Co to jest EKG, EMG, EEG?

EKG to elektrokardiogram, zapis sygnałów elektrycznych serca. Fakt, że potencjalna różnica powstaje w sercu po wzbudzeniu, został wykazany już w 1856 roku, w erze Dubois-Reymonda. Eksperyment dowodzący tego został ustalony przez Kellikera i Müllera dokładnie według przepisu Galvani: nerw biegający do stopy żaby został położony na odosobnionym sercu, a ten „żywy woltomierz” zareagował szarpnięciem łapą przy każdym biciu serca.

Wraz z pojawieniem się wrażliwych elektrycznych przyrządów pomiarowych stało się możliwe przechwytywanie sygnałów elektrycznych pracującego serca poprzez przyłożenie elektrod nie bezpośrednio do mięśnia sercowego, ale do skóry.

W 1887 r. Po raz pierwszy możliwe było zarejestrowanie w ten sposób ludzkiego EKG. Dokonał tego angielski naukowiec A. Waller za pomocą elektrometru kapilarnego (podstawą tego urządzenia była cienka kapilara, w której rtęć była otoczona kwasem siarkowym. Gdy prąd przepływał przez taką kapilarę, napięcie powierzchniowe na granicy płyny zmieniły się, a menisk przesunął się wzdłuż kapilary.)

To urządzenie było niewygodne w użyciu, a powszechne stosowanie elektrokardiografii rozpoczęło się później, po pojawieniu się w 1903 r. Bardziej zaawansowanego urządzenia - galwanometru sznurkowego Einthoven. (Działanie tego urządzenia opiera się na ruchu przewodnika z prądem w polu magnetycznym. Rolą przewodnika było posrebrzane włókno kwarcowe o średnicy kilku mikrometrów, ściśle rozciągnięte w polu magnetycznym. Gdy prąd przepływał przez ten sznur, lekko się wyginał. Odchylenia te zaobserwowano pod mikroskopem. Urządzenie miało niska bezwładność i pozwala rejestrować szybkie procesy elektryczne).

Po pojawieniu się tego urządzenia w wielu laboratoriach zaczęli szczegółowo badać, w jaki sposób EKG zdrowego serca i serca różni się w różnych chorobach. Za te prace V. Einthoven otrzymał Nagrodę Nobla w 1924 r., A sowiecki naukowiec A. F. Samojłow, który wiele zrobił dla rozwoju elektrokardiografii, otrzymał nagrodę Lenina w 1930 r. W wyniku kolejnego etapu rozwoju technologii (pojawienie się elektronicznych wzmacniaczy i rejestratorów) elektrokardiografy zaczęły być stosowane w każdym dużym szpitalu.

Jaki jest charakter EKG?

Kiedy jakieś nerwy lub włókna mięśniowe są wzbudzone, prąd w niektórych jego sekcjach przepływa przez membranę do włókna, a w innych wypływa. W takim przypadku prąd koniecznie przepływa przez otoczenie zewnętrzne otaczające włókno i tworzy różnicę potencjałów w tym ośrodku. Umożliwia to rejestrację wzbudzenia włókna za pomocą elektrod pozakomórkowych, bez wnikania do komórki.

Serce to dość silny mięsień. Wiele włókien jest w nim jednocześnie wzbudzonych, a wystarczająco silny prąd przepływa w otoczeniu otaczającym serce, co nawet na powierzchni ciała powoduje potencjalne różnice rzędu 1 mV.

Aby dowiedzieć się więcej z EKG o stanie serca, lekarze rejestrują wiele krzywych między różnymi punktami ciała. Aby je zrozumieć, potrzebujesz dużego doświadczenia. Wraz z pojawieniem się technologii komputerowej stało się możliwe znaczne zautomatyzowanie procesu „odczytu” EKG. Komputer porównuje EKG danego pacjenta z próbkami zapisanymi w jej pamięci i daje lekarzowi wstępną diagnozę (lub kilka możliwych diagnoz).

Obecnie istnieje wiele innych nowych podejść do analizy EKG. To wydaje się bardzo interesujące. Zgodnie z danymi zarejestrowanymi z wielu punktów ciała i ich zmianą w czasie, można obliczyć, w jaki sposób fala wzbudzenia porusza się w sercu i które części serca stają się podekscytowane (na przykład atak serca). Obliczenia te są bardzo pracochłonne, ale stały się możliwe wraz z pojawieniem się komputerów.

Takie podejście do analizy EKG opracował L. I. Titomir, pracownik Instytutu Problemów Transmisji Informacji Akademii Nauk ZSRR.Zamiast wielu trudnych do zrozumienia krzywych komputer rysuje na ekranie serce i rozprzestrzenianie się podniecenia w swoich działach. Możesz bezpośrednio zobaczyć, w którym obszarze serca podniecenie jest wolniejsze, które części serca wcale nie są wzbudzone itp.

Potencjały serca zostały wykorzystane w medycynie nie tylko do diagnozy, ale także do kontrolowania sprzętu medycznego. Wyobraź sobie, że lekarz musi wykonać prześwietlenie serca w różnych fazach jego cyklu, to znaczy w czasie maksymalnego skurczu, maksymalnego rozluźnienia itp. Jest to konieczne w przypadku niektórych chorób. Ale jak uchwycić moment największego skurczu? Musisz zrobić dużo zdjęć w nadziei, że jedno z nich przejdzie do właściwej fazy.

I tak radzieccy naukowcy V, S. Gurfinkel, V. B, Malkin i M. L. Tsetlin postanowili włączyć sprzęt rentgenowski z fali EKG. Wymagało to niezbyt skomplikowanego urządzenia elektronicznego, które obejmowało strzelanie z danym opóźnieniem w stosunku do fali EKG. Dowcipne rozwiązanie problemu samo w sobie jest szczególnie interesujące, ponieważ było to jedno z pierwszych (obecnie licznych) urządzeń, w których naturalny potencjał organizmu kontroluje niektóre sztuczne urządzenia; Ten obszar technologii nazywa się biofeedbackiem.

Mięśnie szkieletowe ciała generują również potencjały, które można zarejestrować z powierzchni skóry. Wymaga to jednak bardziej zaawansowanego sprzętu niż do zapisu EKG. Poszczególne włókna mięśniowe zwykle działają asynchronicznie, ich nachodzące na siebie sygnały są częściowo kompensowane, w wyniku czego uzyskuje się niższe potencjały niż w przypadku EKG.

Aktywność elektryczna mięśnia szkieletowego nazywa się elektromiogramem - EMG. Po raz pierwszy odkryto potencjały ludzkich włókien mięśniowych, słuchając ich za pomocą telefonu, rosyjski naukowiec N. E. Vvedensky w 1882 roku.

W 1907 r. Niemiecki naukowiec G. Pieper zastosował galwanometr strunowy do obiektywnej rejestracji. Była to jednak złożona i pracochłonna metoda. Dopiero po pojawieniu się oscyloskopu katodowego i sprzętu elektronicznego w 1923 r. Elektromiografia zaczęła intensywnie się rozwijać. Teraz jest szeroko stosowany w nauce, medycynie, sporcie, a także do kontroli biologicznej.

Jednym z pierwszych wielkich zastosowań biokontroli EMG jest tworzenie protez dla osób, które utraciły rękę. Takie protezy powstały po raz pierwszy w naszym kraju.

A czym jest EEG?

Jest to elektroencefalogram, tj. Aktywność elektryczna mózgu, potencjalne fluktuacje powstałe w wyniku pracy neuronów mózgowych i zarejestrowane bezpośrednio z powierzchni głowy. Komórki nerwowe, podobnie jak włókna mięśniowe, działają jednocześnie: gdy niektóre z nich wytwarzają dodatni potencjał na powierzchni skóry, inne tworzą ujemny. Wzajemna kompensacja potencjałów tutaj jest nawet silniejsza niż w przypadku EMG. W rezultacie amplituda EEG jest około sto razy mniejsza niż EKG, dlatego ich rejestracja wymaga bardziej czułego sprzętu.

EEG został po raz pierwszy zarejestrowany przez rosyjskiego naukowca V, V. Pravdicha-Niemskiego na psach za pomocą galwanometru sznurkowego. Wprowadził kurarę u psów, aby silniejsze prądy mięśniowe nie zakłócały rejestracji prądów mózgowych.

W 1924 r. Niemiecki psychiatra G. Berger rozpoczął na Uniwersytecie w Jenie badania nad ludzkim EEG. Opisał okresowe fluktuacje potencjałów mózgowych o częstotliwości około 10 Hz, które są nazywane rytmem alfa. Najpierw zarejestrował EEG osoby z napadem padaczkowym i doszedł do wniosku, że Galvani miał rację, sugerując, że powstaje odcinek w układzie nerwowym z padaczką gdzie prądy są szczególnie silne (ogniwa są stale wzbudzane z wysoką częstotliwością).

Ponieważ mówiliśmy o bardzo słabych potencjałach zarejestrowanych przez mało znanego lekarza, wyniki Bergera przez długi czas nie przyciągały uwagi; sam opublikował je zaledwie 5 lat po odkryciu. I dopiero po 1930 rokuzostały potwierdzone przez słynnych angielskich naukowców Adriana i Matthewsa, zostali „… ostemplowani akademicką aprobatą”, słowami G. Waltera, angielskiego naukowca, który zajmował się klinicznymi aspektami EEG w laboratorium w Galii. W tym laboratorium opracowano metody, które umożliwiły określenie lokalizacji guza lub krwotoku w mózgu za pomocą EEG, podobnie jak wcześniej na podstawie EKG w celu ustalenia lokalizacji zawału serca w sercu.

Następnie, oprócz rytmu alfa, odkryto inne rytmy mózgu, w szczególności rytmy związane z różnymi rodzajami snu. Istnieje wiele projektów dotyczących biofeedbacku EEG. Na przykład, jeśli kierowca stale rejestruje EEG, możesz użyć komputera, aby ustalić moment, kod, a on zacznie zasnąć i obudzi go. Niestety wszystkie takie projekty są nadal trudne do wdrożenia, ponieważ amplituda EEG jest bardzo mała.

Oprócz EEG - wahań potencjału mózgu przy braku specjalnych wpływów, istnieje jeszcze inna forma potencjałów mózgu - zwana potencjałami (EP).

Wywołane potencjały to reakcje elektryczne, które zachodzą w odpowiedzi na błysk światła, dźwięku itp. Ponieważ wiele neuronów mózgu reaguje prawie jednocześnie na jasny błysk światła, potencjały wywołane są zwykle znacznie większe niż EEG. To nie przypadek, że zostały odkryte znacznie wcześniej niż EEG (w 1875 r. Przez Anglika Ketona i niezależnie od niego w 1876 r. Przez rosyjskiego badacza V.J. Danilewskiego).

Wykorzystując potencjały wywołane, można rozwiązać interesujące problemy naukowe. Na przykład po błysku światła odpowiedź (EP) pojawia się najpierw w okolicy potylicznej mózgu. Z tego możemy wywnioskować, że to w tym regionie przychodzą sygnały o świetle.

W przypadku elektrycznego podrażnienia skóry wywołane potencjały występują w ciemnym obszarze mózgu.

Z podrażnieniem skóry dłoni występują w jednym miejscu, a skóra stopy w innym. Możesz zmapować te odpowiedzi, a ta mapa pokazuje, że powierzchnia skóry daje rzut na obszar ciemieniowy kory ludzkiej. Interesujące jest to, że w tym projekcie naruszone są niektóre proporcje, na przykład rzut ręki okazuje się nieproporcjonalnie duży. Tak, to naturalne: mózg potrzebuje znacznie bardziej szczegółowych informacji na temat ręki niż na przykład pleców.