Основные классы методов исследования биоэлектрических потенциалов: ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, КГР и их назначение в клинике.

Электрокардиография (ЭКГ) – это трансторакальное (производимое через грудную клетку) исследование электрической активности сердца за период времени, производимое с помощью электродов, располагаемых на поверхности кожи, и записываемое при помощи наружного устройства. Запись, полученную в процессе этой процедуры, называют электрокардиограммой (также называемой ЭКГ). Электрокардиограмма - это запись электроактивности сердца.

ЭКГ – лучший метод исследования и диагностики сердечных аритмий, в особенности, аномальных ритмов, вызванных повреждением проводящей системы сердца или электролитными нарушениями. При инфаркте миокарда (ИМ), на ЭКГ можно увидеть, какая стенка сердца была поражена, хотя не все области сердца видны. С помощью ЭКГ нельзя достоверно оценить насосную функцию сердца, для этих целей используют Эхо-КГ (ультразвуковое исследование сердца) или радиологические исследования. В некоторых ситуациях человек, страдающий сердечной недостаточностью, может тем не менее иметь нормальную ЭКГ (состояние, известное как болезнь отсутствия пульса).

ЭКГ-устройство фиксирует и усиливает слабые изменения электрического потенциала на коже, возникающие во время деполяризации сердечной мышцы при каждом сердечном сокращении. Во время расслабления каждая мышечная клетка сердца имеет отрицательный заряд на своей клеточной мембране, называемый мембранным потенциалом. Изменение этого отрицательного заряда до нуля, путем входа положительно заряженных ионов Na и Ca называется деполяризацией, этот процесс активирует механизм, заставляющий клетку сокращаться. Во время каждого сердечного сокращения, в здоровом сердце формируется волна деполяризации, которая берет начало в триггерных клетках синоатриального узла (СА), затем распространяется на предсердия, проходит через атриовентрикулярный узел (АВ-соединение) и, наконец, охватывает желудочки.

Эти процессы улавливаются в виде крошечных подъемов и падений вольтажа между двумя электродами, размещёнными на каждой исследуемой стороне сердца, и отображаются в виде волнистой линии на экране и на ленте для записи ЭКГ. На дисплее отображаются общее состояние сердечного ритма и нарушения в миокарде, в разных его участках.

Как правило, используют более двух электродов, они могут быть сгруппированы в несколько пар. Например: электроды на левой руке (ЛР), правой руке (ПР) и левой ноге (ЛН) формируют три пары – ЛР+ПР, ЛР+ЛН и ПР+ЛН. Выходной сигнал от каждой пары называется отведением. Каждое отведение показывает активность сердца под разным углом обзора. Разные виды ЭКГ отличаются количеством отведений, которые они записывают, например, ЭКГ в 3 отведениях, 5 отведениях или 12 отведениях. ЭКГ в 12 отведениях фиксирует 12 различных электрических сигналов, записываемых почти одновременно, и используется для одноразовой записи ЭКГ, как правило, распечатанной на бумаге. ЭКГ в 3 и 5 отведениях чаще записываются в режиме реального времени и выводятся только на специальный монитор, к примеру, во время операции или при транспортировке каретой скорой помощи. В зависимости от используемого оборудования, постоянная запись ЭКГ в 3 или 5 отведениях может записываться или не записываться.

Электромиография изучает колебания потенциала, развивающиеся в мышцах.
Однако в связи с функциональным единством ЦНС и периферического нейромоторного аппарата электромиографические данные позволяют также оценить состояние сегментарных и надсегментарных отделов нервной системы, организующих (при всех формах двигательных реакций) координированное возбуждение сегментарных двигательных невронов и иннервируемых ими мышц.
Электромиографический метод широко используют при исследовании двигательных нарушений, возникающих в связи с различными заболеваниями человека (неврологическими, психическими и др.).
Для того чтобы установить нарушения мышечного электрогенеза, необходимо, используя специальную высокочувствительную аппаратуру, регистрировать электромиограммы симметричных мышц, мышц, иннервационно связанных с разными уровнями нервной системы, при различных их функциональных состояниях.
Сочетание электрического раздражения нервов с одновременной записью возникающих при этом колебаний потенциала мышц (так называемая стимуляционная электромиография) позволило подойти к изучению ряда теоретически и диагностически важных вопросов: определению скорости проведения импульсов в нервах, изучению перехода импульсов в области мионевральных окончаний, исследованию функционального состояния сегментарного ядерного рефлекторного аппарата и др.
Большой фактический материал и сопоставление электромиографической и клинической оценки двигательной функции позволили установить особенности электромиограмм при основных синдромах двигательных расстройств. Современная электрографическая аппаратура, усовершенствованная методика и техника отведения мышечных потенциалов позволяют улавливать изменения биоэлектрических процессов не только при клинически выраженных нарушениях мышечного тонуса и движений, но и при субклинических поражениях, на ранних стадиях заболевания.
Наиболее грубые нарушения мышечного электрогенеза наблюдаются при повреждении мышц или различных участков двигательных невронов (клеток, их аксонов, мионевральных окончаний). Уточнена электромиографическая характеристика колебаний потенциала в отдельных элементах периферического нейромоторного аппарата при миогенных, невротических, ядерных, сегментарных поражениях (рис. 6).

Рис. 6. Электромиограммы при разной тяжести поражения двигательных невронов: 1 — боковой амиотрофический склероз (сверху вниз: электромиограмма фасцикуляций в передней большеберцовой мышце левой ноги, электромиограмма одноименной мышцы правой ноги; клинически нарушений функции не обнаружено); 2 — полиомиелит, резидуальный период (сверху вниз: электромиограмма резко паретичной четырехглавой мышцы правой ноги, ниже — одноименной парализованной мышцы левой ноги; внизу отметка времени).

При надсегментарных (надъядерных) двигательных расстройствах электромиограммы отражают не столько появление различных видов патологических колебаний потенциала (изменения их формы, длительности и т. п.), сколько нарушения центральной координации возбуждения в многочисленных мотоневронах, иннервирующих мышцу как орган, осуществляющий все двигательные реакции. Надсегментарные двигательные расстройства (центральные парезы, гипер- и гипотонии, гиперкинезы) электромиографически характеризуются изменениями интенсивности колебаний и нарушениями общей структуры осциллограмм (рис. 7 и 8).

Рис. 7. Электромиограммы икроножных мышц в спастическом (вверху) и вялопаретическом (внизу) состояниях при боковом амиотрофическом склерозе.
Рис. 8. Электромиограммы при центральных гиперкинезах: 1 — рассеянный склероз (электромиограмма общего разгибателя пальцев при интенционном дрожании); 2 — постэнцефалитический паркинсонизм (электромиограммы общих разгибателей пальцев правой и левой руки при дрожании).
Широкое использование электромиографического метода в клинике помогает при диагностике того или иного патологического синдрома, уточнении тяжести поражения нервной системы и мышц, выявляет легкие изменения мышечных потенциалов на ранних (субклинических) стадиях болезни, позволяет объективно документировать (при повторных исследованиях) динамику патологических или восстановительных процессов (рис. 9).
Сопоставление электромиографических данных с результатами нейрофизиологического изучения двигательной функции, с клинической картиной позволяет подойти и к анализу возможных физиологических и патофизиологических механизмов двигательной активности здорового и больного человека.

Рис. 9. Электромиограммы при полиомиелите; динамика восстановления электрической активности общих разгибателей пальцев; 1 — электромиограмма максимального сокращения правой (вверху) и левой (внизу) мышцы (25 дней с момента заболевания); 2 — то же (50 дней с момента заболевания).

электроэнцефалограф — медицинский электроизмерительный прибор для электроэнцефалографии, с помощью которого измеряют и регистрируют разность потенциалов между точками головного мозга, располагающимися в глубине или на его поверхности, и записывают электроэнцефалограмму.

Энцефалографы обеспечивают регистрацию электрических колебаний частотой 0,5—100 Гц и различаются чувствительностью (0,5—1 мм/мкВ), скоростью регистрации (5—100 мм/с), числом каналов (аналоговые — до 24, компьютерные — до 256). ЭЭГ широко используется в диагностических целях при исследовании таких заболеваний, как эпилепсия, алкогольная эпилепсия, новообразования, сосудистые заболевания, последствия черепно-мозговых травм.

В целом ЭЭГ позволяет:

· установить участки мозга, задействованные в провоцировании приступов;

· следить за динамикой действия лекарственных препаратов;

· решить вопрос о прекращении лекарственной терапии;

· идентифицировать степень нарушения работы мозга в межприступные периоды (эпилепсия).

· оценить степень нарушения работы мозга;

· исследовать функциональное состояние мозга у людей, у которых структурные методы исследования (например, метод магнитно-резонансной томографии) показывают, что мозг «нормален», но дисфункция мозга очевидна клинически (например, при метаболической энцефалопатии).

Основным преимуществом ЭЭГ в сравнении с такими новыми методиками, как позитронно-эмиссионная томография или функциональная магнитно-резонансная томография, является то, что ЭЭГ может показывать один из основных параметров работы нервной системы — свойство ритмичности (отражает согласованность работы разных структур мозга, то есть исследует электрические процессы в нервных клетках, что даёт доступ к фактическим механизмам обработки информации мозгом). Это помогает обнаружить схему процессов, задействованных мозгом, показывая «где» и «как» информация обработана в головном мозге.

основными характеристиками КГР (Рис.6) являются: выраженность и динамика фоновых колебаний, латентный период реакции, порог ее возникновения (или кожно-гальваническая реактивность), длительность реакции, амплитуда вызванных волн и скорость угасания реакции при повторных применениях раздражителя.

Рис.6. Динамика КГР во время обучения (первые 6 кривых) и спустя месяц (последние 3 кривых).

Пунктирная стрелка - включение зеленой лампы, стрелка (к) - включение красной лампы, стрелка (т) - удар током, короткая стрелка выключение красной лампы.

Цит. по В.А.Глазковой, 1982.

Лабильность фона определяется по выраженности спонтанных колебаний, возникающих под влиянием не учитываемых воздействий.

Минимальный латентный период на раздражение колеблется в пределах 1-1,5 с. Реакция может быть одно-, двух- и многофазной. В процессе угасания при повторном предъявлении раздражителя форма реакции, длительность и амплитуда обычно изменяются: сначала уменьшается число волн, их амплитуда, а затем реакция практически полностью отсутствует.

Для определения длительности КГР измеряется время реакции от момента отклонения кривой от изолинии до окончательного возвращения к ней. О выраженности реакции судят по амплитуде вызванных волн. В однофазной реакции при оценке амплитуды измеряется максимальное отклонение кривой от изолинии в мкВ, в многофазной вычисляется средняя амплитуда всех волн, содержащихся в ответе. В некоторых случаях при анализе КГР учитывают скорость нарастания вызванных волн, измеряя время от момента отклонения от изолинии до достижения максимальной амплитуды.

Фоновый уровень сопротивления кожи и кожных потенциалов определяется множеством факторов различной природы, среди которых ее индивидуальные особенности, состояние кожных покровов, баланс вегетативных влияний и т.д. В целом, величина кожного сопротивления колеблется, в зависимости от рода тока и места измерения, от 2 кОм до 2 мОм (Р.И.Утямышев, 1969 а, б, Ю.К.Иванов, 1974). В качестве нормы приняты следующие показатели для электрического сопротивления кожи (в кОм): лоб - 10; шея - 35; ладонь - 20; живот, бедро - 525; колено - 400. Максимальное сопротивление ткани наблюдается при применении постоянного тока. С ростом частоты переменного синусоидального тока, используемого при измерении кожного сопротивления, оно снижается, а при частоте около 500 Гц становится постоянным. Максимальная точность измерения имеет место на частотах порядка 500 кГц. Для несинусоидальных токов сопротивление ткани будет зависеть от формы тока. Кожное сопротивление зависит и от ее температуры.. При ее снижении кровеносные сосуды сжимаются, что влечет за собой заметное увеличение тканевого сопротивления. Сопротивление увеличивается и с возрастом, причем независимо от пола (В.Гатев, И.Иванов, 1966).

Величина электрических потенциалов кожи существенно зависит также от места измерения. Она колеблется в пределах 10-15 мВ, в среднем составляя 8-12 мВ. Наиболее высокие потенциалы регистрируются от следующих участков кожи: в пределах лба, кисти, груди, живота, спины, поясницы, бедра и стопы. Величина потенциалов существенно ниже при их регистрации от поверхности плечевого сустава, кисти, голени. Она меняется в зависимости от времени суток: увеличивается к полудню, достигая максимума, и к вечеру падает. На суточный ритм накладываются колебания, вызванные различного рода воздействиями.

Женщины отличаются более высокими показателями потенциалов кожи (Н.М.Пейсахов, 1974), что свидетельствует об их относительно более высокой возбудимости, по сравнению с мужчинами.

Вызванная КГР связана с дыханием, двигательной активностью (Д.Б.Асафов и др., 1955), характером раздражителей, их значимостью и новизной для субъекта (А.Е.Ольшанникова, В.Г.Дорогокупец, 1969). КГР угасает, как только раздражители теряют для человека свойство новизны или значимости. Реактивность КГР-реакций зависит от индивидуальной чувствительности к различным раздражителям.