Виникнення та дослідження біопотенціалів

В залежності від органів, біоелектрична активність яких вивчається, розрізняють наступні основні методи електрофізіологічних досліджень:

§ електрокардіографію ‒ дослідження електричної активності серця;

§ електроенцефалографію ‒ дослідження електричної активності головного мозку;

§ електроміографію ‒ дослідження електричної активності м'язів;

§ електроокулографію ‒ дослідження зміни потенціалів, обумовлених рухом яблука ока;

§ електрогастрографію ‒ аналіз електричних сигналів, викликаних діяльністю шлунка та кишечника;

§ вивчення електричної активності груп клітин та окремих клітин живих тканин.

Амплітуда та частотний діапазон біомедичних сигналів різного походження відрізняються (рис. 2.1), тому повинні відрізнятися вимоги до БЕС для реєстрації та обробки біопотенціалів.

Рис. 2.1. Амплітудні та частотні діапазони біомедичних сигналів:

ЕОГ ─ електроокулограма, ЕЕГ ─ електроенцефалограма, ЕКГ ─ електрокардіограма, ЕМГ ─ електроміограма, ПД ─ потенціал дії

Механізм виникнення біопотенціалів пояснюється відмінністю хімічного складу цитоплазми клітин і рідини міжклітинного простору (наприклад, різниця іонних концентрацій Na, K, Cl всередині і поза клітиною). Вибіркова проникність мембрани для різних іонів і наявність градієнтів концентрації ‒ причина виникнення мембранних потенціалів.

Вибіркова проникність мембрани забезпечує виникнення різниці потенціалів (потенціал спокою), яка перешкоджає повному вирівнюванню концентрації іонів між клітиною і середовищем. Потенціал спокою характеризує збудливість живих тканин, тобто їх здатність змінювати властивості і стан під дією подразника. Ознакою збудження тканини є виникнення потенціалу дії внаслідок зміни іонної проникності клітинної мембрани.

Характерною особливістю потенціалу дії є його здатність поширюватися вздовж клітинної мембрани з області локального збудження, внаслідок чого відбувається поширення збудження по тканинах. Мембранні потенціали, збудливість клітинних структур і тканин можуть змінюватися під впливом змін фізичних і біохімічних факторів. Тому значення біопотенциалів є дуже тонким індикатором стану клітин і клітинних структур, тканин, органів.

Складність і різноманіття біоелектричних сигналів (рис.2.1), завдань дослідження та методів реєстрації, залежність параметрів сигналів від зовнішніх умов ускладнюють діагностику. Тому при вивченні біоелектричних процесів в організмі необхідно контролювати спосіб відведення біопотенціалів, підбираючи згідно розв'язуваної задачі систему відведень і тип електродів, а також способи обробки зареєстрованих сигналів з метою найбільш повного отримання з них діагностично важливої фізіологічної інформації (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Етапи реєстрації та дослідження біомедичних сигналів