Организм рассказывает. Блок-схема электрографической установки

Выясним, как работает биогенератор. Мышца состоит из множества двигательных единиц — функциональных элементов. Такой элемент включает в себя нервную клетку — мотонейрон, идущий от него нервный проводник и мышечное волокно, в котором находится окончание нерва — двигательные пластинки. Изменение разности потенциалов в мышечных волокнах происходит под влиянием импульсов, приходящих от мотонейронов продолговатого и спинного мозга.

Импульс вызывает сокращение мышц, а при сокращении возникает электрическая активность, которую можно регистрировать, например, накожными электродами, соединенными с усилителем и осциллографом. Полученная электромиограмма будет отражать суммарную активность многих моторных единиц. Чем сильнее сокращение мышцы, тем большее число двигательных единиц вовлекается в работу. Механизм суммарной электрической активности других органов более сложен и еще недостаточно выяснен.

Разность потенциалов, возникающая в живых тканях, имеет очень малые амплитуды — тысячные и стотысячные доли вольта. Иногда это практически постоянные напряжения (например, кожные потенциалы), иногда переменные, с низкими и очень низкими частотами, обычно не превышающими сотен герц (биотоки мышц). Внутреннее сопротивление биогенераторов велико. Суммарную электрическую активность тканей или клеток проще всего, конечно, регистрировать, накладывая электроды прямо на изучаемый орган.

В экспериментах на животных так и делают. Но, оказывается, электрическую активность сердца можно записать, накладывая электроды на кожу животного, не вскрывая его. Биогенератор — сердце создает на поверхности кожи биопотенциалы, электрокардиограмма которых тождественна электрокардиограмме, записанной непосредственно с поверхности сердца.

По суммарной электрограмме врач может узнать о функциональном состоянии органа или организма в целом, выяснить его возможности и отклонения от нормы.

Электрографический метод все шире применяется сейчас при клинических исследованиях. Он позволяет получить информацию о таких тонких процессах, в раскрытии которых другие методы оказались беспомощны.

Проникать в тайны биоэлектрических процессов, получать сведения об интимных сторонах физиологических процессов помогает электроника.

До недавнего времени при исследовании электрических процессов в тканях использовались электроды, имеющие относительно большую площадь соприкосновения с исследуемым объектом. Ими регистрировалась лишь суммарная электрическая активность ткани. Электрическую активность отдельных клеток удавалось непосредственно регистрировать только при хирургической изоляции особых гигантских клеток. Но этот способ требовал исключительной тонкости эксперимента. Чаще об электрических явлениях в клетках приходилось судить по различным косвенным данным.

Развитие микроэлектродной техники позволило применить необычно тонкие электроды, которые вводятся в живую ткань. Таким путем можно изучать электрическую активность не только самых маленьких клеток организма, но и отдельных частей этих клеток. Теперь объектами исследования с помощью микроэлектродов служат все возбудимые ткани. Диаметр микроэлектродов доходит до нескольких микронов, а в некоторых случаях он бывает и менее одного микрона.

«Разрешающая способность» микроэлектродной методики находится теперь на одном уровне с разрешающей способностью лучших оптических и даже электронных микроскопов. Точно так же как микроскоп позволил увидеть клетку, микроэлектроды вместе с электрографической установкой позволили определить характер изменения ее электрической активности. Сопротивление таких тонких электродов, конечно, очень велико.

При этом электрические потенциалы, генерируемые клеткой, требуют регистрации широкой полосы частот. Поэтому биопотенциалы клетки удается зарегистрировать с достаточной степенью точности, без искажений лишь с помощью современной сложной электронной аппаратуры.

Итак, живой организм, каждая его клетка являются источником информации о происходящих в них процессах. Эта информация находится, в частности, в биотоках — в малоамплитудных и низкочастотных изменениях разности потенциалов. Чтобы изучить информацию организма, ее нужно уметь точно регистрировать. Сейчас электрофизиологи располагают целым арсеналом различных регистрирующих приборов, способных учитывать и записывать все формы биоэлектрической активности.

В этих приборах электрическая энергия преобразуется в механическую (движение пера регистратора, поворот зеркальца вибратора и т. д.), затем электрограмма заносится на ленту. Существуют фоторегистраторы, в которых фотолента засвечивается лучом, отраженным от зеркальца вибратора или светящимся пятном на экране электронно-лучевой трубки. Но обычная фоторегистрация не дает сразу видимого изображения: требуется фотообработка ленты.

Для видимой записи существует несколько типов регистраторов: струйные, перьевые, вычерчивающие кривые с помощью пера и чернила, и тепловые. Тепловой регистратор очень похож на перьевой, только на конце пера у него вместо капилляра находится проволочная петля, нагреваемая током и снимающая легко расплавляемый белый слой, помещенный на специальную черную бумагу. Многие из современных регистраторов могут записывать высокочастотные процессы без искажений, но все они так малочувствительны, что не в состоянии регистрировать биоэлектрические процессы без предварительного их усиления. Таким образом, в электрографической установке, кроме регистрирующих приборов, должны быть и специальные усилители.

Если среди современных регистрирующих аппаратов есть только один электронный прибор — электронно-лучевая трубка, то в усилителях бионапряжений все усилительные элементы — электронные или полупроводниковые приборы. Они позволяют усиливать бионапряжение с амплитудой 5—10 мкв до сотен вольт. Эти аппараты дают возможность регулировать усиление и устранять некоторые помехи. Число регистрирующих приборов, иначе говоря, каналов регистрации, должно быть равно числу одновременно изучаемых процессов.

Третий непрерывный элемент электрографической установки составляют электроды. Это металлические пластинки или иглы, предназначенные для создания надежного электрического контакта с живой тканью биологического объекта (о них речь шла несколько выше).

На рис. 54 подана принципиальная схема электрографической установки. Здесь 1 —биогенератор (биологический объект), 2 — электроды, 3 — коммутатор электродов, 4 — усилители, 5 — регистрирующие приборы, 6 — автоматический анализатор электрограммы, 7 — стимулятор.

Рис. 54. Блок-схема электрографической установки

Для анализа электрограммы на ней наносятся два масштаба: масштаб времени и масштаб напряжения. На ленте получается четкая графическая картина зависимости биопотенциалов от времени.

Современная практическая медицина использует электрографический метод регистрации биопотенциалов в трех направлениях: а) Для диагностики, б) для получения экспресс-информации о состоянии больного во время операции и в) для управления с помощью биотоков различными аппаратами.

В любой современной больнице и поликлинике есть электрокардиограф— один из самых распространенных электрографических аппаратов. Он записывает биотоки сердца — электрокардиограмму. У здорового человека электрокардиограмма имеет свою характерную форму (рис. 55).

Рис. 55. Электрокардиограмма

Зубец Р отражает сокращение предсердий, комплекс зубцов Q, R, S, Т — сокращение желудочков. Изменения формы зубцов электрокардиограммы указывает на отклонения от нормы; они могут служить показателями заболеваний даже в тех случаях, когда внешне заболевания не проявляются.

Электрокардиография важна не только для распознавания заболеваний сердца. Во время сложных операций бывает необходимо иметь сведения о состоянии сердца больного. Электрокардиоскоп стал сейчас необходимым прибором в операционной. Электронно-лучевая трубка его в этом случае имеет большой экран с послесвечением. Анестезиолог - наркотизатор постоянно наблюдает за электрической активностью сердца больного и учитывает все ее изменения. Это дает возможность в случае необходимости принять соответствующие меры: усилить или ослабить наркоз, ввести сердечное лекарство и т. д.

С помощью электрографической техники можно записывать также и работу мышц. Электрическая активность мышцы и при нарушении ее деятельности резко изменяется. Поэтому электромиография получила заслуженное признание; она дает врачу ценную диагностическую информацию при всевозможных двигательных нарушениях — параличах, парезах.