Was ist ein EKG, EMG, EEG?

Ein EKG ist ein Elektrokardiogramm, eine Aufzeichnung elektrischer Signale vom Herzen. Die Tatsache, dass bei Erregung ein Potentialunterschied im Herzen auftritt, wurde bereits 1856 während der Dubois-Reymond-Ära gezeigt. Das Experiment, das dies beweist, wurde von Kelliker und Müller genau nach Galvanis Rezept durchgeführt: Ein Nerv, der zum Fuß des Frosches lief, wurde auf ein isoliertes Herz gelegt, und dieses „lebende Voltmeter“ reagierte mit einem Ruck der Pfote auf jeden Herzschlag.

Mit dem Aufkommen empfindlicher elektrischer Messinstrumente wurde es möglich, die elektrischen Signale eines arbeitenden Herzens zu erfassen, indem Elektroden nicht direkt am Herzmuskel, sondern an der Haut angebracht wurden.

1887 war es erstmals möglich, ein menschliches EKG auf diese Weise zu registrieren. Dies wurde vom englischen Wissenschaftler A. Waller mit einem Kapillarelektrometer durchgeführt (die Basis dieses Geräts war eine dünne Kapillare, in der Quecksilber von Schwefelsäure begrenzt war. Wenn Strom durch eine solche Kapillare geleitet wurde, die Oberflächenspannung an der Grenze Flüssigkeiten wechselten und der Meniskus verschob sich entlang der Kapillare.)

Die Verwendung dieses Geräts war unpraktisch und die weit verbreitete Verwendung der Elektrokardiographie begann später, nach dem Aufkommen eines fortschrittlicheren Geräts im Jahr 1903 - des Einthoven-String-Galvanometers. (Der Betrieb dieser Vorrichtung basiert auf der Bewegung eines Leiters mit einem Strom in einem Magnetfeld. Die Rolle des Leiters spielte ein versilbertes Quarzfilament mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern, das in einem Magnetfeld dicht gedehnt war. Wenn ein Strom durch diese Schnur geleitet wurde, bog er sich leicht. Diese Abweichungen wurden mit einem Mikroskop beobachtet geringe Trägheit und erlaubt, schnelle elektrische Prozesse zu registrieren.)

Nach dem Erscheinen dieses Geräts in einer Reihe von Labors begannen sie detailliert zu untersuchen, wie sich das EKG eines gesunden Herzens und Herzens bei verschiedenen Krankheiten unterscheidet. Für diese Arbeiten erhielt V. Einthoven 1924 den Nobelpreis, und der sowjetische Wissenschaftler A. F. Samoilov, der viel für die Entwicklung der Elektrokardiographie getan hatte, erhielt 1930 den Lenin-Preis. Als Ergebnis des nächsten Schrittes in der Entwicklung der Technologie (das Erscheinen elektronischer Verstärker und Rekorder) wurden in jedem größeren Krankenhaus Elektrokardiographen eingesetzt.

Was ist die Art des EKG?

Wenn eine Nerven- oder Muskelfaser angeregt wird, fließt Strom in einigen ihrer Abschnitte durch die Membran in die Faser und in anderen fließt sie heraus. In diesem Fall fließt der Strom notwendigerweise durch die die Faser umgebende äußere Umgebung und erzeugt eine Potentialdifferenz in diesem Medium. Auf diese Weise können Sie die Anregung der Faser mithilfe extrazellulärer Elektroden registrieren, ohne in die Zelle einzudringen.

Das Herz ist ein ziemlich starker Muskel. Viele Fasern werden gleichzeitig darin angeregt, und in der Umgebung des Herzens fließt ein ausreichend starker Strom, der selbst auf der Oberfläche des Körpers Potentialunterschiede in der Größenordnung von 1 mV erzeugt.

Um mehr aus dem EKG über den Zustand des Herzens zu lernen, zeichnen Ärzte viele Kurven zwischen verschiedenen Körperpunkten auf. Um diese Kurven zu verstehen, benötigen Sie viel Erfahrung. Mit dem Aufkommen der Computertechnologie ist es möglich geworden, den Prozess des "Lesens" von EKGs signifikant zu automatisieren. Ein Computer vergleicht das EKG einer bestimmten Patientin mit den in ihrem Gedächtnis gespeicherten Proben und gibt dem Arzt eine vermutliche Diagnose (oder mehrere mögliche Diagnosen).

Jetzt gibt es viele andere neue Ansätze zur Analyse des EKG. Es scheint sehr interessant. Anhand der an vielen Stellen des Körpers aufgezeichneten Daten und ihrer zeitlichen Änderung kann berechnet werden, wie sich die Erregungswelle durch das Herz bewegt und welche Teile des Herzens nicht mehr erregt werden (z. B. sind sie von einem Herzinfarkt betroffen). Diese Berechnungen sind sehr mühsam, aber sie wurden mit dem Aufkommen von Computern möglich.

Dieser Ansatz zur EKG-Analyse wurde von L. I. Titomir, einem Mitarbeiter des Instituts für Informationsübertragungsprobleme der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, entwickelt.Anstelle vieler schwer verständlicher Kurven zeichnet der Computer auf dem Bildschirm das Herz und die Ausbreitung der Erregung in seinen Abteilungen. Sie können direkt sehen, in welchem ​​Bereich des Herzens die Erregung langsamer ist, welche Teile des Herzens überhaupt nicht erregt sind usw.

Die Potenziale des Herzens wurden in der Medizin nicht nur zur Diagnose, sondern auch zur Kontrolle medizinischer Geräte genutzt. Stellen Sie sich vor, ein Arzt muss in verschiedenen Phasen seines Zyklus Röntgenaufnahmen des Herzens machen, dh zum Zeitpunkt maximaler Kontraktion, maximaler Entspannung usw. Dies ist bei einigen Krankheiten notwendig. Aber wie fängt man den Moment der größten Kontraktion ein? Sie müssen viele Bilder machen, in der Hoffnung, dass eines davon in die richtige Phase kommt.

Und so beschlossen die sowjetischen Wissenschaftler V, S. Gurfinkel, V. B., Malkin und M. L. Tsetlin, das Röntgengerät der EKG-Welle einzuschalten. Dies erforderte ein nicht so kompliziertes elektronisches Gerät, das Aufnahmen mit einer bestimmten Verzögerung relativ zur EKG-Welle beinhaltete. Die witzige Lösung des Problems an sich ist insofern besonders interessant, als es eines der ersten (inzwischen zahlreichen) Geräte war, bei denen die natürlichen Potentiale des Körpers bestimmte künstliche Geräte steuern. Dieser Technologiebereich wird als Biofeedback bezeichnet.

Die Skelettmuskeln des Körpers erzeugen auch Potentiale, die von der Hautoberfläche aufgezeichnet werden können. Dies erfordert jedoch fortschrittlichere Geräte als für die EKG-Aufzeichnung. Einzelne Muskelfasern arbeiten normalerweise asynchron, ihre sich überlappenden Signale werden teilweise kompensiert, und infolgedessen werden niedrigere Potentiale erhalten als im Fall eines EKG.

Die elektrische Aktivität des Skelettmuskels wird als Elektromyogramm - EMG bezeichnet. Zum ersten Mal wurden die Potenziale menschlicher Muskelfasern entdeckt, indem sie 1882 vom russischen Wissenschaftler N. E. Vvedensky mit einem Telefon abgehört wurden.

1907 verwendete der deutsche Wissenschaftler G. Pieper ein String-Galvanometer zur objektiven Registrierung. Es war jedoch eine komplexe und mühsame Methode. Erst nach dem Erscheinen des Kathodenoszilloskops und der elektronischen Ausrüstung im Jahr 1923 begann sich die Elektromyographie intensiv zu entwickeln. Jetzt ist es weit verbreitet in Wissenschaft, Medizin, Sport und auch für die Biokontrolle.

Eine der ersten großartigen Anwendungen der EMG-Biokontrolle ist die Herstellung von Prothesen für Menschen, die ihren Arm verloren haben. Solche Prothesen wurden zuerst in unserem Land hergestellt.

Und was ist ein EEG?

Dies ist ein Elektroenzephalogramm, d. H. Die elektrische Aktivität des Gehirns, mögliche Schwankungen, die durch die Arbeit von Gehirnneuronen erzeugt und direkt von der Oberfläche des Kopfes aufgezeichnet werden. Nervenzellen arbeiten wie Muskelfasern gleichzeitig: Wenn einige von ihnen ein positives Potential auf der Hautoberfläche erzeugen, erzeugen andere ein negatives. Die gegenseitige Kompensation von Potenzialen ist hier noch stärker als bei EMG. Infolgedessen ist die Amplitude des EEG etwa hundertmal kleiner als die des EKG, weshalb für ihre Registrierung empfindlichere Geräte erforderlich sind.

Das EEG wurde erstmals vom russischen Wissenschaftler V, V. Pravdich-Nemsky an Hunden mit einem String-Galvanometer registriert. Er führte Curare bei Hunden ein, damit stärkere Muskelströme die Registrierung von Gehirnströmen nicht beeinträchtigten.

1924 begann der deutsche Psychiater G. Berger an der Universität Jena mit dem Studium des menschlichen EEG. Er beschrieb periodische Schwankungen der Gehirnpotentiale mit einer Frequenz von etwa 10 Hz, die als Alpha-Rhythmus bezeichnet werden. Er zeichnete zunächst das EEG einer Person mit Epilepsie-Anfall auf und kam zu dem Schluss, dass Galvani Recht hatte, was darauf hindeutet, dass ein Abschnitt im Nervensystem mit Epilepsie entsteht wo Ströme besonders stark sind (Zellen dort werden kontinuierlich mit hoher Frequenz angeregt).

Da es sich um sehr schwache Potenziale handelte, die von einem wenig bekannten Arzt aufgezeichnet wurden, erregten die Ergebnisse von Berger lange Zeit keine Aufmerksamkeit. er selbst veröffentlichte sie nur 5 Jahre nach der Entdeckung. Und erst nach 1930Sie wurden von den berühmten englischen Wissenschaftlern Adrian und Matthews bestätigt und nach den Worten von G. Walter, einem englischen Wissenschaftler, der sich im Labor von Gallien mit den klinischen Aspekten des EEG befasste, "... mit akademischer Anerkennung abgestempelt". In diesem Labor wurden Methoden entwickelt, die es ermöglichten, den Ort eines Tumors oder einer Blutung im Gehirn mittels EEG zu bestimmen, ähnlich wie zuvor durch EKG gelernt, den Ort eines Herzinfarkts im Herzen zu bestimmen.

Anschließend wurden neben dem Alpha-Rhythmus andere Gehirnrhythmen entdeckt, insbesondere Rhythmen, die mit verschiedenen Schlafarten verbunden sind. Es gibt viele EEG-Biofeedback-Projekte. Wenn der Fahrer beispielsweise ständig das EEG aufzeichnet, können Sie den Computer verwenden, um den Moment und den Code zu bestimmen, in dem er zu dösen beginnt, und ihn aufzuwecken. Leider sind alle derartigen Projekte immer noch schwer umzusetzen, da die Amplitude des EEG sehr klein ist.

Neben den EEG-Schwankungen des Potenzials des Gehirns ohne besondere Einflüsse gibt es eine andere Form von Gehirnpotentialen - die sogenannten Potentiale (EP).

Evozierte Potentiale sind elektrische Reaktionen, die als Reaktion auf einen Licht-, Schall- usw. Blitz auftreten. Da viele Neuronen des Gehirns fast gleichzeitig auf einen hellen Lichtblitz reagieren, sind die evozierten Potentiale normalerweise viel größer als das EEG. Es war kein Zufall, dass sie viel früher als das EEG entdeckt wurden (1875 vom Engländer Keton und unabhängig davon 1876 vom russischen Forscher V. Ya. Danilevsky).

Mit evozierten Potentialen kann man interessante wissenschaftliche Probleme lösen. Beispielsweise tritt nach einem Lichtblitz die Reaktion (EP) zuerst im Hinterhauptbereich des Gehirns auf. Daraus können wir schließen, dass in dieser Region Signale über Licht kommen.

Bei elektrischer Hautreizung treten im dunklen Bereich des Gehirns evozierte Potentiale auf.

Bei Reizung der Haut der Hand treten sie an einer Stelle auf, die Haut des Fußes an einer anderen. Sie können diese Antworten abbilden und diese Karte zeigt, dass die Oberfläche der Haut eine Projektion auf die parietale Region der Kortikalis des menschlichen Gehirns ergibt. Es ist interessant, dass bei diesem Entwurf einige Proportionen verletzt werden, zum Beispiel stellt sich heraus, dass die Projektion der Hand unverhältnismäßig groß ist. Ja, das ist natürlich: Das Gehirn benötigt viel detailliertere Informationen über die Hand als zum Beispiel über den Rücken.