информационный портал по вопросам биомедицинской инженерии

Сейчас на сайте 0 пользователей и 0 гостей.

Вход в систему

Недавно присоединились

  • Сергей Посохов
  • Roman Polostnikov
  • Абдусаламов Магом...
  • Комиссаров Мэлор ...
  • Олег Матвеевич
аватар: Седунина Юлия Олеговна

Электрические потенциалы возникают во всех мышцах и нервах живого организма. Они могут быть обнаружены в любой живой клетке или органе. Элементарной биологической ячейкой, производящей электрическую энергию, является отдельная клетка. Разность потенциалов между возбужденной и невозбужденной частями клетки возникает таким образом, что потенциал возбужденной части всегда меньше потенциала невозбужденной части. Также возникает биопотенциал между различными участками тканей. Эта разность электрических потенциалов в одних случаях имеет главное, а в других - побочное значение для жизнедеятельности организма и является сопутствующим фактором его деятельности.
Биопотенциалы не являются постоянными величинами, а изменяются в зависимости от физико-химического состояния клетки или ткани, концентрации и состава соприкасающихся с ними солевых растворах.
Обычно различают потенциалы действия и потенциалы покоя. Потенциал, возникающий благодаря возбуждению ткани, называют "потенциалом действия". Он характерен тем, что быстро достигает своего максимума (обычно за время от нескольких десятых до нескольких миллисекунд), а затем более медленно (за время от миллисекунд до нескольких секунд) снижается до нуля.
Потенциал, существующей между средой, в которой находится клетка, и ее содержимым или между поврежденной и не поврежденной частями тканей, называют "потенциалом покоя" или "потенциалом повреждения ". Поврежденная часть ткани при этом имеет отрицательный потенциал по отношению к неповрежденной.
С помощью осциллограмм биопотенциалов исследуют мышечную или нервную ткань. Очевидно, что при этом разность потенциалов определяется совокупностью потенциалов отдельных клеток. Живые клетки можно в грубом приближении рассматривать как электрические генераторы. Тогда общая разность потенциалов, а также сопротивление ткани будут, очевидно, зависеть от характера соединения клеток. В отдельных случаях клетки соединены как бы последовательно друг с другом. Образуемая в этом случае ЭДС может достигать нескольких сотен вольт.
Обычно, при регистрации биопотенциалов между электродами, отводящими потенциал, находится не одно волокно, а целая система (ствол) мышечных или нервных волокон, т.е имеет место как бы параллельное соединение биологических генераторов. Поэтому величина ЭДС в этом случае остается примерно той же, что и у одиночного волокна, а сопротивление источника ЭДС (сопротивление ткани) уменьшается. Так, сопротивление одного сантиметра одиночного нервного волокна составляет несколько десятков МОм, а сопротивление одного см нервного ствола - десятки кОм. Следует отметить, что напряжение, создаваемое мышечной или нервной тканью, обычно значительно меньше напряжения, создаваемого
отдельным волокном, вследствие шунтирующего действия различных внеклеточных жидкостей, соединительных оболочек и т.п.

а - двухполюсное отведение и соответствующей ему двухфазный потенциал действия ( С - стимулятор; Г - гальванометр; Э - электроды); б - однополюсное отведение и соответствующие ему однофазные потенциалы действия.

На рис.1,а схематически показано электрическое возбуждение нервного волокна и отведения потенциалов действия поверхностными электродами. Эти потенциалы возникают вдоль волокна при распространении волны возбуждения, сопровождаемой появлением участков с различными потенциалами, которые регистрируются чувствительным гальванометром. Приведенный способ наложения электродов на волокно для снятия биопотенциалов носит название двухполюсного или двухфазного отведения (при этом регистрируется двухфазный потенциал действия).
Можно повредить волокно и наложить на поврежденный участок один электрод, а второй поместить на поврежденный участок или в солевой раствор, в который погружена часть исследуемого волокна (рис.1,б). Такой способ называется однополюсным или монофазным отведением (при этом регистрируется монофазный потенциал действия).
Способ отведения биопотенциалов накладывает определенные условия на схему регистрации и метод анализа полученных зависимостей. Регистрация биопотенциалов с помощью гальванометра (рис.1) обладает рядом недостатков, основным из которых является инерционность гальванометра.
Итак, биопотенциал - ионизационный потенциал биологических соединений, характеризуемый исключительно малым значением энергии связи. Но взаимодействия между элементарными частицами связи на этих уровнях энергии
обуславливают макроявления, выражающиеся, в частности, в суммарной биоэлектрической активности, при которой разность биопотенциалов достигает единиц милливольт. Изменения же этой разности отображают нормальные и патологические процессы, возникающие в организме. Разность биопотенциалов свидетельствует о реакции живого организма на факторы внешней среды, а "перемещение" электричества по организму - о вредном последствии внешних факторов.
Большинство клеток всех живых организмов несет заряд (постоянный потенциал) на своих мембранах. В состоянии покоя этот потенциал не проявляется так как мембрана клеток изопотенциальны на всей поверхности, и, следовательно, клетка не создает внешнего электрического поля. В случае же активации клетки (или ее повреждения в условиях патологии) через клеточную мембрану и через окружающие ткани течет ток, создающий определенную разность потенциалов во внешней среде (объемном проводнике). Эти потенциалы, таким образом, несут определенную информацию о характере деятельности соответствующих клеток и клеточных групп.
Все биопотенциалы возникают на клеточном уровне, но измерения любого отдельного сигнала связаны с какой-то определенной физиологической подсистемой. Так, электрокардиограмма (ЭКГ) представляет собой запись электрической активноти сердца, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) - запись напряжений вырабатываемых мозгом, электоромиограмма (ЭМГ) - запись биопотенциалов мышц, электроокулограмма (ЭОГ) - запись электрических сигналов глаза, электроретинограмма (ЭРГ) - запись напряжений ретины (сетчатки) глаза, характеризующих ее реакцию на свет, и т.п.
Каждое измерение, в том числе измерение биоэлектрической активности, связано с передачей части энергии от исследуемого объекта в измерительный прибор. Чтобы правильно с энергетической точки зрения обеспечить измерения биоэлектрической активности, т.е. согласовать характеристики измерительной системы с объектом, полезно составить его эквивалентную схему как электрического генератора. Для этой цели можно воспользоваться схемой (рис.2), характеризующей электрическое сопротивление биологической ткани с источником электродвижущей силы Ео.

Величина Rвх обозначает входное сопротивление, которым характеризуется любые измерительные системы (гальванометр, усилитель) в точке присоединения
их к объекту, а величина Ri состоит из электрического сопротивления тканей и сопротивления переходных контактов от электродов к объекту.
Величина переходного сопротивления между объектами и электродами зависит от размеров последних, плотности их соприкосновения с объектом, от наличия или отсутствия смачивающей жидкости или специальной электропроводящей пасты.
Из эквивалентной схемы нетрудно убедиться, что напряжение на входе усилителя равно 

Последняя формула показывает, что напряжение на входе усилителя увеличивается при увеличении сопротивления Rвх , но никогда не достигает величины Eо , так как величина

 всегда меньше единицы.
Если Ri = Rвх, то Uвх = 0,5 E0.
Из этого следует, если Rвх приблизительно равно или меньше Ri , то величина Uвх окажется значительно сниженной по отношению к Eо.
Придерживаются правила, что входное сопротивление усилителей для электрофизиологических исследований должно в 10 - 20 раз превышать наибольшее возможное электрическое сопротивление объекта. Таким образом, для определения требуемого значения Rвх необходимо знать величину Ri . Кроме пассивных элементов в цепи, соединяющей объект исследования с усилителем, из-за использования металлических электродов появляются активные элементы, оказывающие большое влияние на процесс измерения. Поэтому целесоообразно коротко проанализировать влияние электродов, применяемых для отведения биопотенциалов.

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <table> <td> <tr> <hr> <div> <span> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <pre> <adress> <center>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

6 + 11 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.

Комментарии