллы состоят из сократительных белков - миозина (толстая нить), актина (тонкая нить), обьединенных в “саркомеры”. Актин втягивается между нитями миозина, в результате длина саркомера при деполяризации изменяется от 3 до 1 мкм, обеспечивая сокращение мышц и усилие.

Длина мышечных волокон достигает длины самой мышцы. Диаметр в пределах 10- 100 мкм. Число мышечных волокон у человека не меняется в течении жизни, начиная от 6 месячного возраста. Меняется только толщина мышечных волокон, которая увеличивается с возрастом примерно в 6 раз. Точно так же и число кровеснабжающих капилляров неизменно в мышце, однако при отсутствии физической нагрузки большая часть капилляров сомкнута и не участвует в кровоснабжении.

Мышцы активизируются окончаниями нервных волокон. Окончания одного нерва ветвятся, каждая веточка контактирует с одним мышечным волокном. Таким образом один нерв (мотонейрон, аксон) активизирует ряд мышечных волокон, образующих одну двигательную единицу (ДЕ. Рис 5.1.4). Число волокон в двигат
ельной единице от 10-20 (в мелких мышцах - веки, глаз), до 200 в крупных и до 2000 в обширных (например, обеспечивающих вертикальное хождение). Малые двигательные единицы обеспечивают тонкую градацию усилий. Мышечные волокна разных ДЕ переплетаются.

Передача возбуждения нерв - мышца происходит не электрическим путем, а за счет выделения специального вещества - "медиатора". Мышечные волокна возбуждаются в центральных областях, откуда возбуждение распространяется в обоих направлениях к сухожильным концам. Чувствительность клеток (нитей) мышцы к стимуляции электрическим током примерно в 20 раз ниже, чем чувствительность нервов (мотонейронов), поэтому при стимуляции возбуждается в первую очередь нерв и он передает возбуждение на мышцу.

На одиночный импульс возбуждения двигательная единица отвечает одиночным сокращением. Типовое время достижения максимума усилия после стимула составляет 200мс, следующая далее фаза расслабления длится еще 600 мс. Наращивание силы сперва происходит подключением новых ДЕ, а затем увеличением частоты иннервации. Если до окончания одиночного сокращения подать второй стимул, то второе сокращение накладывается на первое, увеличивая механическое усилие: сокращения сумми­руются. При серии импульсов наблюдается дальнейшее нарастание сокращения (рис 5.1.5). Начиная с некоторой частоты стимулов усилие нарастает не скачками, а плавно (эта частота называется частотой слияния, а слитное сокращение мышц называется титанусом). Отношение максимальной силы одиночного сокращения к максимальной силе титанического составляет 0.2.

Д атский ученый Август Крюг занимался изучением газообмена в тканях мышц. Он показал, что при физической нагрузке концентрация кислорода О₂ в мышце не меняется по сравнению с тем же в покое. При физической нагрузке растет число активных капилляров, чем увеличивается площадь диффузии О₂. Вероятно этот же механизм улучшения кровоснабжения присущ и мышцам сердца - миокарду. За это исследование А. Крюг в 1920г получил Нобелевскую премию.

5.1.4. Электрические сигналы мышц

С игналы наблюдают с использованием поверхностных и игольчатых электродов. Поверхностные электроды накладываются: один на среднюю часть мышцы (отрицательный вход биоусилителя), второй ближе к сухожилию. Формируется биполярное отведение. Обычно устанавливается расстояние между электродами 2 см или более. Для наложения электродов необходимо хорошо знать расположение разных мышц. Отдельная ДЕ при возбуждении дает импульс длительностью 5-15 мС. Т.к. электроды располагаются в непосредственной близости от области возникновения биопотенциала, то необходимо рассматривать сигнал электрода с учетом про­странственного угла, опирающегося на контур ДЗС фронта деполяризации возбужденных двигательный единиц (рис 1.8). Нерв возбуждает мышцу в центре, как раз под одним электродом и потенциал центрального электрода будет нулевым, а второго электрода - положительным. По мере распространения фронта деполяризации по нитям мышцы (скорость около 6 мм/мс) формируется двухфазный импульс. (рис 1.6)

5.1.5. Современный миограф

Характеристики

Список файлов лекций