Физика_Лекция_4_Физические_основы_электрографии_тканей

План лекции
Основные характеристики электрического поля.
Электрический диполь.
Физические основы электрографии тканей и органов.
Электрокардиография. Теория отведений Эйнтховена.
Электрокардиограф.
Полное сопротивление (импеданс) тканей.
Физические процессы, происходящие в тканях под действием токов.
Гальванизация, электрофорез.
Реография.

Литература
Медицинская и биологическая физика: Учеб. для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2004. – 560 с.
Ливенцев Н.М. Курс физики Т.1. 6-е изд., доп. — Москва: Высшая школа, 1978. — 336 с.: ил.
Савельев И.В. Курс общей физики: в 5 кн. – М.: АСТ: Астрель, 2008.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

РЕГИСТРАЦИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ ТКАНЕЙ
Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).
Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической (исследовательской) целью получила название электрографии. Более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) — регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография (ЭМГ) — метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.
В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердце, головной мозг), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются. В клиническом отношении это существенно упрощает саму процедуру регистрации, делая ее безопасной и несложной.

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЯ
Историческая справка
Родоначальником электрографии считают Луиджи Гальвани (1786 г.).
В 1887 г. английский ученый Уоллер зарегистрировал электродвижущую силу (ЭДС) сердца человека.
Голландский ученый Эйнтховен заложил основы современного метода ЭКГ (1906 г.). Нобелевская премия (1924 г.).
В России ЭКГ впервые получена А.Ф. Самойловым (1908 г.).
Систематическое наблюдение ЭКГ больных начато в 1910 г. кардиологом В.Ф. Зелениным.

Отведения Эйнтховена
Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven; 1860-1927), нидерландский физиолог, предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближенно расположены в правой руке (ПР), левой руке (ЛР) и левой ноге (ЛН).
Разность биопотенциалов, регистрируемая между двумя точками тела, называется отведением.
По Эйнтховену, сердце расположено в центре равностороннего треугольника.

СТАНДАРТНЫЕ ОТВЕДЕНИЯ
I — правая рука — левая рука,
II — правая рука — левая нога,
III — левая рука — левая нога.
С электрода на правой ноге показания не регистрируются

УСИЛЕННЫЕ ОТВЕДЕНИЯ
aVR, aVL, aVF — однополюсные, усиленные отведения измеряются относительно усреднённого потенциала всех трёх электродов.

ГРУДНЫЕ ОТВЕДЕНИЯ
V1 (правое грудное отведение) - четвертое межреберье правого края грудины;
V2 (правое грудное отведение) - четвертое межреберье левого края грудины;
V3 (переходное грудное отведение) - посредине между V2 и V4 (перегородка);
V4 (переходное грудное отведение) - пятое межреберье по среднеключичной линии (верхушка сердца);
V5 (левое грудное отведение) - по левой передней подмышечной линии на уровне V4 по горизонтали;
V6 (левое грудное отведение) - по левой среднеподмышечной линии на уровне V4 по горизонтали ( в V межреберье).
Для диагностики заднебазальных инфарктов миокарда иногда используют дополнительные грудные отведения:
V7 - активный электрод располагается на уровне V4 по горизонтали, но по задней подмышечной линии;
V8 - активный электрод располагается на той же горизонтали в месте пересечения ее с лопаточной линией;
V9 - активный электрод располагается на той же горизонтали в месте пересечения ее с паравертебральной линией.
.

ГРУДНЫЕ ОТВЕДЕНИЯ

Анализ сердечного ритма и проводимости
Оценка регулярности сердечных сокращений (СС)
Регулярность СС оценивается при сравнении продолжительности интервалов R-R.
Регулярный, или правильный ритм сердца диагностируется, если продолжительность интервалов R-R одинакова и разброс полученных величин не превышает ±10% от средней их продолжительности.

В остальных случаях диагностируется неправильный (аритмичный) сердечный ритм.

Подсчёт ЧСС
При правильном ритме ЧСС определяют по формуле:
ЧСС = 60 ϑ /R-R, где 60 – число секунд в минуте, ϑ – скорость движения ленты (25 мм/с или 50 мм/с), R-R – длительность интервала, выраженная в секундах

Электрокардиограф
Устройство для записи электрической активности сердца. С помощью электродов, наложенных на конечности и грудную клетку пациента, данные о деятельности различных участков сердца передаются на монитор в виде информации, которую можно анализировать.
Электроды располагаются в соответствии с треугольником Эйнтховена

Полное сопротивление (импеданс) живых тканей
В общем виде закон Ома запишем как:
где Z – полное сопротивление тканей (импеданс).
Импеданс тканей при прохождении через них переменного тока:
В этом случае, сопротивление тканей зависит от частоты ( f ) переменного тока.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ТКАНЯХ ОРГАНИЗМА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТОКОВ
Различные виды биологических тканей обладают различными электрическими свойствами. Одни ткани являются диэлектриками, а другие проводниками. В состав организма входят биологические жидкости (электролиты), содержащие большое количество ионов, которые участвуют в различного рода обменных процессах. По этим причинам свойства биологических тканей существенно изменяются под воздействием токов и электромагнитных полей.

Воздействие постоянного тока
Физиологическое действие постоянного электрического тока связано с двумя физическими процессами:
постоянное электрическое поле вызывает направленное движение ионов к полюсам;
- постоянное электрическое поле оказывает ориентирующее действие на дипольные молекулы и вызывает электронную поляризацию молекул, не обладающих дипольным моментом. В результате изменяется содержание ионов в компартментах различных тканей.

Гальванизация и электрофорез
К основным физиотерапевтическим процедурам, использующим постоянный ток, относятся гальванизация и электрофорез.
Гальванизация - лечебное воздействие на организм постоянным электрическим током невысокого напряжения и небольшой силы.
Название метода связано с устаревшим названием постоянного тока - «гальванический ток».
При гальванизации различных участков тела используют следующие токи:
В результате гальванизации в тканях активизируются системы регуляции локального кровотока. Происходит расширение просвета дермальных сосудов и возникает гиперемия кожных покровов. Расширение капилляров и повышение проницаемости их стенок происходит не только в месте наложения электродов, но и в глубоко расположенных тканях.

Действие переменного тока
Переменный ток проводимости представляет собой колебательные движения ионов.
Действие, которое оказывает на организм переменный (синусоидальный) ток, зависит от частоты и амплитуды тока. В медицине принята следующая классификация частот переменного тока.
Как и постоянный ток, переменный ток оказывает на ткани организма раздражающее действие. Возбуждение нервной и мышечной тканей постоянным или переменным током (ν ниже 100 кГц) может стать причиной электротравмы. Процессы возбуждения в ритме, не свойственном организму, нарушают нормальную жизнедеятельность. Особенно опасны такие нарушения в сердце, дыхательной мускулатуре, центральной нервной системе. Наибольшую опасность представляют частоты 30-300 Гц.

Пороговые значения тока
Порог ощутимого тока - минимальная сила тока, раздражающее действие которого ощущает «средний» человек.
Реакция человека на ток определяется не только его силой и частотой, но и областью, через которую ток проходит.
Для частоты 50 Гц (промышленный ток) величина порога ощутимого тока составляет приблизительно 1 мА.
Промышленный ток 3 мА вызывает легкое покалывание в пальцах, прикасающихся к проводнику. Ток 3-5 мА вызывает раздражающее ощущение во всей кисти руки. Ток 8-10 мА приводит к непроизвольному сокращению мышц кисти и предплечья. При токе порядка 15 мА непроизвольные мышечные сокращения приобретают такую силу, что человек не в состоянии разжать кисть, держащую проводник.
Рис. Зависимость среднего значения порога ощутимого тока (1) и порога неотпускающего тока (2) от частоты.
Превышение порога неотпускающего тока может быть губительным для человека (паралич дыхательных мышц, фибрилляция сердца).