АКТИВНЫЕ И ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

Активные электрические свойства биологиче­ских объектов заключаются в том, что в процессе их жизнедеятельности, в них возникают не скомпенсированные электрические заряды, которые в окружающем пространстве создают электрические поля. Эти поля, по отношению к биообъекту, называются внешними. Обще­известно, что электрическое поле бесконечно в пространстве, хотя с увеличением расстояния от заряда, создающего поле, оно ос­лабляется. Проще всего оценить величину внешних элек­трических полей можно, измерив разность потенциалов (напряжение) меж­ду двумя точками тела человека, как правило, наиболее удобных для размещения электродов. Такие потенциалы называются био­потенциалами действия органов или тканей. Графическую запись этих биопотен­циалов с помощью устройств регистрации называ­ют электрограммой, сокращенно ЭГ. Отведение биопотенциалов подчиняется законо­мерностям от­ведения биопотенциалов в объем­ном проводнике. Если источник ЭДС (клетка) погружен в объемный проводник (проводник второ­го рода), каким является мозг или другие ткани организма, а от­водящий электрод пред­ставляет собой точку, находящуюся в этом проводнике, то принцип отведения значительно отличается от от­ведения, когда электроды расположены на поверхности нервного или мышечного волокна. При отведении с поверхно­сти, когда оба электрода располага­ются непо­средственно возле источника, разность потен­циалов между электродами будет отсутствовать до тех пор, пока несущий отрицательный заряд участок возбуждения не окажется под од­ним из электродов. В объемном проводнике, электриче­ское поле существует в сре­де все время, пока находящаяся в нем клетка активна. Расположен­ные в этой среде электроды будут при любом положении регистри­ровать активность источ­ника.

 

На рисунке показа­но распределение силовых линий и эквипотенциальных поверхнос­тей в объемном проводнике вокруг волокна, при различных поло­жениях области возбуждения. Меняющаяся разность потенциалов будет регистрироваться до тех пор, пока возбуждение проходит по волокну. При регистрации непо­средственно с поверхности нервно­го волокна биопотенциалы возникают только при прохож­дении области возбуждения под электродом. Примером такого вида регистрации может быть ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, ЭЭГ и другие. Все эти виды электрографии являются част­ными случаями записи биопотенциалов в объемном проводнике. Электрогенез этих электрограмм выходит за пределы данной лек­ции. Скажем только, что эти виды биопотенциалов являются сум­марными т.е. складываются (синхронизируются, интегриру­ются) из биопотенциалов отдельных функцио­нальных единиц (мышеч­ных волокон сердца, мышечных волокон желудка, скелетной мус­кулатуры, нервных клеток головного мозга). Суммарный потенциал создает изменяющееся по напряжен­ности электрическое поле, которое в объемном проводнике реги­стрируется в виде изменяющихся по величине биопотенциалов. Они имеют определенную форму, частоту, зависимую от функ­ции органов. Отклонение параметров биопотенциалов от нормы при раз­личных заболеваниях может служить объектив­ными показателями для диагностики.

Поэтому возникает необходимость изучения электрограмм, и здесь ставятся две основные задачи:

1. Генез, т. е. формирование, механизм возникно­вения ЭГ.

2. Трактовка (сущность) ЭГ, т. е. отражение в них функции изучаемого органа в норме и при патологических изменениях.

Решение этих задач непосредственно на орга­низме человека затруднено в связи с многообра­зием электрических процессов, происходящих в органах и тканях и их взаимовлиянием друг на друга. Поэтому генез и трактовку ЭГ изучают на физической мо­дели, называемой эквивалент­ным электрическим генератором. Модель должна удовлетворять следующим условиям:

1.Расчетные потенциалы модели должны соответствовать в разных точках организма реально регистрируемым потенциалам.

2.При изменении параметров модели в ней должны происхо­дить такие же изменения поля и его характеристик, как и в реальных ЭГ при нарушениях функцио­нального состояния органа.

Модель эквивалентного элект­рического генера­тора представля­ет собой замкнутую электриче­скую цепь.

 

В эту цепь вклю­чены токовый генератор - источ­ник ЭДС, имеющий собственное (внутреннее) сопротивление R. Сопротивление Ro (внешнее) соответствует сопротивлению тканей организма, в котором распространяется электрическое поле. Ве­личина тока в замкнутой цепи одинакова через любой последова­тельный участок и будет определяться по закону Ома.

J = J0 = ε/(R + R0)

а т. к. реально R » R0, то J = J0 = ε / R, т.е. сила тока практически не зависит от сопротивления внешней среды. Элементарным токовым генера­тором в живой ткани является клетка. Модель токового генератора ткани, органа представля­ется в виде совокупности элементарных токовых генераторов (напри­мер, клеток), каждый из которых создает собственное электричес­кое поле. При этом имеет место суперпозиция (сложение) электри­ческих полей отдельных микрогенераторов в общее поле органа. Про­странственная структура и величина электриче­ского поля, создаваемого токовым генератором, находящимся в проводящей среде, определяется положением полюсов генератора и свойства­ми среды. Для расчета потенциала в любой точке поля электри­ческий генератор представляют в виде токового электрического диполя, т.е. системы положительного и отрицательного зарядов, определенным образом ориентирован­ной в пространстве и нахо­дящейся в проводящей среде. Основной характеристикой диполя является электрический дипольный момент D.