С этим файлом связано 4 файл(ов). Среди них: ПРЕПАРАТЫ.pptx.pptx, ped_tselevoe.pdf, inostrantsy_kontrakt.pdf, Metodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf, БИОЛОГИЯ.doc. Показать все связанные файлы
, если поле определяется на расстояниях, значительно превышающих размеры генератора. Электрическое поле мультипольного генератора - сердца определяет суммарный дипольный момент сердца Cp , представляющий геометрическую сумму векторов Ip , характеризующих процесс распространения возбуждения в отдельных клетках сердечной мышцы. В соответствии с фазой сердечной деятельности в каждый момент времени направление и величина дипольного момента сердца будет меняться. Соответственно будет меняться величина потенциала электрического поля в каждой точке пространства вокруг сердца. Такая упрощенная модель сердца в виде токового диполя называется дипольным эквивалентным генератором сердца. Представление о сердце как о диполе лежит в основе теории отведений голландского физиолога В.Эйнтховена. Сердце рассматривается как токовый диполь, находящийся в однородной проводящей среде, которой являются окружающие сердце ткани организма. Вектор дипольного момента сердца Cp изменяет свое положение, точку приложения и величину в процессе работы сердца. Характер изменений Cp определяется функцией миокарда. Между вектором Cp и разностями потенциалов, измеряемых на поверхности тела человека, существует определенная связь. В.Эйнтховен разработал основы методики регистрации электрокардиограммы и ее анализа в норме и патологии, за что в 1924 году получил Нобелевскую премию. Токовый диполь создает в проводящей среде электрическое поле. Чтобы установить зависимость между разностью потенциалов двух точек этого поля и вектором токового диполя Ip , рассмотрим сначала поле электрического диполя и рассчитаем его потенциал в произвольной точке А (рис.2). 144 Потенциал электрического поля точечного заряда r q k , где r - расстояние от заряда до данной точки поля, , 4 1 0 k где 0 - электрическая постоянная, - относительная диэлектрическая проницаемость. В точке А поле создается диполем - системой из положительного и отрицательного зарядов. Потенциал поля положительного заряда - положительный, а потенциал поля отрицательного заряда - отрицательный. Потенциал поля в точке А определяется как алгебраическая сумма потенциалов, созданных каждым зарядом в отдельности. Поэтому выражение для расчета потенциала поля электрического диполя в точке А, удаленной от зарядов соответственно на расстояние r и r 1 (рис.2), запишется в виде ) 1 1 ( 1 1 1 1 rr r r kq r r kq r q k r q k А Если принять условия, что l « r, r r 1 и rr 1 r 2 , (r-r 1 ) l cos A , где A - угол между векторами p и r , то можно записать, что 2 2 cosα cosα r p k r ql k A A А Подставим значение коэффициента k в предыдущую формулу: 2 0 cosα 4 1 r p . (1) Рассчитаем теперь разность потенциалов между двумя точками А и В поля диполя ( рис.3). Пусть диполь с моментом p находится в точке О. Тогда 2 2 cosα cosα Δ r p k r p k A B A B , или ). α cos (cosα Δ 2 A B r p k Рис. 2 Рис. 3
145 Допустим OC AB. Угол между вектором p и прямой ОС обозначим , а АОВ обозначим . Тогда из геометрии рисунка видно, что 2 β ) 2 (α α , 2 β ) 2 (α α BAИз тригонометрии известно, что разность косинусов двух углов можно представить в виде 2 β sin cosα 2 ) 2 β sin( ) α 2 ( 5 , 0 sin 2 2 β ) 2 (α cos 2 β ) 2 (α cos cosα cosα ABС учетом полученного результата и подставляя значение k , в окончательном виде выражение для разности потенциалов между двумя точками поля диполя в окончательном виде можно записать 2 β sin cosα 2 1 Δ 2 0 rp . (2) Таким образом, разность потенциалов двух точек поля диполя: - обратно пропорциональна квадрату расстояния от диполя до данных точек; - прямо пропорциональна величине дипольного момента p или, точнее, проекции p cos электрического момента диполя p на прямую, соединяющую точки; - прямо пропорциональна синусу половинного угла между линиями, соединяющими диполь с изучаемыми точками. Если диполь находится в центре равностороннего треугольника ( рис.4), то разности потенциалов на сторонах этого треугольника в соответствии с формулой (2) относятся как проекции p на стороны треугольника, CABCABCABCABppp: : Δ : Δ : Δ . (3) Потенциал поля токового диполя в проводящей среде и разность потенциалов в двух точках выражаются формулами (4) и (5), аналогичными формулам (1) и (2): 2 cosα γ 4 1 rpI , (4) Рис. 4 146 2 β sin cosα γ 2 1 Δ 2 rpI. (5) Здесь - удельная электропроводность среды, в которой расположен токовый диполь. Так как суммарный вектор сердца - диполя Cp меняет во времени свою величину и направление, то разность потенциалов между двумя точками поля сердца будет также менять величину и направление. Если эту разность потенциалов отобразить на экране электронного осциллографа или ленте самопишущего прибора, то в разные моменты времени на экране или ленте будут зарегистрированы импульсы - зубцы различной величины, формы и полярности, повторяющиеся в соответствии с работой сердца. Полученная кривая и представляет собой электрокардиограмму (рис.5) Зубцы электрокардиограммы условно обозначают буквами латинского алфавита: P, Q, R, S , T . При ее анализе определяют амплитуду, полярность и форму зубцов, длительность интервалов PQ, RR и ряд других показателей. Например, в норме амплитуда зубца R составляет 0,5 - 1,5 мВ, длительность интервала PQ = (0,12 - 0,20) с, комплекса QRS = (0,06 - 0,10) с. Зубец P связан с распространением деполяризации по предсердиям, комплекс зубцов QRS - с распространением деполяризации по желудочкам. Интервал PQ отражает время распространения возбуждения от предсердий до желудочков, длительность комплекса QRS - время распространения возбуждения по желудочкам. К окончанию зубца S оба желудочка охвачены возбуждением, поэтому дипольный момент сердца близок к нулю (сегмент ST ). Рис. 5 147 Зубец T отражает окончание процесса реполяризации в желудочках: этот процесс происходит не строго синхронно, поэтому между различными участками миокарда возникает разность потенциалов ( там, где реполяризация закончилась, потенциал больше, там, где реполяризация еще не закончилась, потенциал меньше). Интервал TP соответствует диастоле сердца, в этот момент все клетки миокарда находятся в состоянии покоя и дипольный момент сердца равен нулю. При ряде заболеваний сердца происходит изменение характеристик электрокардиограммы, что используется в диагностике. Для регистрации электрокардиограммы измерительные электроды накладывают на определенные участки поверхности тела. Разность потенциалов, регистрируемая вэтом случае между двумя точками, называется отведением. Существуют различные системы отведений: стандартные, грудные, пищеводный и др. При стандартных отведениях определяют разность потенциалов (рис.6) - 1-е отведение- между левой рукой и правой рукой ; - 2-е отведение- между правой рукой и левой ногой ; - 3-е отведение- между левой ногой и левой рукой . Стандартные отведения выбраны таким образом, что сердце - диполь расположено приблизительно в центре равностороннего треугольника (сравнить рис.4 и рис.6 ). Как следует из формул (2) и (5) и соотношения (3), амплитуда зубцов и их полярность в разных отведениях должны быть различны. Структурная схема всех приборов, предназначенных для регистрации биоэлектрической активности органов, однотипна. Рассмотрим ее на примере электрокардиографа. Рис. 6 Рис. 7 148 Электрокардиограф состоит из 5 блоков ( рис.7): - переключателя отведений П с электродами, - усилителя У, - регистрирующего устройства РУ, - калибратора К, - блока питания БП. Переключатель отведений представляет собой коммутатор, с помощью которого на вход усилителя поочередно подается разность потенциалов от выбранных отведений. Разность потенциалов снимается с помощью накожных электродов, которые представляют собой металлические пластинки. Для лучшего контакта с кожей под электрод помещают марлевую салфетку, смоченную физиологическим раствором, или накладывают слой электропроводящей пасты. Грудной электрод сделан в виде груши с присоской. Для снятия электрокардиограммы в стандартных отведениях электроды накладываются на внутренние поверхности предплечий и голеней. Электроды соединяются с прибором с помощью кабеля отведений. Провода кабеля маркируют определенным образом. Основной частью электрокардиографа является усилитель, который должен отвечать ряду требований. - Во-первых, усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, порядка 10 3 - 10 5 , так как регистрируемые биопотенциалы очень малы. - Во-вторых, усилитель должен обладать высокой помехоустойчивостью. С этой целью используют дифференциальные схемы усиления, высококачественные стабилизированные блоки питания, обязательное заземление прибора и пациента, уменьшают переходное сопротивление «кожа-электрод». - В-третьих, усилитель должен обладать высоким входным сопротивлением, так как сопротивление тканей пациента составляет несколько десятков кОм (килоом). Считается, что входное сопротивление усилителя должно быть минимум в 10 раз выше сопротивления объекта. В современных электрокардиографах оно составляет 1-2 МОм. - В-четвертых, сигналы, снимаемые при электрокардиографии, относятся к низкочастотным, их спектр расположен практически в диапазоне от 0,5 до 120 Гц.
149 Поэтому в электрокардиографах используют усилители низкой частоты с полосой пропускания от 0,2 до 60-100 Гц, а в исследовательской практике - от 0,01 до 2000 Гц. В состав электрокардиографа входит калибратор - устройство для подачи на вход усилителя калибровочного напряжения 1 мВ, относительно которого измеряется амплитуда зубцов. Усиленный сигнал поступает на регистрирующее устройство, состоящее из лентопротяжного механизма и гальванометра. Лентопротяжный механизм предназначен для перемещения с постоянной скоростью бумажной ленты, на которой регистрируется электрокардиограмма. В простейших электрокардиографах скорость ленты составляет 25 и 50 мм/с. По виду пишущего элемента электрокардиографы делятся на : - перьевые ( с чернильной записью на обычной бумажной ленте, с записью тепловым пером на теплочувствительной бумаге, с записью на электрочувствительной бумаге); - световые ( с записью световым лучом на фото или других видах светочувствительной бумаги) и ряд других. В первом случае на подвижной части гальванометра крепится перо, во втором - маленькое зеркальце. Для визуального наблюдения электрокардиосигнала используют электронно- лучевые трубки. В этом случае прибор называют «электрокардиовизор» или «электрокардиоскоп». Разработаны и другие системы регистрации электрокардиограммы: - для записи биопотенциалов на магнитную ленту; - для автоматической обработки электрокардиосигнала с помощью ЭВМ и выдачей результатов на дисплей или бумажный носитель; - для одновременной регистрации электрокардиограммы в нескольких отведениях на многоканальных электрокардиографах; - для телеметрической передачи информации о состоянии пациента на расстоянии. 150 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Заземлить прибор. 2. Установить все органы управления ( тумблеры, кнопки и пр.) в исходное положение. 3. Включить прибор в сеть. 4. Наложить электроды на конечности и подключить кабель отведений. 5. Установить скорость лентопротяжного механизма (ЛПМ) 25 мм/c. 6. Записать 2-3 калибровочных импульса 1 мВ. 7. Записать электрокардиограмму (ЭКГ) в трех стандартных отведениях. 8. Записать ЭКГ в одном из отведений при скорости ЛПМ 50 мм/с. 9. Продемонстрировать влияние биотоков мышц на качество ЭКГ, для чего записать ЭКГ во время статического напряжения мышц конечностей. 10. По полученной электрокардиограмме определить следующие параметры: - амплитуду зубцов P, R, T в милливольтах, для чего измерить высоту соответствующего зубца в миллиметрах и, используя калибровочную кривую, рассчитать ее по формуле H h U мВ 1 ) мВ ( , где U(мВ) - амплитуда зубца, h - высота калибровочного импульса; - длительность интервалов PQ, RR и комплекса QRS в секундах, рассчитав его по формуле V n t , где n - величина интервалов в мм, измеренная по бумажной ленте, V- скорость ЛПМ; - частоту сердечных сокращений по длительности интервала RR, считая, что интервал RR - это время между двумя систолами (период сердечных сокращений). Частоту сердечных сокращений рассчитать как 1 Результат представить в герцах и в колебаниях в минуту.
151 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Основные характеристики электрического поля: напряженность и потенциал. 2. Электрический диполь. Электрический момент диполя. Электрическое поле диполя. 3. Разность потенциалов двух точек поля диполя. 4. Понятие о токовом диполе и эквивалентном дипольном электрическом генераторе. Сердце как мультипольный электрический генератор. 5. Понятие об электрокардиографии. Электрокардиограмма и методика ее регистрации. 6. Основные блоки электрокардиографа.
152 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Антонов В.Ф. Физика и биофизика: курс лекций для студентов медицинских вузов. Учебное пособие для вузов/ В.Ф. Антонов, А.В. Коржуев.- изд. 3-е перераб. и доп.- М.: Издат. группа ГЭОТАР- Медиа, 2006.-236с. 2. Антонов В.Ф. Физика и биофизика: учебник для вузов / В.Ф. Антонов, А.М. Черныш и др; под ред. В.Ф. Антонова.- М.: ГЭОТАР- Медиа, 2007.-472с. 3. Герасимов А.Н.. Медицинская статистика: учебное пособие / А.Н. Герасимов- М.: МИА, 2007.-475с. 4. Кучеренко В.З.. Применение методов статистического анализа для изучения общественного здоровья и здравоохранения: учебное пособие для медицинских вузов / В.З. Кучеренко.- М.: ГЭОТАР- Медиа, 2007.-245с. 5. Павлушков И.В. Основы высшей математики с математической статистикой: учебник для мед. и фармац. вузов / И.В. Павлушков.-изд. 2-е исправ.- М.: ГЭОТАР- Медиа, 2007.-422с. 6. Ремизов А.Н. Курс лекций: учебник / А.Н.Ремизов, А.Я. Потапенков - изд. 3-е..- М.: Дрофа, 2006.-720с.. 7. Чернов В.И.. Математическая статистика с основами высшей математики: учебник / В.И. Чернов и др. - Воронеж: ГОУ «Воронеж. гос. мед. акад. им Н.Н Бурденко» , 2006.-317с. 8. Черныш А.М. Физика и биофизика. Практикум: учебное пособие для вузов / А.М. Черныш - М.: ГЭОТАР- Медиа, 2008.-333с.
153 Учебное издание ПРАКТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО ФИЗИКЕ Учебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Авторы- составители: Г.Е, Кирко, А.Л. Афанасьев, Я.Р.Кустова, А.Г. Корякина, З.А. Смирнова, Н.В. Зернина, Н.К. Сазонова, М.Р. Черемных Редактор Н.А. Щепина Корректор Е.М. Сторожева Подписано в печать 30.10.2008. Формат 60х90/16.Усл. печ. л.____________ Тираж ______________экз. Заказ № ___________ Редакционно- издательский отдел ГОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава 614990, г. Пермь,ул. Большевистская,85 Отпечатано в
перейти в каталог файлов
|