Мерење на биопотенцијали во медицината

Мембрански потенцијали

Науката која ги испитува електричните појави во организмот како и влијанието на струјата при нејзино преминување низ организмот се нарекува  електрофизиологија.         
            Не можеме да зборуваме за биоелектрични потенцијали, ако претходно не го спомнеме мембранскиот потенцијал. Професорот Доне Гершановски мембранскиот потенцијал го дефинира како:  

„Сите електрични процеси во живиот организам кои потекнуваат од промените на електричните потенцијали што постојат на мембраните на сите клетки.“

Од ова може да заклучиме дека во секоја клетка од човековото тело минува електрична струја.

Биоелектрични потенцијали   

„Биоелектрични потенцијали се јавуваат како последица од различната концентрација на позитивните и негативните јони во клетките, состојба која е резултат од циркулација на течностите во кои се наоѓаат овие јони, кои при метаболитички процеси посебно се прераспределуваат.“      
- Доне Гершановски , „ Предавања по биофизика за општа медицина“

Или би можеле да го дефинираме биоелектричниот потенцијал како резултат од различната концентрација на позитивните и негативните јони, од двете страни на клеточната мембрана. Причината поради која настануваат биоелектричните потенцијали, е околинава во која јоните со едниот знак имаат поголема дифузија низ клеточната мембрана во однос на јоните со другиот знак.  
            На пример, ако со специјална микро-електрода се пробие клеточната мембрана и се навлезе во нејзината внатрешност, а друга електрода се постави во течноста на нејзниот меѓу клеточен простор, со соодветен mV-волметар ќе се измери потенцијалната разлика што постои меѓу внатрешната и надворешната страна на клетката.

Во горе наведениот пример измерениот потенцијал би изнесувал -70mV. Со тоа можеме да заклучиме дека создадена потенцијална разлика се вика биоелектричен напон или биопотенцијал.     
            Овие потенцијали се наоѓаат не само во клеточните мембрани и нервните влакна, туку и во меѓумускулните влакна и средината што ги опкружува, во различни делови на еден ист орган кој е во различни физиолошки состојби.     
            При секое движење на мускулите во организмот, се иницира електрична активност во форма на премин на јоните низ клеточната мембрана. За медицината најзначајни се биоелектричните потенцијали поврзани со работата на срцето и активноста на мозокот.

Видови потенцијали      

Според активноста на потенцијалите разликуваме:           
            А) Биопотенцијали на мирување         
            Б) Акциони биопотенцијали       

А) Биопотенцијали на мирување         
- Ако потенцијалите што се разгледуваат кај некоја клетка или орган, без нивнио побудување, тогаш тие потенцијали се нарекуваат биопотенцијали на мирување.

Б) Акциони потенцијали  
            - Ако на било кој начин дојде до надразнување на клетките или органите додека се разгледува потенцијалот, тогаш тој ќе добие други вредности и ќе се нарекува акционен биоелектричен потенцијал.     
            - Клетките можат да се пробудат посебно или групно на различни начини:

Со супстанции како киселини, бази, раствори на соли со голема концентарција, потоа механичка и електрична дразба.           
            Тогаш клетките се возбудуваат и надворешниот дел кој е возбудениот станува електронегативен, додека внатрешниот е електропозитивен. Ова се нарекува прераспределба на јоните. Прераспределбата на јоните трае кратко и откако завршува се воспоставува пак мембранскиот потенцијал на мирување.   - Акциониот потенцијал започнува со брза промена на негативниот потенцијал во мирување (деполаризација) па во позитивен потенцијал и пак се враќа во негативен. Во фазата на деполаризација мембраната станува многу пропустлива за Na⁺ јони и предизивкува дифузија на голем број натриумови јони кон внатрешноста. Времето за кое се врши оваа пропустливост е меѓу 0,1 до 1ms. Откако ќе заврши таа пропустливост на Na⁺ јони, мембраната се враќа во првобитната пропустлива состојба на К⁺  јони и повторно доаѓа до состојба на мирување.

Примена на биопотенцијалите во медицината:

А) Биоелектричен потенцијал на срцето

Б) Биоелектричен потенцијал на мозокот

В) Биоелектричен потенцијали на мускулите

Г) Биоелектричен потенцијал на стомакот

А) Биоелектричен потенцијал на срцето

            Целото срце се деполаризира како да се работи за две функционално одвоени единици, едната составена од двете претокомори, другата од коморите. Тие во електрична смисла се поврзани со артиовентрикуларниот јазол кој го забавува спроведувањето на импулсите од преткоморите во коморите. Тоа дава време преткоморите при контракција да ја испразнат содржината во коморите пред да дојде до контракција.     
            Информациите за состојбата на потенцијалите на срцето се добиваат со методите на електрокардиографија (ЕКГ). А електрокардиограмот е графиконот што ја дава проментата на потенцијалот создаден од срцевиот мускул за време на различни фази од работата на срцето.  
            Променливиот потенцијал на срцето е поврзан со ширење на акциониот потенцијал. Притоа, околу срцето се создава променливо електрично поле, кое се шири по целиот организам и по површината на телото, каде може да се регестрира.
            Според теоријата на Ајнтховен :

„ срцето се преставува како електричен дипол што се наоѓа во хомогена спроводна средина.“

Векторот на електричниот момент на диполот P се разгледува како вектор кој се вика електрична оска на срцето (се совпаѓа со анатомската оска), слика 2. Броевите (-1,-2,-3,-4,+1,+2,+3,+4)

ја даваат релативната големина на потенцијалот.

            Ајнтховен предложил при EKГ мерења разликата

на потенцијалите да се мери во темињата на рамно-

стран триаголник ABC (сл.3) конструиран симетрично

во однос на телото на човекот. Секоја од измерените

разлики е пропорцијална со проекција на векторот Е

на содветната страна на триаголникот АВС. Секој пар

точките на триаголникот преставува стандарден одвод:

- I одвод : лева рака – десна рака (AB) 

- II oдвод: лева нога- лева рака (ВС)     

- III одвод: лева нога-десна рака (СА)   

Апаратите кои се користат за регистрирање   на биоелектричните потенцијали се викаат

електрокардиографи, и се составени од три   дела: електроди Е1 и Е2, засилувач Z и ре-

 стратор R. Најголемите вредности се во неколку миливолти, и затоа се користат заси-

 лувачи со фактори 10⁴ .

 Добиениот резултат се запишува на подвижна лента и се добива една крива која се вика електрокардиограм, која преставува графички прикажана временска промена (за еден циклус од работа на срцето) на моменталните вредности на потенцијалната разлика во соодветниот одвод.

           На електрокардиограмот има 4 вредности:

- P – пободувањето на преткомерните делови         
- QRS – пободувањето на левата и десната комора           
- ST – временскиот интервал во кој е опатено пободувањето на сите делов на срцето

- QT – одговара на електричната систола на срцето (контракцијата)

- D –дијастолната фаза на срцето

Од обликот на електрокардиограмот и од неговата анализа можеме да дојдеме до информации за анатомската и физиолошката состојба на срцето, и затоа снимањето на срцето е од голема помош при дијагностицирање на здравствената состојба и пронаоѓање на аномалии. 

Б) Биоелектричен потенцијал на мозокот

Потенцијалите на мозокот ги мериме со инструменти познати како електроенцефалографии (EEG). Тие потенцијали имаат различна фреквенција (до 100 Hz) и амплитуда до 1mV. Добиените резултати се викаат енцефалограми. На нив веќе ги разликуваме претхнодно споменатите потенцијали кои, кај здрав човек, имаат посебна периодичност и според формата можат да се  диференци-раат четири различни облици:

            - α бранови ( ƒ = 8-13 Hz) – се најзабележливи кај нормални возрасни луѓе, а се забележуваат при опуштена состојба и при затворени очи, а ако испитуваниот субјект ги затвори очите или почнува да размислува, тогаш α ритамот се блокира и се започнува со брза неизедначена активност на мозокот, додека пак личности што се навикнати на длабоки размислувања се способни да ја задржат α активноста и при отворени очи. 

            - β активност или бранови (13-25 Hz)  се одвива во неопуштена будна состојба или при средства за смирување.  
            - θ активност или бранови (4-8 Hz)- карактеристична за лабинлната или опуштената состојба на личноста, а се појавува во 15% и кај нормални личности.

            - δ активност или бранови (0,5 – 4 Hz) – е карактеристична при длабок сон.

Промените на брановите доаѓа при различни активности на човекот или при нервни или психички заболувања. Според добиените електроенцефалограми може да се процени активноста на мозокот. 

 За регестрирање на потенцијалите на мозокот се користат погодни електроди , најчесто 20, поставни на посебна капа и на точно одредени места на главата за да се измери синхронизираната активност на нервниот систем.

При користењето на ЕЕG не се појавуваат несакани последици, освен кај лицата што страдаат од епилепсија, некои од светкањата и бипкањата на апаратот можат да предизвикат мали напади. 

В) Биоелектрични потенцијали на мускулите

Електромиографијата (EMG) се корисит за испитување на нервно-мускулните биопотенцијали при самоконтролирана контракција, електро-стиумулација и рефлексно активирање на нервномускулните системи. Електро-дите што се користат се илчести и плочести и се направени од посебни матерјали кои не оксидираат и не се подолжни на корозија и растворливост.

Вредностите на биотпотенцијалите во мускулите се многу мали и се корис-тат посебни засилувачи. За акустична контрола на ЕМГ сигналот, освен осцило-скопот, се користат засилувачи со звучник. За да се предизвика одзивен сигнал, првин се доведува електричен импулс за стимулација преку илчести електроди.

ЕМГ сигналите се користат, не само за дијагностички цели туку и за механичко управување со помошни направи (протези кои ги заменуваат загубен-ите екстремитети).             

Г) Биоелектричен потенцијал на стомакот

            Стомакот исто така дава биоелектрични струи, при кои може да се суди за текот на процесите при исхраната. Графикот на стомачните биопотенцијали е наречен електрогастрограм.

            Како резултат од ритимичното скратување и отпуштање на мазните мускули на желудникот и секрецијата на жлездите настануваат промени на био-потенцијалот од околу 2-5 mV.

            Кога стомачните жлезди се активни се запазува ритмичната примена и големината на потенцијалот се намалува се додека се одаваат желуднични сокови. Следењето на овие биопотенцијали дава можност да се следи како процесот на секерција, и други активности на стомакот.

Електроди за мерење на биоелектрични потенцијали и терапија

            Мерењето на потенцијалите се врши преку специјални електорид. Тие овозможуваат биоелектричниот потенцијал да се претвори во струен или напонски сигнал кој може да се засилува или мери.

            За мерење на потенцијали на клетката се користат микроелектроди. Иглестите електроди (поткожни) се користат за мерење во точно одредени подрачја. Површински електроди – за мерење потенцијал на површината.

            Електродите се делат на: контактни, имплатирани и интрацелуларни.

Контакните  – обично се од метал и со ткивото имаат голема допирна повр-шина, се користат повеќе во електрокардиографијата. Во енцефелографијата се користат електроди со кружен облик од сребро со отвор на средината во кој се вметнува електродно желе кое се лепи на скалпот на болниот. Во електромио-графијата се користат електроди, кои во мускулот се ветнуваат со хидродермална игла.   За испитувањето на потенцијалите на мозокот се користат т.н. длабински електроди, кои се подебели од поткожните.

            Ако металните елекотроди се поставени непосредно на кожата при донесување струја на допирното место, на ткивото се одвојуваат куселини или бази кои при долготрајно дејство може да предизвикаат коагулација на ткивата или болни рани.

            Затоа на местата меѓу електродата и кожата се става хидорфилна газа натопена во физиолошки раствор, и киселините и базите се создаваат меѓу електродата и газата.