Электрический помощник врача

Где и как возникает биоэлектричество?

Электрография — это наука об изучении связей между электрофизиологическими и клинико-анатомическими про­цессами живого организма. Электрография представляет собой область изучения электрической активности живой ткани, а электрокардиография — соответственно диагности­ческий метод оценки состояния сердечной мышцы и сердечно­сосудистой системы при изменении во времени их электрической активности.

Применение электрокардиографии началось в конце 20-х годов текущего столетия, когда крупнейший английский электрофизиолог Эдриан предложил для регистрации элек­трической активности сердечной мышцы, органов, нервов и других систем организма человека использовать магнитоэлектрический осциллограф, позволяющий интерполировать электрическую активность, записывать ее кривую на бумаж­ной ленте. После этого электрическая диагностика бурно развивается. Изготовление предназначенных для нее приборов становится самостоятельной отраслью медицинского приборо­строения. Развитие электроизмерительной техники, методов регистрации и всё возрастающий клинический опыт привели к тому, что электрокардиограф (прибор для снятия кривой электрической активности) стал достоянием любой поли­клиники и является в настоящее время одним из основных  приборов скорой и неотложной помощи.

Между первыми наблюдениями, электрических свойств живой ткани и массовым использованием электрокарди­ографа прошло много десятков лет. Электроизмерительная техника развивалась достаточно быстрыми темпами, и имев­шиеся возможности измерения электрической активности сердца могли бы быть реализованы раньше. Однако этого не произошло из-за того, что природа явлений, обусловлива­ющих электрическую активность сердца, была неясна. Су­ществовавшие гипотезы были противоречивы и не объясняли всей сути явлений. Для решения этой проблемы нужна была уникальная комплексная физико-химическая и квантовомеханическая измерительная аппаратура.

В 1928 г. английский ученый Меттюс предложил сравнивать процесс генерирования, распределения и потребления электро­энергии организма человека с процессами, происходящими в энергосистеме; В соответствии с этим им предусматрива­лось наличие в организме человека локальных генерирующих центров (подобных гидро- и теплоэлектростанциям), системы распределения тока по мышечным и другим тканям (подоб­ной линиям электропередачи и электроподстанциям), сети электропотребителей в виде тканей и органов. Предполага­лось, что управление подобной "электросистемой" осуще­ствляется центральной нервной системой. Прошло много лет, а гипотеза Меттюса продолжала незримо царить в электрофизиологии. Говорилось, например, о наличии центров электрической активности в интравертикулярном и синусных узлах сердечной мышцы соответственно генерированию биотока двух разных частот. Предполагалось наличие локаль­ных генераторов электрической активности в виде электрогальванических элементов различных преобразователей, электрофорных машин, солнечных батарей и т. д. Гипотеза Меттюса, несмотря на исключительную условность, в извест­ной степени упорядочила электрофизиологические представ­ления своим системным подходом.

Развитие физики твердого тела, и особенно физики жид­ких кристаллов, позволяет предложить принципиально иную модель электросистемы человека: генерирование "биоэлек­тричества" происходит не в отдельных локальных центрах, а одновременно и взаимосвязано во всем организме за счет перехода жидкой кристаллической структуры тканей, напри­мер системы кровообращения, в жидкость, т. е. в систему неупорядоченную, и, наоборот, вещества жидкой фазы — в жидкокристаллическую упорядоченную систему. Переход вещества из одного фазового состояния в другое сопровож­дается поляризацией зарядоносителей,  т. е. появлением  и   изме­нением   биоэлектрической   активности.   Прямых доказательств того пока нет, но и нет принципиальных возражений, опро­вергающих эту гипотезу. Дальнейшие исследования подтвердят или опровергнут правильность и такой гипотезы.

Английский учёный Р. Милликен разработал квантово - механическую теорию переноса заряда, систематизировал име­ющиеся данные экспериментов. Развитие науки о полупро­водниковых свойствах вещества, включая и биополимеры, открывает огромные и интереснейшие перспективы в изу­чении природы биопотенциалов. Вероятно, имеет место сложное явление суперпозиции (совмещения) различных гипотез. Возможно, будет найдено совершенно новое объяснение многообразия явлений биоактивности. А пока практи­ческая электрография базируется на огромном числе эмпири­ческих данных и клинических наблюдениях, успешно помогая врачу.

Электрокардиограмма.

Электрокардиограмма — это кривая изменения электрической активности сердца, характеризующая деятельность сердечной мышцы в функции времени за период от поступления крови в предсердие до поступления ее в аорту. На графике по вертикали регистрируются изменения значения напряжения в милливольтах, по горизонтали — время в секундах. Для того чтобы получить электрокардиограмму (ЭКГ), достаточно наложить на тело человека два электрода поверхностью 40-60 см² и подключить их к измерительному регистрирующему прибору. Многочисленные исследования позволили найти участки тела, измерения с которых позволяют получить кривую, дающую наибольшую информацию. Существующие электрокардиографы могли бы давать более полную информацию, если бы расширить пределы регистрируемых частот.

Но каким образом электрическая активность распространяется по телу? Почему при расположении электродов на одних местах тела регистрируется одна кривая, а при расположении на других — другая? Исчерпывающего ответа на эти вопросы пока нет.

Общие соображения об электрофизике явлений крайне противоречивы, так же как и биофизика источника электри­ческой энергии. Определение путей распространения биотоков по телу человека нуждается в развернутых исследованиях. Надо отдать дань уважения электрофизиологам медикам-клиницистам, которые сумели это сложнейшее явление использовать на благо человека. Возник­ла прикладная наука — электрокардиография.

Рис. 1. Нормальная электрокар­диограмма здорового человека Интервал I, характеризуемый зуб­цомP, — работа предсердия; интервал II, характеризуемый зуб­цами Q, R, S, Т, — работа желу­дочков

Электрокар­диографические данные дополняют клиническую картину течения заболевания, помогают врачу в правильной диаг­ностике и правильной оценке хода лечения. Не случайно подчеркнуто то, что электрокардиографические данные диагностики лишь дополняют общую диагностику. В подавля­ющем большинстве случаев они взаимно однозначны. Но все же, хотя и редко, бывает так, что клиническая картина забо­левания не регистрируется электрокардиограммой..

Электрокардиограф состоит из следующих основных частей: электродов, накладываемых на тело больного; широ­кополосного усилителя, позволяющего получить электро­кардиографический сигнал, который может непосредственно привести в действие электромагнитный измерительный при­бор с регистратором напряжений; лентопротяжного меха­низма;    эталонного   источника   напряжения, позволяющего уточнить масштаб измеряемого напряжения, и комплекта проводов, соединяющих электроды с электрокардиографом.

Диагноз на расстоянии

Итак, значение напряжения, возникшего в процессе жизне­деятельности, и его изменение во времени характеризуют состояние живого организма. На примере определения нару­шений деятельности сердечно-сосудистой системы и сердечной мышцы показано, каким хорошим помощником врача явля­емся животное электричество. Помощником врача оно служит и при установлении диагноза многих других заболеваний. Современная электроизмерительная техника создает возмож­ность достаточно просто регистрировать амплитуды, времен­ные интервалы и форму импульсов животного электричества. Но какие неизмеримо широкие возможности перед врачом открывают радиоэлектроника и радиотехника! Врач осматри­вает больного и выслушивает тоны сердца, когда он лежит в постели или стоит перед врачом. Но сердце часто болит не тогда, когда человек находится в состоянии покоя, а при ходьбе, при выполнении той  или иной  производственной операции или просто во время работы. Участковый врач и сейчас ограничивается информацией о состоянии человека в покое. Радиоэлектроника и радиотехника позволят дать в   руки врача принципиально новые методы диагностики.

В конце 20-х годов робко, а в начале 30-х более решительно И. П. Павлов высказывал пожелания создать измеритель­ную аппаратуру, позволяющую на расстоянии наблюдать за состоянием подопытного животного и за состоянием чело­века в процессе его деятельности. Реализацией этой идеи занялся крупнейший ученый физиолог Л. А. Орбели — ученик, соратник и друг И. П. Павлова.

Л. А. Орбели совместно с А. А. Ющенко и Л.А.Черновкиным создали передатчик, помещаемый на спине животного. С помощью передатчика и созданного ими же приемного устройства на расстоянии регистрировалось поведение собаки. Объект эксперимента, образно говоря, радиофицированная собака, не был ограничен в своей двигательной активности. Подобный эксперимент явился крупным, принципиально новым достижением. Несовершенная радиотехническая аппаратура того времени не обладала нужными габаритами и массой. О микроминиатю­ризации еще и не помышляли.

В послевоенные годы и, особенно, в середине 50-х годов началась широкая разработка измерительных устройств, поме­щаемых непосредственно на объекте наблюдения. В 1963 г. был сконструирован радиопередатчик на пяти транзисторах. Его масса совместно с источником питания (окиснортутной батареей) составляла 36 г. Длина его была равна 7,6 см, диаметр 3,5 см. Радиопередатчик мог работать 20 ч при ра­диусе действия около 1 км. И вот первое открытие: помещен­ный на голубе подобный передатчик, регистрируя и передавая экспериментатору показания — частоту пульса по числу максимальных амплитуд электрокардиограммы, позволил установить изменение числа сокращений сердца голубя в по­кое и в полете. В покое число сокращений в минуту состав­ляло 150—170, в полете — соответственно 350—600, т.е. увеличивалось почти в три раза. На рис. 2 показан голубь с передатчиком.

В середине 50-х годов были созданы системы, позволяющие регистрировать частоту пульса по значению максимальной амплитуды электрокардиограммы у парашютистов в момент прыжка, да и не только частоту пульса, но и всю электрокар­диограмму. Вскоре эти же методы радиотелеметрии, т. е. передачи измеряемой величины с помощью радио на рассто­яние, начали применять при тренировках экипажей самолетов. 12 апреля 1961 г. был совершен первый полет космическо­го корабля, пилотируемого  Ю. А. Гагариным, а 6 августа того же года — второй полет на корабле "Восток-!", пилоти­руемом Г. С. Титовым. Во время полетов производился непре­рывный контроль за сердечной деятельностью космонавтов, снималась и передавалась на Землю электрокардиограмма, по которой регистрировалась частота пульса одновременно.

Рис.   2.   Радиопередатчик на голубе для телеметрии пульса

Самое важное и принципиальное достижение биотелеметрии заключается в том, что удалось установить тождественность формы кривой электрической активности, характеризуемой электрокардиограммой, для здорового человека, находящегося в покое и в состоянии длительной активности. Далее, несомненно, появилась возможность оценки работы сердца и при различной нагрузке. Биотелеметрия в целом находится в стадии становления. Многое еще будет совершенствоваться, и пути этого совершенствования уже намечаются. Например, при биотелеметрии целесообразно совмещать передачу биоинформации с двусторонней радиотелефонной связью.

НПФ "Янтарь" (www.ionization.ru)
Полное или частичное цитирование данной статьи запрещено