Новосибирск
|
Скачать 5.65 Mb.
|
B+      Рис. 2.2. Схема к выводу формулы потенциала электрического поля, создаваемого униполем. Стрелки показывают направление тока в среде Для примера возьмем эквивалентный электрический генератор сердца. В возбужденном миокарде всегда имеются много диполей (назовем их элементарными). Потенциал поля каждого диполя в неограниченной среде подчиняется уравнению (2.3). При изучении потенциалов на значительном удалении от сердца, когда выполняется условие r l, первый член правой части уравнения (2.3) намного превосходит остальные. Поэтому в первом приближении вторым и последующими членами можно пренебречь. Это заведомо справедливо в случае точечных диполей, у которых l 0. Первый член в правой части уравнения (2.3) именуют дипольным потенциалом (потенциалом точечного диполя). Отметим, что этот потенциал любого j-того элементарного диполя пропорционален Dj cos j (Dj – модуль вектора  ), т.е. проекции вектора дипольного момента на прямую, соединяющую начало диполя и точку измерения потенциала. (2.3) , где G – сумма членов, пропорциональных l3/r4, l4/r5 и т.д. Потенциал (0) электрического поля сердца складывается из дипольных потенциалов элементарных диполей. Поскольку в каждый момент кардиоцикла возбуждается сравнительно небольшой участок миокарда, расстояния от всех диполей до точки измерения потенциала примерно равны друг другу, и 0 приближенно описывается уравнением:  (2.4) , в котором r – одинаковое для всех диполей расстояние до точки измерения потенциала, m – количество диполей. Сумму проекций в этом выражении можно рассматривать как проекцию вектора дипольного момента (  ) одного токового диполя, у которого  . Этот диполь называют эквивалентным диполем сердца. Таким образом, потенциал внешнего электрического поля сердца можно представить в виде дипольного потенциала одного эквивалентного диполя: (2.5) , где – угол между и направлением регистрации потенциала; D0 – модуль вектора .Как мы уже говорили, подобная интерпретация сердца, как электрического генератора, осложняется тем, что сердце функционирует в среде, ограниченной поверхностью организма. Учесть влияние этой границы ввиду ее геометрической сложности трудно. Часто поверхность организма рассматривают как поверхность простого геометрического тела, например, шара, в центре которого располагают отрицательный полюс эквивалентного диполя сердца. Специальные расчеты показывают, что тогда  (2.6) , где rc – радиус шара. При измерении потенциала на поверхности такого шара, когда r = rc,  (2.7) . Из уравнений (2.5) и (2.6) видно, что ограничение среды сферической поверхностью приводит к увеличению дипольного потенциала, но характер его зависимости от r и сохраняется прежним. Однако если точка регистрации находится на большом расстоянии от поверхности (rc r), то в уравнении (2.6) вторым членом в правой части можно пренебречь, и ограничивающая поверхность уже мало сказывается на величине дипольного потенциала. Модель, в которой электрическая активность миокарда заменяется действием одного эквивалентного точечного диполя, и потенциалы внешнего поля описываются выражениями (2.5) или (2.6) – (2.7), называют дипольным эквивалентным электрическим генератором сердца. Рассчитать теоретически абсолютное значение 0 не представляется возможным, поскольку в данной модели конкретная природа диполя, а следовательно, и величина дипольного момента D0 неизвестны. Справедливость уравнения (2.5) подтверждается тем, что измеряемые на поверхности тела потенциалы в фиксированный момент кардиоцикла оказываются приближенно пропорциональными cos и обратно пропорциональны r2. По данным измерений максимальное значение электрического модуля вектора сердца составляет около 2 10–5 А м. При дальнейших исследованиях оказалось, что рассчитанные электрограммы желудочков (рис. 2.3), а также эквипотенциальные линии на поверхности тела близки к тем же параметрам внесердечного поля, непосредственно измеряемого на поверхности тела.  Рис. 2.3. Пример ЭКГ здорового человека (1) и расчетные электрограммы желудочков сердца человека (2) при нескольких отведениях. U – разность потенциалов в относительных единицах; t – время [16] Биоэлектрические потенциалы головного мозга можно оценить, регистрируя их в определенных точках поверхности головы человека. Данная совокупность методов носит название электроэнцефалографии. На базе полученной ЭЭГ проводят исследования функционального состояния головного мозга и его отдельных участков и структур, электрическая активность которых согласно имеющимся данным происходит с частотой 0,15 – 300Гц и амплитудой 1 – 3000 мкВ. Множество исследований биоэлектрических потенциалов головного мозга позволяет утверждать, что его электронная структура, с точки зрения источника электрической активности, представляет собой многодипольный эквивалентный электрический генератор. Примем это утверждение как отправную точку для построения наших дальнейших выводов. Таким образом, в настоящее время в исследованиях ЭЭГ для моделирования электрической активности коры головного мозга рассматривают поведение совокупности токовых электрических диполей отдельных нейронов. Предложено несколько таких моделей, позволяющих объяснить отдельные особенности ЭЭГ. Если рассмотреть модель М.Н. Жадина, то на примере генеза ЭЭГ при отведении с твердой мозговой оболочки можно выявить общие закономерности возникновения суммарного внешнего электрического поля коры. Рассмотрим основные положения этой модели: 1) внешнее поле головного мозга в некоторой точке регистрации – интегрированное поле, генерируемое токовыми диполями нейронов коры; 2) генез ЭЭГ обусловлен градуальной электрической активностью пирамидных нейронов; 3) активность разных пирамидных нейронов в определенной степени взаимосвязана (скоррелирована); 4) нейроны распределены по коре равномерно и их дипольные моменты перпендикулярны к поверхности коры; 5) кора плоская, имеет конечную толщину h, а ее остальные размеры бесконечны; со стороны черепа мозг ограничен плоской бесконечной токонепроводящей средой. Обоснование первых двух положений рассмотрено выше. Остановимся на других положениях модели. Таким образом, внешнее электрическое поле головного мозга, обнаруживаемое в виде ЭЭГ, можно рассматривать как результат сложения полей пирамидных нейронов коры. Важное условие такого генеза ЭЭГ – одинаковая ориентация диполей нейронов и наличие положительной корреляции в их градуальной электрической активности; при этом достаточен даже очень низкий уровень попарной корреляции. Большинство имеющихся экспериментальных данных говорит о том, что генез ЭЭГ определяется в основном электрической активностью коры больших полушарий головного мозга, а на уровне клеток – активностью ее пирамидных нейронов. У пирамидных нейронов выделяют два типа электрической активности. Импульсный разряд (потенциал действия) с длительностью около 1 мс и более медленное (градуальное) колебание мембранного потенциала – тормозные и возбуждающие постсинаптические потенциалы (ПСП). Тормозные ПСП пирамидальных клеток генерируются в основном в теле нейрона, а возбуждающие ПСП – преимущественно в дендритах. Большое значение для выяснения механизма генеза ЭЭГ имеет вопрос о том, какой тип электрической активности (потенциал действия или ПСП) дает наибольший вклад в потенциал внешнего поля головного мозга. Ясно, что для генеза ЭЭГ наиболее существенна та электрическая активность, при которой возникает диполь с большим дипольным моментом. Величину этого дипольного момента можно оценить по протяженности внеклеточного поля, например, по расстоянию, на котором потенциал падает до очень малых значений или же в определенное число раз. К.Ю. Богданов и В.Б. Головчинский рассчитали пространственное распределение внеклеточного электрического поля пирамидных нейронов коры при импульсной активности и при градуальном изменении мембранного потенциала сомы, обусловленном возбуждающим ПСП. Этот расчет проводился при условии, что величина потенциала действия на порядок превышает ПСП. На рис. 2.4 изображена полученная пространственная структура электрического поля вдоль дендритного ствола и вокруг него на расстоянии около 0,01 мм от продольной оси этого ствола. Оказалось, что внешнее поле пирамидного нейрона при импульсном разряде довольно резко уменьшается вдоль дендритного ствола: уже на расстоянии около 0,3 мм потенциал падает практически до нуля. В противоположность этому внеклеточное поле ПСП характеризуется гораздо большей протяженностью (примерно на порядок), и, следовательно, при этой активности пирамидные клетки имеют гораздо более высокий дипольный момент. Это различие находит объяснение при рассмотрении пассивных электрических свойств дендритного ствола. r, мм Р  ис. 2.4. Пространственная структура внешнего электрического поля больших пирамидных нейронов коры головного мозга кошки при импульсной (1) и градуальной (2) электрической активности: – потенциал, относительные единицы; r – расстояние от тела нейрона вдоль дендритного ствола По отношению к потенциалу действия ввиду его кратковременности мембрана дендрита ведет себя как емкость, обладающая низким сопротивлением току высокой частоты. Поэтому ток, обусловленный импульсной активностью, циркулирует на небольшом расстоянии от тела клетки; емкость мембраны шунтирует отдельные участки ствола. Действительно, по данным микроэлектродных исследований, внешнее электрическое поле пирамидных нейронов, генерируемое потенциалом действия, не обнаруживается уже на расстояниях выше 0,1 мм. Таким образом, ЭЭГ должна в основном создаваться «медленным» соматическим и дендритным диполями, возникающими при генерации тормозных и возбуждающих постсинаптических потенциалов. При отведении ЭЭГ от твердой мозговой оболочки величина фоновой электрической активности составляет 50 – 100 мкВ. [16] Электроэнцефалограмма, являясь интегральной характеристикой электрической деятельности головного мозга, дает представление об основных составляющих (гармониках) электрического поля в виде, так называемых, ритмов, характеризующих протекающие в нем процессы. Приведем основные ритмы ЭЭГ. Дельта-ритм. Амплитуда колебаний достигает 500 – 1000 мкВ, частота 0,5 – 3 Гц. Он проявляется во всех возрастах в глубоком сне, а в состоянии бодрствования – только у детей до 10 лет. У здоровых взрослых встречается довольно редко, обычно в условиях патологии – при опухолях мозга и эпилепсии, дистрофии, абсцессах. Может регистрироваться от разных участков кожи головы, т.е. возникать генерализованно, но может иметь наибольшую амплитуду в какой-либо одной области (тогда говорят о фокусе дельта-ритма). Альфа-ритм. Амплитуда ритма не постоянна, она варьируется от 0 до 120 мкВ. Частота его (8 – 13 Гц) у каждого человека остается одинаковой на протяжении всей жизни (обычно 10 Гц). Альфа-ритм можно обнаружить во всех отведениях, но преимущественно в отведениях от теменно-затылочной области в состоянии физиологического покоя. Характерное свойство альфа-ритма – депрессия его амплитуды, которую можно вызвать световым, звуковым, тактильным, болевым раздражениями, а также умственной работой. Бетта-ритм. Частота 14 – 40 Гц при амплитуде 5 – 50 мкВ. Обнаруживается во всех отведениях. Увеличивается во время депрессии альфа-ритма. Гамма-ритм занимает диапазон от 40 – 100 Гц и выше. Регистрируется (чаще в лобной области) при значительном возбуждении, выполнении умственной работы. Тета-ритм. Частота 3 – 7 Гц при амплитуде 140 – 250 мкВ. В состоянии бодрствования может встречаться во всех отведениях (чаще всего в теменных и височных зонах) у детей в возрасте 1 – 15 лет. У лиц других возрастов обнаруживается в ранней фазе сна. Тета-ритм связан с эмоциональными реакциями, усиливается при их возникновении. Мю-ритм и лямбда-волны. Появляются при эмоциональном возбуждении, тревоге. Мю-ритм имеет частоту 9 2 Гц при амплитуде 20 – 40 мкВ. Лямбда-волны наблюдаются в виде одиночных положительных колебаний с последующей иногда отрицательной фазой с периодом 250 мс и частотой 4 Гц. Основные компоненты ЭЭГ взрослого человека в условиях бодрствования и покоя – альфа- и бета-ритмы. В последнее время описаны сверхмедленные колебания потенциалов мозга человека. Они по форме также близки к синусоидальным с периодом 7 – 8 с при амплитуде 0,3 – 0,8 мВ и с периодом 0,5 – 2 мин. при амплитуде 0,5 – 1,5 мВ. Амплитуда таких потенциалов, отводимая с участков кожи над швами, больше, чем отводимая с участков над костью черепа. В отличие от классической ЭЭГ сверхмедленные колебания потенциалов испытывают значительные изменения при погружении человека в состояние гипноза. Одним из методов электроэнцефалографии является метод вызванных потенциалов. Вызванным потенциалом называется регистрируемая с поверхности кожи головы ответная электрическая реакция какой-либо определенной области коры мозга или подкорковой структуры на кратковременный импульсный раздражитель (звук, свет, давление, электрический ток), отличающаяся характерным волновым комплексом: амплитудой 2 – 80 мкВ и длительностью 10 – 500 мс. [18] Составляющие электрического поля головного мозга человека определяют его функциональное состояние и, как следствие, функциональное состояние ЦНС и организма в целом. Регуляция систем организма на уровне высшей нервной деятельности определяется головным мозгом и осуществляется им при помощи электрических импульсов, передаваемых между центром регуляции, рецепторной системой и органом-исполнителем по нервным окончаниям. Таким образом, электрические поля головного мозга, в отличие от электрических полей других систем организма, не только сами по себе являются противодействующими внешним физическим факторам, но и формируют адекватную реакцию всего организма на такие воздействия. С помощью электрических полей ЦНС осуществляет поддержание гомеостаза во всем организме. Наряду с электромагнитными полями, в той или иной степени отражающими работу конкретного органа и отдела, в организме человека, как в любой динамической многокомпонентной и многофункциональной физической системе, находящейся под воздействием факторов другой не менее сложной системы, такой, как внешняя среда, происходит взаимное влияние различных физических факторов, как внутриорганного происхождения, так и суперпозиции этих физических факторов и физических факторов внешней среды. Одновременно с междуфакторным взаимодействием происходит совместное влияние этих физических факторов на элементы организма в зависимости от физической восприимчивости этих элементов к конкретному типу воздействия с определенными параметрами. Описанные выше процессы приводят к возникновению электрических полей в организме человека, в том числе и имеющих шумовой спектр. Электрические флюктуации (шумы), как характеристика шумового поля в некоторой точке организма, представляют собой хаотические изменения потенциалов, токов, зарядов в «электрических цепях» организма (к которым прежде всего относятся жидкостные структуры, нервные волокна и мышечные ткани), обусловленные дискретной природой электричества и тепловым движением носителей электрического заряда, а также случайными изменениями макроскопических параметров элементов этих цепей. Тепловой шум обусловлен тепловым движением носителей заряда, имеет равномерный, вплоть до очень высоких частот (десятки-тысячи ГГц), спектр. Дробовой шум определяется статическим характером движения носителей зарядов, взаимодействием носителей друг с другом, а так же внешними электрическими полями. Фликкер-шум – специфическими флюктуациями, спектр которых имеет вид 1/f и лежит в области частот ниже 100 Гц. Необходимое условие существования фликкер-шума – прохождение постоянного тока через образец. Электрические флюктуации наблюдаются на искусственных и биологических мембранах (рис. 2.5). Спектральные характеристики флюктуаций мембран в порядке возрастания их интенсивности располагаются следующим образом: тепловой шум дробовой шум фликкер-шум. Установлено, что дробовой шум связан с «открыванием» и «закрыванием» ворот ионных каналов. Наблюдаются также флюктуации потенциалов покоя и действия нервных волокон, а также рецепторного потенциала тельца Пачини. Следует заметить, что, несмотря на широкое и успешное применение методов регистрации биоэлектрической активности тканей и органов человека для прикладных задач медицины и биологии, механизмы генерации биопотенциалов и электромагнитных полей остаются пока до конца неясными. В последние годы появились публикации, в которых имеются весьма важные указания о наличии резонансных эффектов при воздействии электромагнитных полей на биообъекты, о роли в биологических эффектах некоторых форм модуляции; показано наличие частотных и амплитудных «окон», обладающих высокой биологической активностью на клеточном уровне, а также при воздействии электромагнитного поля на центральную нервную и иммунную системы.   Рис. 2.5. Ток утечки (1), а также кальциевый (2) и бариевый (3) токи через участок мембраны моллюска Helix pomatia площадью 30 мкм2 (поддерживаемый на мембране потенциал – 40 мВ, тестирующий потенциал 15 мВ для бариевого тока и 25 мВ для кальциевого тока; при измерении токов утечка компенсировалась; оценка вклада одиночного канала по флюктуациям для бария i = 0,25 0,6 10–12 А, для кальция i = 0,1 10–12 А) [54] Т а б л и ц а 2.1 Резонансные частоты некоторых структур клетки организма человека различных типов
[25] Следует заметить, что приведённые данные полностью совпадают с частотными характеристиками электромагнитных волн, излучаемых Cолнцем и достигающих поверхности Земли. В заключение главы необходимо отметить, что значения параметров физических полей органов и систем, а так же организма в целом должны служить базисом при определении степени его противодействия внешним полям, что должно учитываться в процессе разработки и применения медицинских приборов, использующих физический фактор как воздействующий. Применительно к медицине, такой подход позволит значительно снизить риск применения медицинских диагностических и физиотерапевтических приборов, используемых сегодня. Их негативное влияние связано с формированием в организме наведенных первичных и вторичных полей, которые могут иметь значительно большие амплитудные значения, нежели внешние физические поля, их вызвавшие, а так же определять резонансные процессы в организме, вызывающие сбои в выполнении функций ЦНС. В целях формирования нового взгляда на принципы зарождения и механизмы протекания гомеостатических процессов в организме приведем исследованные на сегодняшний день физические процессы и закономерности, характерные и для человеческого организма, и для элементов внешней среды. Внутренние физические факторы организма определяют физические рамки, в которых происходит его функционирование. Таким образом, физические процессы в организме человека формируют его физико-анатомическую функциональную структуру адекватно воздействию физических факторов внешней среды. |
Похожие:
 |
Тема выпуска М. Н. Вольф (Новосибирск), В. П. Горан (Новосибирск), Джон Диллон (Дублин), С. В. Месяц (Москва), Е. В. Орлов (Новосибирск), В. Б.... |
|
Тема номера М. Н. Вольф (Новосибирск), В. П. Горан (Новосибирск), Джон Диллон (Дублин), С. В. Месяц (Москва), Е. В. Орлов (Новосибирск), В. Б.... |
|
Е. В. Афонасин Ответственный секретарь М. Н. Вольф (Новосибирск), В. П. Горан (Новосибирск), Джон Диллон (Дублин), С. В. Месяц (Москва), Е. В. Орлов (Новосибирск), В. Б.... |
 |
Философское антиковедение и классическая традиция М. Н. Вольф (Новосибирск), В. П. Горан (Новосибирск), Джон Диллон (Дублин), С. В. Месяц (Москва), Е. В. Орлов (Новосибирск), В. Б.... |
|
Руководство по эксплуатации Новосибирск Ооо «Русская Телефонная Компания», Россия, г. Новосибирск Управляемый Ethernet коммутатор ртк. 48. 3 |
|
Договор обеспечения заправки воздушных судов авиатопливом Закрытое акционерное общество «Газпромнефть-Аэро Новосибирск» (зао «Газпромнефть-Аэро Новосибирск») |
|
Методическое пособие Новосибирск 2003 Диагностика творческого развития личности: Методическое пособие для слушателей курсов повышения квалификации работников образования... |
|
Программа исследования адаптации операторов азс 3 разряда в ОАО «Газпромнефть-Новосибирск» На тему: «Совершенствование технологии адаптации персонала (на примере операторов ОАО «Газпромнефть – Новосибирск»)» |
|
630007, Новосибирская область, город Новосибирск, Пристанский переулок,... Адрес эмитента: 630007, Новосибирская область, город Новосибирск, Пристанский переулок, 5 |
|
Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания «СервисДом» Юридический адрес: 630106, г. Новосибирск, ул. Зорге, 90, тел/факс: 204-89-05, Фактический адрес: 630106, г. Новосибирск, ул. Зорге,... |
|
Инструкция по участию в открытом Отборе №3-7399-016-13 организации,... Новосибирск» в ответ на Информационное письмо о проведении Отбора (далее «Информационное письмо»), на основании и в соответствии... |
|
Альманах студенческих работ Аналитические работы по курсу «Теория... Аналитические работы по курсу «Теория и практика рекламных коммуникаций». Вып. 1 [Электронный ресурс] : альм студент работ / под... |
|
Правила нахождения и ведения коммерческой деятельности на территории... Настоящие Правила устанавливают порядок нахождения, обеспечения и ведения коммерческой деятельности на территории аэропорта Новосибирск... |
|
20 г. Оао «Газпромнефть-Новосибирск» |
|
630082, г. Новосибирск, улица Северная, 33 |
|
Инструкция по применению и техническому обслуживанию огнетушителей новосибирск |