Какво е ЕКГ, ЕМГ, ЕЕГ?

ЕКГ е електрокардиограма, запис на електрическите сигнали на сърцето. Фактът, че потенциална разлика възниква в сърцето при възбуда, е показан още през 1856 г., по време на ерата Дюбоа-Реймонд. Експериментът, доказващ това, е зададен от Келикер и Мюлер точно по рецептата на Галвани: нерв, стичащ до крака на жабата, е положен на изолирано сърце и този „жив волтметър“ реагира с трепване на лапата на всеки сърдечен ритъм.

С появата на чувствителни електрически измервателни уреди стана възможно да се улавят електрическите сигнали на работещо сърце, като се прилагат електроди не директно върху сърдечния мускул, а върху кожата.

През 1887 г. за първи път е възможно да се регистрира човешки ЕКГ по този начин. Това е направено от английския учен А. Уолър с помощта на капилярен електрометър (основата на това устройство е тънък капиляр, в който живакът е бил граничен със сярна киселина. Когато токът е преминавал през такъв капиляр, повърхностното напрежение на границата течностите се промениха и менискусът се измести по капиляра.)

Това устройство е било неудобно за използване и широкото използване на електрокардиографията започва по-късно, след появата през 1903 г. на по-модерно устройство - струнен галванометър Ейнтовен. (Работата на това устройство се основава на движението на проводник с ток в магнитно поле. Ролята на проводника се играе от сребърна кварцова нишка с диаметър няколко микрометра, плътно опъната в магнитно поле. Когато ток преминава през този низ, той се огъва леко. Тези отклонения се наблюдават с микроскоп. Устройството има ниска инерция и позволява регистриране на бързи електрически процеси.)

След появата на това устройство в редица лаборатории, те започнаха да проучват подробно как ЕКГ на здраво сърце и сърце се различава при различни заболявания. За тези произведения В. Айнтовен получава Нобеловата награда през 1924 г., а съветският учен А. Ф. Самойлов, който направи много за развитието на електрокардиографията, получава Ленинската награда през 1930 г. В резултат на следващата стъпка в развитието на технологиите (появата на електронни усилватели и записващи устройства) електрокардиографите започват да се използват във всяка голяма болница.

Каква е природата на ЕКГ?

Когато някое нервно или мускулно влакно е възбудено, токът в някои от неговите участъци преминава през мембраната в влакното, а в други изтича. В този случай токът непременно тече през външната среда, заобикаляща влакното, и създава потенциална разлика в тази среда. Това ви позволява да регистрирате възбуждането на влакното с помощта на извънклетъчни електроди, без да прониквате в клетката.

Сърцето е доста мощен мускул. В нея едновременно се възбуждат много влакна и в околната среда тече достатъчно силен ток, който дори по повърхността на тялото създава потенциални разлики от порядъка на 1 mV.

За да научите повече от ЕКГ за състоянието на сърцето, лекарите записват много извивки между различни точки на тялото.За да разберете тези криви, се нуждаете от много опит. С навлизането на компютърните технологии стана възможно значително автоматизиране на процеса на "четене" на ЕКГ. Компютърът сравнява ЕКГ на даден пациент с пробите, съхранявани в паметта й, и дава на лекаря предполагаема диагноза (или няколко възможни диагнози).

Сега има много други нови подходи към анализа на ЕКГ. Изглежда много интересно. Според данните, записани от много точки на тялото, и тяхната промяна във времето, е възможно да се изчисли как вълната на възбуждане се движи през сърцето и кои части на сърцето стават неизползвани (например, те са засегнати от сърдечен удар). Тези изчисления са много трудоемки, но станаха възможни с появата на компютрите.

Такъв подход към анализа на ЕКГ е разработен от Л. И. Титомир, служител на Института по проблемите на предаването на информация на Академията на науките на СССР.Вместо много криви, които са трудни за разбиране, компютърът рисува на екрана сърцето и разпространението на вълнение в своите отдели. Можете директно да видите в коя област на сърцето възбуждането е по-бавно, кои части от сърцето изобщо не се вълнуват и т.н.

Потенциалите на сърцето са били използвани в медицината не само за диагностика, но и за контрол на медицинското оборудване. Представете си, че един лекар трябва да вземе рентгенови лъчи на сърцето на различни фази от цикъла му, т.е. по време на максимално свиване, максимално отпускане и т.н. Това е необходимо за някои заболявания. Но как да уловим момента на най-голямо свиване? Трябва да направите много снимки с надеждата, че някоя от тях ще влезе в правилната фаза.

И така съветските учени V, S. Gurfinkel, V. B, Malkin и M. L. Tsetlin решиха да включат рентгеновата апаратура от вълната на ЕКГ. Това изискваше не толкова сложно електронно устройство, което включваше снимане с дадено забавяне спрямо вълната на ЕКГ. Остроумното решение на проблема сам по себе си е особено интересно с това, че е било едно от първите (сега многобройни) устройства, в които природните потенциали на тялото контролират определени изкуствени устройства; Тази област на технологията се нарича biofeedback.

Скелетните мускули на тялото също генерират потенциали, които могат да бъдат записани от повърхността на кожата. Това обаче изисква по-модерно оборудване, отколкото за запис на ЕКГ. Отделните мускулни влакна обикновено работят асинхронно, сигналите им се припокриват взаимно се компенсират частично и в резултат се получават по-ниски потенциали, отколкото в случаите на ЕКГ.

Електрическата активност на скелетния мускул се нарича електромиограма - ЕМГ. За първи път потенциалите на човешките мускулни влакна са били открити, като са ги слушали с телефон, руският учен Н. Е. Введенски още през 1882 година.

През 1907 г. немският учен Г. Пипер използва струнен галванометър за обективната им регистрация. Това обаче беше сложен и трудоемък метод. Едва след като през 1923 г. се появява катодният осцилоскоп и електронно оборудване, електромиографията започва да се развива интензивно. Сега той се използва широко в науката, медицината, спорта, а също и за биоконтрол.

Едно от първите чудесни приложения на биоконтрола на EMG е да създава протези за хора, които са загубили ръката си. Такива протези за първи път са създадени у нас.

И какво е ЕЕГ?

Това е електроенцефалограма, т.е. електрическата активност на мозъка, потенциални колебания, създадени от работата на мозъчните неврони и записани директно от повърхността на главата. Нервните клетки, подобно на мускулните влакна, работят едновременно: когато някои от тях създават положителен потенциал на повърхността на кожата, други създават отрицателен. Взаимната компенсация на потенциалите тук е дори по-силна, отколкото в случая на ЕМГ. В резултат на това амплитудата на ЕЕГ е около сто пъти по-малка от ЕКГ, следователно за тяхната регистрация е необходимо по-чувствително оборудване.

ЕЕГ е регистрирана за първи път от руския учен V, В. Правдич-Немски върху кучета, използващи струнен галванометър. Той въвежда кураре на кучета, така че по-силните мускулни течения да не пречат на регистрацията на мозъчните течения.

През 1924 г. немският психиатър Г. Бергер започва в университета в Йена изследването на човешката ЕЕГ. Той описа периодични колебания в мозъчните потенциали с честота около 10 Hz, които се наричат ​​алфа ритъм.Първо записа ЕЕГ на човек с припадък на епилепсия и стигна до извода, че Галвани е прав, предполагайки, че в нервната система възниква секция с епилепсия където токовете са особено силни (клетките там непрекъснато се възбуждат с висока честота).

Тъй като говорихме за много слаби потенциали, регистрирани от малко известен лекар, резултатите на Бергер не привличаха вниманието дълго време; самият той ги публикува само 5 години след откриването. И едва след през 1930гте бяха потвърдени от известните английски учени Адриан и Матюс, те бяха "... подпечатани с академично одобрение", по думите на Г. Уолтър, английски учен, който се занимаваше с клиничните аспекти на ЕЕГ в лабораторията на Галия. В тази лаборатория са разработени методи, които позволяват да се определи местоположението на тумор или кръвоизлив в мозъка чрез ЕЕГ, подобно на това, как преди това се научи от ЕКГ да се определи местоположението на инфаркт в сърцето.

Впоследствие в допълнение към алфа ритъма бяха открити и други мозъчни ритми, по-специално ритми, свързани с различни видове сън. Има много проекти за биологична обратна връзка с ЕЕГ. Например, ако водачът постоянно записва ЕЕГ, тогава можете да използвате компютъра, за да определите момента, кода, той започва да дразни и да го събужда. За съжаление, всички подобни проекти все още са трудни за изпълнение, тъй като амплитудата на ЕЕГ е много малка.

В допълнение към ЕЕГ - колебания в потенциала на мозъка при липса на специални влияния, има и друга форма на мозъчни потенциали - наречени потенциали (ЕП).

Извлечените потенциали са електрически реакции, които се проявяват в отговор на светкавица, звук и др. Тъй като много неврони на мозъка реагират почти едновременно на ярка светкавица, обикновено предизвиканите потенциали са много по-големи от ЕЕГ. Не случайно те са открити много по-рано от ЕЕГ (през 1875 г. от англичанина Кетон и независимо от него през 1876 г. от руския изследовател В. Я. Данилевски).

Използвайки предизвиканите потенциали, човек може да реши интересни научни проблеми. Например, след светкавица светлина, отговорът (ЕП) първо се появява в тилната област на мозъка. От това можем да заключим, че именно в този регион идват сигнали за светлина.

При електрическо дразнене на кожата се появяват предизвикани потенциали в тъмната зона на мозъка.

При дразнене на кожата на ръката те се появяват на едно място, кожата на крака на друго. Можете да картографирате тези отговори и тази карта показва, че повърхността на кожата дава проекция върху париеталната област на кората на човешкия мозък. Интересно е, че в този дизайн някои пропорции са нарушени, например проекцията на ръката се оказва непропорционално голяма. Да, това е естествено: мозъкът се нуждае от много по-подробна информация за ръката, отколкото например за гърба.