Τι είναι το ΗΚΓ, το EMG, το EEG;

Ένα ΗΚΓ είναι ένα ηλεκτροκαρδιογράφημα, μια καταγραφή των ηλεκτρικών σημάτων της καρδιάς. Το γεγονός ότι μια δυναμική διαφορά εμφανίζεται στην καρδιά κατά τη διέγερση παρουσιάστηκε ήδη από το 1856, κατά την εποχή Dubois-Reymond. Το πείραμα που αποδεικνύει αυτό το έθεσε ο Kelliker και ο Müller ακριβώς σύμφωνα με τη συνταγή του Galvani: ένα νεύρο που τρέχει στο πόδι του βάτραχου βρισκόταν σε μια απομονωμένη καρδιά και αυτό το "ζωντανό βολτόμετρο" αποκρίθηκε με ένα τράνταγμα του ποδιού σε κάθε κτύπο της καρδιάς.

Με την εμφάνιση ευαίσθητων ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης, κατέστη δυνατή η δέσμευση των ηλεκτρικών σημάτων μιας καρδιάς εργασίας με την εφαρμογή ηλεκτροδίων όχι απευθείας στον καρδιακό μυ, αλλά στο δέρμα.

Το 1887 για πρώτη φορά κατέστη δυνατή η καταγραφή ενός ανθρώπινου ΗΚΓ με τον τρόπο αυτό, που έγινε από τον αγγλικό επιστήμονα Α. Waller χρησιμοποιώντας ένα τριχοειδές ηλεκτρόμετρο (η βάση αυτής της συσκευής ήταν ένα λεπτό τριχοειδές, στο οποίο ο υδράργυρος περικυκλώθηκε από θειικό οξύ.Όταν το ρεύμα πέρασε από ένα τέτοιο τριχοειδές, τα υγρά άλλαξαν και ο μηνίσκος μετατοπίστηκε κατά μήκος του τριχοειδούς.)

Αυτή η συσκευή ήταν ακατάλληλη για χρήση και η ευρεία χρήση της ηλεκτροκαρδιογραφίας άρχισε αργότερα, μετά την εμφάνιση, το 1903, μιας πιο προηγμένης συσκευής - του γαλβανόμετρου της σειράς Einthoven. (Η λειτουργία αυτής της συσκευής βασίζεται στην κίνηση ενός αγωγού με ένα ρεύμα σε ένα μαγνητικό πεδίο.Το ρόλο του αγωγού έπαιξε ένα ασημένιο νήμα χαλαζία διαμέτρου μικρότερου των μικρομέτρων, σφιχτά τεντωμένο σε ένα μαγνητικό πεδίο.Όταν πέρασε ένα ρεύμα μέσω αυτής της χορδής, ελαφρώς κάμψε.Αυτές οι αποκλίσεις παρατηρήθηκαν με ένα μικροσκόπιο. χαμηλή αδράνεια και επιτρέπεται η εγγραφή γρήγορων ηλεκτρικών διεργασιών.)

Μετά την εμφάνιση αυτής της συσκευής σε πολλά εργαστήρια, άρχισαν να μελετούν λεπτομερώς πώς το ΗΚΓ μιας υγιούς καρδιάς και καρδιάς διαφέρει σε διάφορες ασθένειες. Για τα έργα αυτά, ο V. Einthoven έλαβε το βραβείο Νόμπελ το 1924 και ο σοβιετικός επιστήμονας A. F. Samoilov, ο οποίος έκανε πολλά για την ανάπτυξη της ηλεκτροκαρδιογραφίας, έλαβε το βραβείο Lenin το 1930. Ως αποτέλεσμα του επόμενου βήματος στην ανάπτυξη της τεχνολογίας (εμφάνιση ηλεκτρονικών ενισχυτών και καταγραφικών), άρχισαν να χρησιμοποιούνται ηλεκτροκαρδιογράφοι σε κάθε μεγάλο νοσοκομείο.

Ποια είναι η φύση του ΗΚΓ;

Όταν οποιαδήποτε νευρική ή μυϊκή ίνα διεγείρεται, το ρεύμα σε μερικά από τα τμήματα του ρέει μέσω της μεμβράνης μέσα στην ίνα, και σε άλλα ρέει έξω. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα ρέει αναγκαστικά μέσα από το εξωτερικό περιβάλλον που περιβάλλει την ίνα και δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού σε αυτό το μέσο. Αυτό σας επιτρέπει να καταχωρήσετε τη διέγερση της ίνας χρησιμοποιώντας εξωκυτταρικά ηλεκτρόδια, χωρίς να εισχωρήσετε μέσα στο κύτταρο.

Η καρδιά είναι ένας αρκετά ισχυρός μυς. Πολλές ίνες ταυτόχρονα διεγείρονται και ένα ρεύμα επαρκώς ισχυρό ρέει στο περιβάλλον που περιβάλλει την καρδιά, το οποίο ακόμη και στην επιφάνεια του σώματος δημιουργεί δυνητικές διαφορές της τάξης του 1 mV.

Για να μάθετε περισσότερα από το ΗΚΓ σχετικά με την κατάσταση της καρδιάς, οι γιατροί καταγράφουν πολλές καμπύλες μεταξύ των διαφόρων σημείων του σώματος. Για να κατανοήσετε αυτές τις καμπύλες, χρειάζεστε πολλή εμπειρία. Με την έλευση της τεχνολογίας των υπολογιστών, κατέστη δυνατή η αυτοματοποίηση της διαδικασίας "ανάγνωσης" του ΗΚΓ. Ένας υπολογιστής συγκρίνει το ΗΚΓ ενός συγκεκριμένου ασθενούς με τα δείγματα που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του και δίνει στον γιατρό μια τεκμαιρόμενη διάγνωση (ή διάφορες πιθανές διαγνώσεις).

Τώρα υπάρχουν πολλές άλλες νέες προσεγγίσεις στην ανάλυση του ΗΚΓ. Φαίνεται πολύ ενδιαφέρον. Σύμφωνα με τα δεδομένα που έχουν καταγραφεί από πολλά σημεία του σώματος και την αλλαγή του χρόνου τους, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε πώς κινείται το κύμα διέγερσης μέσω της καρδιάς και ποια τμήματα της καρδιάς είναι ανεξέλεγκτα (για παράδειγμα, επηρεάζονται από καρδιακή προσβολή). Αυτοί οι υπολογισμοί είναι πολύ επίπονοι, αλλά έγιναν δυνατοί με την εμφάνιση υπολογιστών.

Μια τέτοια προσέγγιση στην ανάλυση ΗΚΓ αναπτύχθηκε από τον L. I. Titomir, υπάλληλο του Ινστιτούτου Προβλήματα Διαβίβασης Πληροφοριών της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ.Αντί για πολλές καμπύλες που είναι δύσκολο να κατανοηθούν, ο υπολογιστής αντλεί από την οθόνη την καρδιά και την εξάπλωση της διέγερσης στα τμήματα του. Μπορείτε να δείτε απευθείας σε ποια περιοχή της καρδιάς η διέγερση είναι πιο αργή, ποια μέρη της καρδιάς δεν είναι ενθουσιασμένα καθόλου, κλπ.

Οι δυνατότητες της καρδιάς χρησιμοποιήθηκαν στην ιατρική όχι μόνο για τη διάγνωση αλλά και για τον έλεγχο του ιατρικού εξοπλισμού. Φανταστείτε ότι ένας γιατρός πρέπει να λάβει ακτινογραφίες της καρδιάς σε διαφορετικές φάσεις του κύκλου του, δηλ. Τη στιγμή της μέγιστης συστολής, της μέγιστης χαλάρωσης κλπ. Αυτό είναι απαραίτητο για ορισμένες ασθένειες. Αλλά πώς να πιάσετε τη στιγμή της μεγαλύτερης συστολής; Πρέπει να τραβήξετε πολλές φωτογραφίες με την ελπίδα ότι κάποιος από αυτούς θα βρεθεί στη σωστή φάση.

Έτσι οι Σοβιετικοί επιστήμονες V, S. Gurfinkel, V. B, Malkin και M. L. Tsetlin αποφάσισαν να ενεργοποιήσουν τον ακτινοσκοπικό εξοπλισμό από το κύμα ΗΚΓ. Αυτό απαιτούσε μια μη περίπλοκη ηλεκτρονική συσκευή, η οποία περιελάμβανε λήψεις με δεδομένη καθυστέρηση σε σχέση με το κύμα ΗΚΓ. Η πνευματική λύση του προβλήματος από μόνο του είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα από το γεγονός ότι ήταν μία από τις πρώτες (τώρα πολυάριθμες) συσκευές στις οποίες οι φυσικές δυνατότητες του σώματος ελέγχουν ορισμένες τεχνητές συσκευές. Αυτός ο τομέας της τεχνολογίας ονομάζεται βιοανάδραση.

Οι σκελετικοί μύες του σώματος παράγουν επίσης δυναμικά που μπορούν να καταγραφούν από την επιφάνεια του δέρματος. Ωστόσο, αυτό απαιτεί πιο προηγμένο εξοπλισμό από ό, τι για την καταγραφή ΗΚΓ. Οι μεμονωμένες ίνες μυών συνήθως λειτουργούν ασύγχρονα, τα σήματα που επικαλύπτονται μεταξύ τους αντισταθμίζονται μερικώς και ως αποτέλεσμα, επιτυγχάνονται χαμηλότερα δυναμικά από ό, τι στην περίπτωση ενός ΗΚΓ.

Η ηλεκτρική δραστηριότητα του σκελετικού μυός ονομάζεται ηλεκτρομυογράφημα - EMG. Για πρώτη φορά, οι δυνατότητες των ανθρώπινων μυϊκών ινών ανακαλύφθηκαν ακούγοντας τους χρησιμοποιώντας ένα τηλέφωνο, ο ρώσος επιστήμονας Ν. Ε. Vvedensky πίσω το 1882.

Το 1907, ο γερμανός επιστήμονας G. Pieper χρησιμοποίησε ένα γαλβανόμετρο χορδών για την αντικειμενική εγγραφή τους. Ωστόσο, ήταν μια περίπλοκη και επίπονη μέθοδος. Μόνο μετά την εμφάνιση του παλμογράφου καθόδου και του ηλεκτρονικού εξοπλισμού το 1923, άρχισε να αναπτύσσεται εντατικά η ηλεκτρομυογραφία. Τώρα χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη, την ιατρική, τον αθλητισμό και επίσης για τη βιολογική παρακολούθηση.

Μια από τις πρώτες μεγάλες χρήσεις του βιολογικού ελέγχου EMG είναι η δημιουργία προθέσεων για άτομα που έχουν χάσει το χέρι τους. Τέτοιες προσθέσεις δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά στη χώρα μας.

Και τι είναι το EEG;

Πρόκειται για ένα ηλεκτροεγκεφαλογράφημα, δηλαδή για την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου, τις πιθανές διακυμάνσεις που δημιουργούνται από την εργασία των εγκεφαλικών νευρώνων και καταγράφονται απευθείας από την επιφάνεια του κεφαλιού. Τα νευρικά κύτταρα, όπως οι μυϊκές ίνες, λειτουργούν ταυτόχρονα: όταν μερικά από αυτά δημιουργούν ένα θετικό δυναμικό στην επιφάνεια του δέρματος, άλλα δημιουργούν ένα αρνητικό. Η αμοιβαία αποζημίωση των δυνατοτήτων εδώ είναι ακόμη πιο δυνατή από ό, τι στην περίπτωση του EMG. Ως αποτέλεσμα, το πλάτος του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (EEG) είναι περίπου εκατό φορές μικρότερο από το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG), συνεπώς, η καταχώρησή τους απαιτεί πιο ευαίσθητο εξοπλισμό.

Το ΗΕΓ καταγράφηκε για πρώτη φορά από τον Ρώσο επιστήμονα V, V. Pravdich-Nemsky σε σκύλους χρησιμοποιώντας ένα γαλβανόμετρο χορδών. Εισήγαγε curare στα σκυλιά έτσι ώστε τα ισχυρότερα ρεύματα των μυών να μην παρεμβαίνουν στην καταγραφή των ρευμάτων του εγκεφάλου.

Το 1924, ο Γερμανός ψυχίατρος G. Berger άρχισε να μελετά το ανθρώπινο EEG στο Πανεπιστήμιο Jena. Περιέγραψε τις περιοδικές διακυμάνσεις των δυναμικών του εγκεφάλου με συχνότητα περίπου 10 Hz, οι οποίες ονομάζονται άλφα ρυθμοί. Καταγράφηκε για πρώτη φορά το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα ενός ατόμου με επιληπτική κρίση και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο Γκάλβανι είχε δίκιο, υποδηλώνοντας ότι ένα τμήμα δημιουργείται στο νευρικό σύστημα με επιληψία όπου τα ρεύματα είναι ιδιαίτερα ισχυρά (τα κύτταρα είναι συνεχώς ενθουσιασμένα με υψηλή συχνότητα).

Δεδομένου ότι μιλούσαμε για πολύ αδύναμες δυνατότητες που καταγράφηκαν από έναν ελάχιστα γνωστό γιατρό, τα αποτελέσματα του Berger δεν τραβούσαν την προσοχή για μεγάλο χρονικό διάστημα. ο ίδιος τις δημοσίευσε μόλις 5 χρόνια μετά την ανακάλυψη. Και μόνο μετά το 1930επιβεβαιώθηκαν από τους διάσημους αγγλικούς επιστήμονες Adrian και Matthews, ήταν «σφραγισμένοι με ακαδημαϊκή έγκριση», σύμφωνα με τα λόγια του Γ. Walter, αγγλικού επιστήμονα που ασχολήθηκε με τις κλινικές πτυχές του EEG στο εργαστήριο της Γκάλας. Σε αυτό το εργαστήριο, αναπτύχθηκαν μέθοδοι που καθιστούσαν δυνατό τον προσδιορισμό της θέσης ενός όγκου ή αιμορραγίας στον εγκέφαλο από το EEG, παρόμοιο με το πώς έμαθε προηγουμένως το ΗΚΓ για τον προσδιορισμό της θέσης μιας καρδιακής προσβολής στην καρδιά.

Επιπλέον, εκτός από τον άλφα ρυθμό, ανακαλύφθηκαν άλλοι εγκεφαλικοί ρυθμοί, συγκεκριμένα, ρυθμοί που σχετίζονται με διαφορετικούς τύπους ύπνου. Υπάρχουν πολλά έργα βιοανάδρασης EEG. Για παράδειγμα, εάν ο οδηγός καταγράφει συνεχώς το EEG, τότε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον υπολογιστή για να καθορίσετε τη στιγμή, τον κωδικό, να αρχίσει να παίρνει και να ξυπνήσει. Δυστυχώς, όλα αυτά τα έργα είναι ακόμη δύσκολο να εφαρμοστούν, καθώς το εύρος του EEG είναι πολύ μικρό.

Εκτός από το EEG - διακυμάνσεις των δυνατοτήτων του εγκεφάλου, ελλείψει ειδικών επιρροών, υπάρχει μια άλλη μορφή εγκεφαλικών δυναμικών - ονομαζόμενων δυναμικών (EP).

Τα προκλητά δυναμικά είναι ηλεκτρικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε απόκριση σε λάμψη, ήχο κλπ. Εφόσον πολλοί νευρώνες του εγκεφάλου ανταποκρίνονται σχεδόν ταυτόχρονα σε ένα λαμπρό φως του φωτός, τα προκαλούμενα δυναμικά είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερα από το EEG. Δεν ήταν τυχαίο ότι ανακαλύφθηκαν πολύ νωρίτερα από το EEG (το 1875, από τον Άγγλο Keton και ανεξάρτητα από αυτό το 1876 από τον ρώσο ερευνητή V. Ya. Danilevsky).

Χρησιμοποιώντας προκλητά δυναμικά, μπορεί κανείς να λύσει ενδιαφέροντα επιστημονικά προβλήματα. Για παράδειγμα, μετά από μια λάμψη φωτός, η απόκριση (ΕΡ) εμφανίζεται για πρώτη φορά στην ινιακή περιοχή του εγκεφάλου. Από αυτό μπορούμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι στην περιοχή αυτή τα σήματα για το φως έρχονται.

Με ηλεκτρικό ερεθισμό του δέρματος, εμφανίζονται δυναμικά σε σκοτεινή περιοχή του εγκεφάλου.

Με ερεθισμό του δέρματος του χεριού, εμφανίζονται σε ένα μέρος, το δέρμα του ποδιού σε άλλο. Μπορείτε να χαρτογραφήσετε αυτές τις απαντήσεις και αυτός ο χάρτης δείχνει ότι η επιφάνεια του δέρματος δίνει μια προβολή πάνω στη βρεγματική περιοχή του φλοιού του ανθρώπινου εγκεφάλου. Είναι ενδιαφέρον ότι σε αυτό το σχέδιο παραβιάζονται ορισμένες αναλογίες, για παράδειγμα, η προβολή του χεριού είναι δυσανάλογα μεγάλη. Ναι, αυτό είναι φυσικό: ο εγκέφαλος χρειάζεται πολύ πιο λεπτομερείς πληροφορίες για το χέρι από, για παράδειγμα, για την πλάτη.