Лекции_Медицинская физика

31

продукты обмена к органам выделения, участвует в регуляции водно-

солевого обмена и кислотно-щелочного равновесия в организме.

Поддерживает постоянной температуру тела.

Благодаря наличию в крови антител, антитоксинов и лизинов, а также способности лейкоцитов поглощать микроорганизмы и инородные тела,

кровь выполняет защитную функцию.

Одним из важных гемодинамических процессов является распространение пульсовой волны (рис. 19).

Пульсовая волна, распространяющаяся по аорте и артериям - волна увеличения объема сосуда в результате одновременного увеличения в нем давления (повышенного над атмосферным) и массы жидкости, вызванного выбросом крови из левого желудочка сердца в период

систолы.

Рис. 19.

При распространении вдоль сосудов происходит затухание амплитуды пульсовой волны.

Скорость распространения пульсовой волны можно найти из выражения, полученного Т. Юнгом.

Наряду с пульсовой волной в системе «сосуд-кровь» могут распространяться и звуковые волны.

Выделяют обычно три процесса движения.

1.Перемещение частиц крови. Скорость 0,3-0,5 м/с

2.Распространение пульсовой волны. Скорость 6-8 м/с

3.Распространение звуковых волн. Скорость ~ 1500 м/с.

За время систолы ~ 0,3 с пульсовая волна успевает распространиться на

сердце развивает меньшую силу при наибольшем давлении. Время систолы tс = 0,3 с; время диастолы равно 0,7 с.

Выделим две фазы кровотока в системе «левый желудочек сердца – крупные сосуды – мелкие сосуды».

1-я фаза – приток крови в аорту из сердца с момента открытия аортального клапана до его закрытия. Стенки крупных сосудов растягиваются благодаря их эластичности. Часть крови резервируется в крупных сосудах, а часть

Рис. 21. проходит в мелкие сосуды

(рис. 21). Ударный объем крови – объем крови, выбрасываемый желудочком сердца за одну систолу.

34

2-я фаза – это изгнание крови из крупных сосудов в мелкие после закрытия аортального клапана. Стенки крупных сосудов за счет упругости возвращаются в исходное состояние, проталкивая кровь в микрососуды. В

это время в левый желудочек поступает кровь из левого предсердия. dV/dt на рисунке - это скорость изменения объема сосудов.

§16. Физические основы электрографии

1.Диполь в равностороннем треугольнике.

Если диполь поместить в центр равностороннего треугольника, то он будет равноудален от всех его вершин. Можно показать,

что в этом случае разность потенциалов между любыми двумя вершинами прямопропорциональна проекции дипольного момента на соответствующую сторону (например,

UAB PeAB) (рис. 22). Следовательно, можно записать:

PAC : PAB : PBC = UAC : UAB : UBC

Сопоставляя величины проекций, можно судить о величине самого вектора Pе и его расположении внутри треугольника.

2.Токовый диполь.

Ввакууме или в идеальном диэлектрике электрический диполь может сохраняться сколь угодно долго. Но в проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов и диполь экранируется

Для сохранения диполя в проводящей среде можно использовать источник тока ( ). Роль полюсов диполя будут играть заряды,

индуцированные источником на электродах. В этом случае возникает

электрический ток I, который будет препятствовать эффекту экранирования

диполя. Если сопротивление среды R, то

35

Ток движется от положительного к отрицательному электроду. Эти электроды называют истоком тока и стоком тока соответственно. Токовый диполь: в сосуд с электролитом опустили элемент питания. Двухполюсная система в проводящей среде, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.

Характеристикой токового диполя является дипольный момент

PT Il

l – расстояние между истоком и стоком. Аналогия между Pe и PT:

-при одинаковой форме электродов линии тока совпадают с линиями напряженности электростатического поля.

-формулы, характеризующие электрическое поле токового диполя,

похожи на формулы, характеризующие поле обычного диполя.

Теория токового диполя применяется для модельного объяснения возникновения потенциалов, регистрируемых при снятии электрограмм.

3. Виды электрографии.

Живые ткани являются источником электрических потенциалов.

Регистрация биопотенциалов называется электрографией.

Существуют следующие диагностические методы:

ЭКГ – электрокардиография – регистрация биопотенциалов,

возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении.

ЭРГ – электроретинография – регистрация биопотенциалов сетчатки глаза, возникающих в результате воздействия на глаз.

ЭЭГ – электроэнцефалография – регистрация биоэлектрической активности головного мозга.

ЭМГ – электромиография – регистрация биоэлектрической активности мышц.

При изучении электрограмм решаются 2 задачи:

- Прямая – выяснение механизма возникновения электрограммы или расчет потенциала в области измерения по заданным характеристикам электрической модели органа.

36

- Обратная - выявление состояния органа по характеру его электрограммы.

Практически во всех существующих моделях электрическую активность органов и тканей сводят к действию токовых электрических генераторов, находящихся в электропроводящей среде.

§17. Теория отведений Эйнтховена. Анализ электрокардиограмм

Сердце человека – это мощная мышца. При синхронном возбуждении

волокон сердечной мышцы, в среде, окружающей сердце, течет ток, который даже на поверхности тела создает разности потенциалов в несколько мВ. Эта разность потенциалов регистрируется при записи электрокардиограммы.

Моделировать электрическую активность сердца можно с использованием дипольного электрического генератора.

треугольника, вершинами которого являются: правая рука – левая рука – левая нога (рис. 24 а).

-разности потенциалов, снятые между этими точками – это проекции

Эйнтховена в физиологии принято называть «отведениями». Три стандартных отведения приведены на рис. 24 б.

37

Рис. 24.

Направление вектора Рс определяет электрическую ось сердца. Линия электрической оси сердца при пересечении с направлением 1-го отведения образует угол , который определяет направление электрической оси сердца

(рис. 24). Так как электрический момент сердца-диполя изменяется со временем, то в отведениях будут получены зависимости напряжения от времени, которые называются электрокардиограммами.

§18. Допущения теории Эйнтховена

-Электрическое поле сердца на больших расстояниях от него подобно полю токового диполя.

-Весь организм – это однородная проводящая среда.

-Электрический вектор сердца изменяется по величине и направлению за время сердечного цикла, но начало вектора остается неподвижным.

-Точки стандартных отведений образуют равносторонний треугольник,

вцентре которого находится сердце – токовый диполь. Проекции дипольного момента сердца – это отведения Эйнтховена.

-Сердце и конечности находятся в одной и той же фронтальной плоскости.

38

Если представить, что сердце (его основание) заряжено отрицательно, а

верхушка положительно, то распределение эквипотенциальных линий вокруг сердца при максимальном значении Рс показано на рис. 23. Видно, что электрическое поле распространяется преимущественно в сторону правой руки и левой ноги, т.е. в этом направлении будет зафиксирована наибольшая разность потенциалов.

Электрокардиограмма представляет собой зависимость от времени разности потенциалов, снимаемой двумя электродами соответствующего отведения за цикл работы сердца (рис. 24). Ось О – это ось нулевого потенциала. На ЭКГ отмечают три характерных зубца P, QRS, T (обозначение по Эйнтховену). Высоты зубцов в различных отведениях обусловлены направлением электрической оси сердца, т.е. углом (рис. 24). Наиболее высокие зубцы во втором отведении, низкие в третьем. Сопоставляя ЭКГ в трех отведениях за один цикл составляют представление о состоянии нервно-

мышечного аппарата сердца.

Зубец Р – деполяризация предсердия

QRS – деполяризация желудочков

Т – реполяризация Факторы, влияющие на ЭКГ.

Положение сердца. Направление электрической оси сердца совпадает с анатомической осью сердца. Если угол находится в пределах от 40°до 70°,

это положение электрической оси считается нормальным. ЭКГ имеет обычные соотношения зубцов в I, II, III стандартных отведениях. Если близок или равен 0°, то электрическая ось сердца параллельна линии первого отведения и ЭКГ характеризуется высокими амплитудами в I отведении.

Если близок к 90°, амплитуды в I отведении минимальны. Отклонение электрической оси от анатомической в ту или другую сторону клинически означает одностороннее поражение миокарда.

Изменение положения тела вызывает некоторые изменения положения сердца в грудной клетке и сопровождается изменением электропроводности

39

окружающих сердце сред. Если ЭКГ не изменяет своей формы при перемещении тела, то этот факт тоже имеет диагностическое значение.

Дыхание. При вдохе электрическая ось сердца отклоняется примерно на

15°, при глубоком вдохе до 30°. Нарушения или изменения дыхания также могут быть диагностированы по изменению ЭКГ.

Физическая нагрузка всегда вызывает существенное изменение в ЭКГ.

У здоровых людей эти изменения состоят главным образом в учащении ритма. При функциональных пробах с физической нагрузкой могут иметь место такие изменения, которые явно указывают на патологические изменения в работе сердца (тахикардия, экстрасистолия, мерцательная аритмия и т.д.).

Диагностическая значимость метода ЭКГ несомненно велика

(совместно с другими).

§ 19. Электромагнитные колебания

Электромагнитные колебания – это периодические изменения различных электрических и магнитных характеристик: токов, напряжений,

напряженности электрического поля и др.

Электромагнитные колебания можно создать в

колебательном контуре – соединение конденсатора (С) и

Рис. 25.

катушки индуктивности (L) (рис. 25).

Период колебаний в контуре определяется по формуле Томпсона:

T2 LC

1.Переменный электрический ток.

Переменным называется ток, который меняется во времени по

величине и по направлению. Обычно ток меняется по гармоническому закону

I Imax sin( t 0 )

Он возникает под действием переменного напряжения

UUmax sin( t 0 )

0 – начальная фаза зависит от набора различных элементов в цепи.

40

В общем случае цепь содержит все элементы: резистор (R), емкость

(C), индуктивность (L). Каждый из этих элементов дает вклад в общее сопротивление цепи: R - активное сопротивление; XL и XC - реактивные сопротивления соответственно индуктивности и емкости. Полное сопротивление цепи называется импеданс (Z). Его определяют по формуле

Z R2 (XL XC )2 .

2. Электрический импульс.

Это кратковременное изменение электрического напряжения или силы тока на фоне некоторого постоянного значения.

Есть две группы импульсов.

Видеоимпульсы – электрические импульсы постоянного тока или напряжения.

Радиоимпульсы – это модулированные электромагнитные колебания.

Импульсный ток – это повторяющиеся импульсы.

Рис. 26.

На рис. 26. Приведен одиночный импульс тока (напряжения) - а) и

повторяющиеся импульсы тока (напряжения) - б). Характеристики импульсов:

ф – длительность фронта импульса (переднего);

ср – длительность среза (заднего фронта);