|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Введение. Электрофизиологические исследования сердцаСтр 1 из 4Следующая ⇒
Содержание
Введение. Электрофизиологические исследования сердца В.1 Методы электрофизиологической диагностики Методы электрофизиологической диагностики основаны на регистрации биоэлектрических сигналов, источниками которых могут быть отдельные клетки и органы биологического объекта, а также организм в целом и его различные системы. При диагностике заболеваний основной информацией для врача является состояние органов человека, их биоэлектрическая активность, которая лежит в основе следующих методов электрофизиологической диагностики: – электрокардиография, ЭКГ (исследование электрической активности сердца); – электроэнцефалография, ЭЭГ (исследование электрической активности головного мозга); – электромиография, ЭМГ (исследование электрической активности мышц); – электроокулография, ЭОГ (исследование изменения потенциалов, обусловленных движением глазного яблока); – электрогастрография (анализ электрических сигналов, вызванных деятельностью желудка и кишечника); – электрокохлеография (исследование биопотенциалов, вызванных активностью структур наружного, среднего и внутреннего уха). Как правило, в методах электрофизиологических исследований регистрируются биопотенциалы целого сообщества клеток. Например, в электрокардиографии изучаются электрические процессы, протекающие в сердце, и фиксируются суммарные потенциалы действия сердечной мышцы. Потенциалы отводятся с поверхности тела на значительном расстоянии от сердца (источника сигналов). Волна возбуждения, распространяющаяся по сердцу, отображается на кривой (электрокардиограмме) – зависимости изменения потенциала от времени. Каждому положению отводящих электродов на поверхности тела соответствуют своя форма и амплитуда сигналов электрокардиограммы. Процессы в электроэнцефалографии еще более сложные, так как головной мозг характеризуется большим разнообразием клеточных структур и сложным характером взаимодействия между ними. Активность клеток и причины ее проявления различны, распределение вызванных при этом биосигналов на поверхности головы представляет собой сложную картину, зависящую от зоны измерения, поэтому существуют разнообразные методы регистрации биопотенциалов, а также способы их интерпретации и использования в задачах диагностики. Биопотенциалы, регистрируемые при различных видах электрофизиологических исследований, являются малыми по амплитуде и находятся в области низких и инфранизких частот. Типичные значения диапазонов амплитуд и частот сигналов приведены в табл. 1 [1]. Таблица 1 Амплитуды и частотные диапазоны отведений сигналов от различных органов и тканей
Наряду со сложной зависимостью биоэлектрических сигналов, обусловленных внутренними процессами в организме, существует неоднозначная их зависимость от параметров внешней среды. Поэтому регистрация сигналов должна осуществляться при тщательном контроле способов отведения биопотенциалов, а при анализе информации следует применять методы оптимальной обработки сигналов с использованием статистических, спектральных и вейвлет пакетов программ. Лабораторная работа №1. Исследование электрокардиографических сигналов Сердечнососудистая система человека Сердечнососудистая система человека – сложный и чувствительный механизм, обеспечивающий снабжение кровью всех органов и тканей организма. В состав сердечнососудистой системы входят сердце и сосуды – кровеносные и лимфатические. Строение сердца Сердце представляет собой биологический насос с производительностью ~ 7 000 литров в сутки. Работа сердца обеспечивает непрерывное движение крови по сложнейшей замкнутой системе сосудов. Фактически в сердце заключены два идентичных и синхронно действующих насоса, каждый из которых содержит предсердие, желудочек и два клапана (рис.1.1). Насосы (левый и правый) разделены толстой и прочной мышечной перегородкой и кроме того разделены функционально. Мышечную основу четырех камер сердца (два предсердия и два желудочка) составляют стенки и перегородки. Мышечные волокна камер расположены по спирали, поэтому при их сокращении кровь буквально выбрасывается из сердца. Правая половина сердца «прокачивает» богатую углекислым газом венозную кровь в легкие по легочным артериям. В легких кровь насыщается кислородом, после чего возвращается по легочным венам в левую часть сердца – левое предсердие и, пройдя через двухстворчатый (митральный) клапан, попадает в левый желудочек, заканчивая т.н. малыйкруг кровообращения. Задача клапанов – пропускать кровь только в одном направлении. Левый желудочек больше по размеру и мускулистее правого. Его задача – перекачивать обогащенную кислородом кровь по аорте и другим главным артериям во все части тела, обеспечивая движение по большомукругу кровообращения. [2].
Рис. 1.1 Строение сердца (URL: http: //www.fiziolog.isu.ru) Между желудочками и отходящими от них аортами малого и большого круга кровообращения находятся полулунные клапаны, которые обеспечивают течение крови только в одном направлении. Клапаны состоят из двух или трех створок, смыкающихся после прохождения крови через клапан. Трехстворчатый клапан и клапан легочной артерии контролируют прохождение насыщенной углекислотой крови с правой стороны; а митральный и аортальный клапаны управляют потоком обогащенной кислородом крови слева. Работа сердца состоит в периодической смене сокращений (систолы) и расслаблений (диастолы). При систоле объем полостей сердца уменьшается и кровь выбрасывается из сердца в систему кровеносных сосудов. Во время диастолы камеры расширяются, и сердце наполняется кровью. Строго определенную последовательность сокращения и расслабления сердца называют сердечным циклом. Длительность систолы и диастолы одинакова, поэтому половину времени сердце находится в расслабленном состоянии. Непрерывно перекачиваемая кровь циркулирует по телу, разносит по нему кислород и питательные вещества и удаляет из тканей двуокись углерода и продукты обмена. Сердце покрыто плотной фиброзной оболочкой (перикардом), заполненной небольшим количеством жидкости, предотвращающей трение при сокращениях. Как и всякий другой орган, сердце имеет свою кровеносную систему, обеспечивающую все клетки постоянно работающего «насоса» питанием и кислородом. Система кровеносных сосудов получила название собственное коронарное (или венечное) кровоснабжение. Здесь особые ветви аорты – коронарные артерии, снабжают сердце насыщенной кислородом кровью (рис. 1.2).
Рис. 1.2 Коронарное (венечное) кровообращение сердца Функциональные узлы сердца Мышца сердца состоит из клеток сократительного миокарда, основная роль которых заключается в ритмических сокращениях, обеспечивающих насосную функцию сердца, и клеток проводящей системы [3]. Проводящая система состоит из: – синусового узла, находящегося в правом предсердии; – атриовентрикулярного узла, находящегося на границе предсердий и желудочков; – непосредственно проводящей системы (рис. 1.3, 1.4). Для выполнения задачи кровоснабжения сложнейшего организма сердце обладает рядом уникальных, присущих только ему функций. Автоматия – способность сердца ритмически сокращаться без внешних воздействий под влиянием импульсов, возникающих в самом сердце, в синусовом узле, состоящим из специальной группы возбудимых клеток (рис. 1.4).
Рис. 1.3 Основные узлы проводящие возбуждение
Рис. 1.4 Система автоматизации работы сердца Проводимость – способность сердца проводить импульсы от места их возникновения (синусового узла) до сократительного миокарда (к мышце предсердий и желудочков). Отличительной особенностью проводящей системы является наличие особых межклеточных контактов (нексусов), которые образованы участками мембран прилегающих соседних клеток. Зоны контакта мембран имеют низкое сопротивление (мембрана вне зоны контакта имеет большое сопротивление), благодаря чему возбуждение (в виде электрического импульса) передается от клетки к клетке. Такие же контакты имеются и между клетками сократительного миокарда. Поэтому сложная сердечная мышца при сокращении ведет себя практически как одна большая клетка. Наибольшей проводимостью обладает проводящая система сердца. Возбудимость – способность сердечной мышцы возбуждаться от различных раздражителей физической или химической природы. В основе процесса возбуждения лежит появление отрицательного электрического потенциала на наружной поверхности мембранных клеток при действии раздражителя. Возникнув в синусовом узле предсердия, возбуждение распространяется по предсердиям, достигая предсердно-желудочкового узла. Поскольку скорость распространения возбуждения в проводящей системе больше скорости распространения в миокарде, то возбуждение доходит до предсердно-желудочкового пучка только после того, как мускулатура предсердий успевает сократиться и перекачать кровь из предсердия в желудочек. Следовательно, артиовентикулярная задержка обеспечивает последовательность сокращений предсердий и желудочков. Сократимость – способность сердца сокращаться под действием электрических импульсов. Сердечная мышца обеспечивает работу сердца как насоса, который перекачивает кровь в большой и малый круг кровообращения. Сердечная мышца всегда работает в режиме одиночных мышечных сокращений. Рефрактерность – временное состояние невозбудимости тканей (невозможность возбужденных клеток миокарда снова активироваться при возникновении дополнительного импульса). Различают состояние абсолютной и относительнойрефрактерности. Во время абсолютного рефрактерного периода сердце не может возбуждаться и сокращаться независимо от величины поступающего к нему импульса. Во время относительного рефрактерного периода сердце сохраняет способность к возбуждению, если амплитуда поступающего к нему импульса больше обычной. Во время диастолы рефрактерность отсутствует, т. е. в этот период проводящая система сердца и миокард желудочков способны возбуждаться. Продолжительность рефрактерного периода неодинакова в различных отделах проводящей системы и мышцы сердца. Аберрантность – патологическое проведение импульса по предсердиям или желудочкам. Аберрантное проведение возникает в тех случаях, когда импульс, поступающий в желудочки или (реже) в предсердия, застает один или несколько пучков их проводящей системы в состоянии рефрактерности, что приводит к изменению распространения возбуждения по этим отделам сердца. Кровеносные сосуды сердца Кровеносные сосуды представляют собой систему полых эластичных трубок различного строения, диаметра и механических свойств, заполненных кровью. В организме человека имеется несколько разновидностей кровеносных сосудов: артерии, вены и капилляры. Артерии являются кровеносными сосудами в виде труб разного диаметра с толстыми стенками (рис. 1.5), содержащими большое количество мышечных волокон, благодаря чему эти сосуды могут сокращаться и расслабляться, уменьшая или увеличивая свой диаметр (просвет). По артериям от сердца течет артериальная (насыщенная кислородом) кровь. Скорость циркуляции крови по артериям очень большая (несколько метров в секунду). Вены – это кровеносные сосуды, по которым течет венозная (с низким содержанием кислорода) кровь (рис. 1.6). Как и артерии, вены бывают разного диаметра. Диаметр вен меняется в зависимости от объема накопившейся в них крови – чем больше объем крови, тем шире просвет вены.
Рис. 1.5. Артериальная система [2]
Рис. 1.6 Венозная система [2] По венам кровь течет медленно (несколько сантиметров в секунду). Вены, по которым кровь течет против силы тяжести (вены голени), имеют клапаны для предотвращения обратного тока крови. Капилляры – это мельчайшие кровеносные сосуды нашего тела. Диаметр капилляров измеряется несколькими микронами, что сравнимо с диаметром клеток крови человека. Стенки капилляров чрезвычайно тонкие и через них происходит обмен газами и питательными веществами между кровью и тканями организма. Скорость течения крови по капиллярам минимальна. Из капилляров кровь поступает в венулы и вены, по которым возвращается в сердце. В целом сердечнососудистая система организма представляет собой замкнутый круг, по которому циркулирует кровь от сердца к органам и обратно – так называемый «большой круг кровообращения». Кроме большого круга кровообращения существует еще «малый круг кровообращения», по которому кровь циркулирует между легкими и сердцем. В легких кровь избавляется от избытка углекислого газа и обогащается кислородом. Ключевые слова В технических описаниях используются следующие ключевые слова и термины: – электрокардиограмма по Эйнтховену, – сердечный ритм, – сердце в состоянии покоя и при нагрузке, – фрагменты ЭКГ, – предсердие, – желудочки, – митральный клапан, – аортальный клапан, – трехстворчатый клапан, – клапан легочной артерии, – артерия, – аорта, – вена, – пучек Гиса, – синусовый узел, – атриовентрикулярный узел, – саркоплазматический ретикулум. Цель работы Целью работы по исследованию электрокардиографических сигналов является: – знакомство с работой установки для получения электрокардиограммы (ЭКГ); запись ЭКГ человека, находящегося в спокойном состоянии и после физической нагрузки, анализ полученных электрокардиограмм; – научиться находить зону контакта электрода с биообъектом и правильно накладывать электроды на выбранные зоны в соответствии со стандартным отведением; – устанавливать режимы работы используемой аппаратуры; – проводить регистрацию электрокардиограмм в спокойном состоянии, после физической нагрузки и их анализ; – определять различные виды помех. Аппаратный комплекс Для снятия электрокардиографических сигналов используются: – электроды (ушные и одноразовые кожные), – кабели для присоединения электродов к усилителю, – анализатор биопотенциалов " Нейровизор–БММ" (NVX 52) (рис. 1.10) [3, 4]. – персональный компьютер с установленной системой – USB-кабель для соединения NVX 52 с компьютером, – электродный гель и шприц для его нанесения на электроды. В используемой нами установке биопотенциалы с электродов подаются на соответствующие входы дифференциальных усилителейNVX 52 (см. рис. 2.1), с выходов которых сигналы поступают на аналоговые входы универсальной установки (Нейровизор–БММ), преобразующей аналоговый сигнал в цифровую форму. Работа базовой установки управляется персональным компьютером.
Рис. 2.1 Наборная панель и усилители Нейровизора-БММ (NVX 52) Подготовка к регистрации электрокардиограмм Подготовку измерительного комплекса для регистрации ЭКГ проведите в следующем порядке: 1. Разместите Нейровизор БММ (NVX 52) в стойке. Для этого вставьте в пазы крепления “ласточкин хвост” и зажмите стопорным винтом. 2. Соедините Нейровизор БММ при помощи USB-кабеля с персональным компьютером. Используйте разъём с маркировкой 3. Вставьте ключ защиты программы Neocortex в свободный USB-разъем. 4. Включите персональный компьютер. Войдите в систему под именем пользователя “Student”. 5. Разместите электроды на теле испытуемого и соедините их с соответствующими разъемами прибора: а) земля устанавливается на мочку уха и соединяется со входом GND прибора; б) референсные электроды не ставятся, т.к. все используемые отведения – биполярные; в) кардиографические электроды устанавливаются следующим образом: – 1-й электрод ставится на внутреннюю сторону левого запястья и соединяется со входом B1+ прибора; – 2-й электрод ставится на внутреннюю сторону правого запястья и соединяется со входом B2+ прибора; – 3-й электрод ставится на левую ногу и соединяется со входом B3+ прибора. Для съема ЭКГ в данном эксперименте используются электроды в виде пружинных зажимов, охватывающих запястье или голень. Место установки электродов заранее смазывается гелем. Кабель соединяется одним концом с внешней частью электрода, а другим – со входом прибора. Ушной электрод вставляется в зажим, крепящийся на мочку уха. Проведение эксперимента Эксперимент следует проводить с соблюдением правил 1–7. 1. Запустите программу, нажав на значок Neocortex на рабочем столе персонального компьютера. Появится окно с базой пациентов (рис. 2.2): Это окно делится на несколько областей (перечисленных сверху вниз) – заголовок программы, главное меню, панель управления с 5-ю большими кнопками, список пациентов слева и подробная информация о выбранном пациенте справа, статус программы в самом низу окна. Для выбора пациента необходимо кликнуть левой кнопкой мыши по его имени в списке. Информация о пациенте включает паспортные данные, клинические данные и список записей, проведенных для данного пациента. Пять кнопок в панели управления сверху соответствуют основным этапам работы:
Рис. 2.2 Окно с базой пациентов Новый пациент – служит для добавления информации о новом пациенте в базу. Регистрация – открывает окно регистрации биопотенциалов. Обработка – запускает программу анализа. Заключение – позволяет отредактировать и распечатать заключение. Утилиты – используется для архивации данных. Более подробно терминология и работа с базой данных рассмотрена в главе 4 «База данных пациентов» [3]. 2. Добавьте нового пациента в базу данных Выполните следующие действия: – нажмите курсором мыши по кнопке Новый пациент в панели управления; – заполните основные поля – уникальный ID, фамилию и имя пациента, дату рождения, формат ввода показан сверху (остальные поля можно заполнить позднее или не заполнять), для перехода между полями используйте клавишу TAB. 3. Задайте настройки регистрации ЭКГ.
Рис. 2.3 Окно параметров регистрации Выберите в списке « Эксперимент » строку “ ECG_lab ”. В расположенной ниже таблице вы увидите монтаж, соответствующий эксперименту по регистрации ЭКГ. Установите частоту регистрации в 1000 Гц, выберите тип усилителя NVX52, установите флаг «Неостимул». 4. Начните запись электрокардиограммы. В окне настроек регистрации нажмите кнопку « Запись ». Откроется главное окно регистрации биопотенциалов. На рис. 2.4 представлены основные элементы управления.
Рис. 2.4 Интерфейс окна регистрации Нажмите кнопку начала регистрации. Сигнал от прибора начнет отображаться на экране, при этом запись на диск не производится. Затем нажмите кнопку записи на диск. Также можно выставить подходящий масштаб времени и амплитуды и включить фильтрацию. Фильтрация применяется только к отображаемому сигналу и не влияет на записываемые на диск данные. 5. Изучите влияние возможных помех на ЭКГ. Смоделируйте обрыв одного из проводов, отключив его от электрода. Дайте испытуемому инструкцию сжимать и разжимать пальцы руки. Зрительно проконтролируйте изменения сигнала, возникающие в результате указанных действий. 6. Изучите влияние кардионагрузки на ЭКГ. Отсоедините кабели от кожных электродов и снимите электрод с мочки уха. Дайте испытуемому инструкцию провести серию приседаний. Верните провода на место и визуально оцените учащение следования пиков ЭКГ. 7. Завершите запись ЭКГ. Нажмите кнопку завершения регистрации. Отчет о лабораторной работе В отчете о проведенной лабораторной работе необходимо представить: – описание процедуры получения электрокардиограммы; – электрокардиограммы в состоянии покоя, после кардионагрузки и с различными видами помех; – таблицы с результатами анализа полученных Вами электрокардиограмм. Вопросы по теме «Исследование электрокардиографических сигналов» Что называется ЭКГ? Объясните метод ее получения. Чем определяется амплитуда зубцов и длительность интервалов? Назовите возможные помехи, искажающие ЭКГ, и причины их возникновения. Какие патологические состояния организма наблюдаются при выходе за пределы норм интервала PQ?
Список литературы 1. Костюрина А. Г., Косинов А. Д.Сборник лабораторных работ для студентов медицинского факультета и факультета естественных наук: учеб.–метод. пособие в 3 ч.: /Новосиб. гос. ун–т. Новосибирск, 2010. Ч. 1. 57 с. 2. http: //www.fiziolog.isu.ru. 3. НЕОКОРТЕКС, версия 2.10 Руководство пользователя. 4. Нейровизор-БММ. Руководство по эксплуатации. Код документа: MCS.NX010000-61– Ревизия 2.0.
Учебное издание
Каданцев Василий Николаевич Новиков Никита Александрович Токарев Владимир Иванович Хомяков Михаил Ростиславович
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ Содержание
Введение. Электрофизиологические исследования сердца Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-05-29; Просмотров: 2145; Нарушение авторского права страницы
.
