Глава четвертая. регистрация электрических явлений. электрокардиография

В результате ряда физико-химических процессов, протекающих в органах и тканях животного организма, в них возникает разница электрического потенциала, так называемые токи действия. С условиями их возникновения мы познакомимся ближе в специальной части этой книги. Открытие токов действия принадлежит Matteiuji в 1843 г. Uubois-Raymond в 1848 г. показал, что сокращение мышцы всегда сопровождается появлением электрического тока. Waller в 1888 г. описал токи действия человеческого сердца, по удовлетворительная запись и возможность исследовать это явление удалось только Bayliss'y и Starlimi'y в 1892 году.

Возникающая при этом электродвижущая сила чрезвычайно мала, изменения потенциала сменяются очень быстро, поэтому прошло много времени, пока были, наконец, сконструированы приборы, давшие возможность достаточно точно и ясно зарегистрировать токи действия сердечной мышцы.

Таким образом работающая сердечная мышца является источником электрического тока. Разница потенциалов, возникающая на противоположных участках сердца—его основании и верхушке—передается окружающим его тканями и сообщает им некоторый электрический заряд. Распределение электрического потенциала в человеческом теле, возникающее при этих условиях, демонстрирует приводимый далее рисунок (44). Если теперь различные участки человеческого тела соединить с чувствительным гальванометром, замкнуть внешнюю цепь через гальванометр, то он покажет некоторое отклонение, которое будет выражать величину и направление протекающего но нему тока. В зависимости от фазы сердечной деятельности, сила и направление протекающего через гальванометр тока будут меняться. Изменения эти тесно связаны с работой сердца и очень точно отмечают различные изменения в ходе его сокращения. В настоящее время электрокардиография - самый точный и объективный метод изучения физиологии и патологии сердечной деятельности.

Гальванометры, применяемые для регистрации токов действия человеческого сердца, устроены по двум основным принципам — по принципу струнного гальванометра, предложенного Аес1ег'ом и усовершенствованого Einthoven'oм, и по принципу катушечного гальванометра (Lord Kalvin, Deprez и d'Arsonval,) усовершенствованного и приспособленного для клинических целей фирмой Сименс и Гальске.

Кроме особенностей в устройстве прибора, долженствующего регистрировать электрические явления, в механическом отношении он должен отвечать вышеизложенным принципам механических свойств регистрирующих приборов, т. е. должен быть очень чувствительным и свободным от инерции.

В струпном гальванометре это достигнуто тем, что движущейся частью прибора является тончайший металлический проводник—струна, помещенный в магнитном ноле очень сильного электромагнита. Через этот проводник мы и пропускаем исследуемый ток, получаемый — отведенный от пациента. Согласно физическим законам, мы знаем, что при прохождении тока по проводнику, помещенному в магнитном поле, проводник будет испытывать отклонение. Величина этого отклонения в некоторых пределах, при прочих равных условиях, пропорциональна силе тока, направление же, в котором происходит отклонение проводника, можно выяснить по правилу, носящему название «правила трех пальцев». Если указательный палец направить по направлению магнитных силовых линий, средний — по направлению движения тока, то большой палец в отведенном состоянии будет указывать направление отклонения проводника. Зная, в какую сторону отклоняется проводник, мы знаем и направление проходящего по нему тока. Из приводимой схемы (см. рис. 30а), видно, что движение (стрелка 1) струны А В в разбираемом случае будет происходить в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий магнита Р и, следовательно, между его полюсами. Чтобы удобно можно было видеть эти движения, лучше всего смотреть сквозь сердечник, через проделанное в середине его отверстие в направлении, указанном на рисунке стрелкой 2. Так как амплитуда движений струны очень мала, то через это отверстие вставлен тубус микроскопа. Регистрация движений может быть, конечно, произведена только фотографическим путем, что и осуществляется проекцией микроскопического изображения струны на экран, представляющий собою движущуюся ленту светочувствительной бумаги. Таков принцип устройства струпного гальванометра, разработанный для клинических и физиологических целен Эйнтховеном.

Рис. 30

В практике наибольшее распространение получила большая модель струнного гальванометра фирмы Эдельмана, описание которой будет приведено далее.

В катушечном гальванометре тончайшая металлическая нить свернута несколькими оборотами в виде небольшой плоской катушки (см. рис. 30b). Она также помещена в поле сильного электромагнита PP. Если по виткам катушки проходит ток, то вокруг нее развивается собственное магнитное поле; направление силовых линий последнего показано на рисунке стрелками ab. Катушка будет стремиться повернуться так, чтобы направление развившегося в ней силового потока (стрелка 1) совпало с направлением силовых линий магнита (пунктирные стрелки). Катушка подвешена на тонких нитях (концах проводника, составляющего самое катушку), которые при ее повороте будут скручиваться и противодействовать ее вращению.

Чем сильнее ток, проходящий по виткам катушки, тем на больший угол она сможет повернуться. Этот принцип принят почти во всех измерительных электрических приборах. И гальванометре для физиологических целей катушка помещена в магнитном поле очень сильного электромагнита, составлена из очень тонкого проводника толщиной всего и 2-3 микрона и сделана очень маленького диаметра.

Чтобы видеть и регистрировать движения этой катушки, к ней прикреплено маленькое зеркальце, величиной около 1 кв. мм. Сильный луч света, отраженный от него, вычерчивает кривую на подвижной полосе фотографической бумаги.

При регистрации электрических кривых токов действия необходимо уловить не только характер и последовательность изменений потенциала, по и абсолютную величину его изменения. Это особенно важно и случаях одновременной регистрации кривых в разных отведениях (см. ниже), чтобы иметь возможность их сравнения.

Как было сказано, линейная величина смещения струны струпного гальванометра или угол поворота зеркальца катушечного пропорциональны силе проходящего по ним тока. Так как аппараты, которыми пользуются при электрокардиографии, обладают очень высокой степенью чувствительности, то небольшие изменения внешних условий меняют степень их чувствительности. Поэтому градуировать их раз навсегда не представляется возможным. Необходимо испытывать степень их чувствительности каждый раз при новой съемке.

В моделях Сименса и Эдельмана для этого существуют особые приспособления, о которых будет сказано при описании зтих аппаратов.

Для проверки чувствительности гальванометра через его подвижную часть пропускается ток точно известной силы. При этих условиях гальванометр должен дать отклонение всегда на одну и ту же постоянную величину. Наиболее благоприятные результаты получаются, если при пропускании через гальванометр тока в 1 милливольт смещение струны в ее проекции или отраженного от зеркальца луча будет равным 1 см. В одном и том же аппарате могут получаться и большие и меньшие величины.

Разберем условия, изменяющие чувствительность гальванометра. Смещение струны и поворот катушки при одной и той же силе проходящего по ним тока пропорциональны силе магнитного поля. Как катушечныйдак и струнный гальванометр снабжены электромагнитами, и, следовательно, сила магнитного потока будет зависеть от силы протекающего по виткам электромагнита тока. Величина эта довольно постоянна, так как электромагниты питаются постоянным током от аккумуляторов, но все же она подвержена небольшим колебаниям. В аппарате Эдельмана она ничем не регулируется; в аппарате Сименса имеется для этого специальный реостат. Величина отклонений гальванометра зависит затем от того механического сопротивления, которое оказывает струна или нить, на которой висит катушка. При натягивании струны мы увеличиваем ее механическое сопротивление, при расслаблении ее эффект получается противоположный. В аппарате Сименса мы не можем изменять механического сопротивления нити. Изменение чувствительности достигается введением добавочного сопротивления, включаемого последовательно в цепь катушки. В аппарате Эдельмана изменение чувствительности достигается натяжением или расслаблением струны.

Рис. 31

Если механическое сопротивление подвижной части аппарата слишком велико, то кроме понижения его чувствительности наблюдается еще и вялая реакция аппарата: система не сразу выходит из состояния покоя и не сразу достигает максимальной величины отклонения — получается пологий подъем и спадение кривой,что указывает также на неправильную установку. Наоборот, если система слишком расслаблена, получается забрасывание кривой — отклонение в первый момент превышает нужную величину, и только спустя некоторое время кривая возвращается к нормальному положению (см. рис. 31 — соответственно а и b). При правильной заторможенности системы кривая должна иметь форму, изображенную на том же рисунке лит. с. В аппарате Эйнховена это достигается только правильным натяжением струны. Масса движущихся частей в этом приборе относительно очень мала, и потому натяжение струны без вредных последствий может меняться в довольно широких границах. В аппарате Сименса масса движущихся частей значительно больше (катушка, зеркальце), и потому правильная заторможенность системы играет значительную роль. Правильная установка достигается регулированием силы электромагнитного поля. При слишком сильном напряжении магнитного потока заторможенность системы возрастает, и получается вялая реакция аппарата(рис. 31, лит. а), при слабом — забрасывание (лит. в).

Кроме переменных токов действия, развивающихся в результате деятельности сердца в человеческом теле, существует индивидуально различная постоянная разность электрических потенциалов в различных участках тела. Поэтому, если соединить пациента с гальвапомтетром, то последний выйдет из состояния равновесия, отклонится на довольно значительную постоянную величину и дальнейшая работа его при этих условиях будет невозможна. Для уничтожения вредного влияния этого постоянного тока покоя применяются два способа, в принципе одинаковые и в аппарате Эдельмапа и аппарате Сименса. Принцип первого, так называемого компенсационного способа, заключается в следующем: навстречу вредному току человеческого тела пускают ток от какого-либо постороннего источника и величину его регулируют так, чтобы он полностью нейтрализовал — компенсировал вредный ток. Будучи встречным последнему по направлению, он должен уничтожить вредное его влияние.

Приводимая схема иллюстрирует принцип установки (см. рис. 32). Допустим, что в цепи пациент — гальванометр Rh—M—Lf циркулирует вредный ток в направлении, указанном большими стрелками. Между точками a-b включим добавочный контур, составленный из аккумулятора или сухого элемента Е переключателя Р, дающего возможность менять направление компенсационного тока, штепсельного реостата R и реохорда АВ со скользящими контактом G. Схема построена по принципу мостика Витстона. Вынимая штепселя реостата, мы подберем приблизительно величину компенсационного тока, по величине равную вредному. Разомкнем контакт К₂ и замкнем контакт К₁. Перемещая скользящий контакт, мы подберем соотношение отрезков реохорда АО и GB по их сопротивлению так, что часть тока направится в контур b—M—Lf—Rh-aG. Перемещая переключатель Р, возьмем направление компенсационного тока, встречное направлению вредного. На схеме это обозначено маленькими стрелками. Перемещая скользящий контакт G, мы легко можем сделать компенсационный ток по неличине точно равным вредному.

Рис. 32

Второй способ, гораздо более простой и чаще применяемый на практике, - это способ с конденсатором. В принципе он заключается в следующем. Замкнем контакты К₁ К₂ (см. рис. 32); в системе будет циркулировать постоянный ток, направление которого обозначено большими стрелками.Разомкнем контакт К₁, между клеммами которого включен конденсатор К емкостью в 20 микрофарад. После размыкания контакта движение тока в цепи прекратится, как только обкладки конденсатора зарядятся до максимального потенциала, соответствующего разнице потенциалов вредного тока. Произойдет это в очень короткий промежуток времени. Конденсатор при достаточно хорошей изоляции его обкладок практически непроходим для постоянного тока. Но как только установившееся равновесие хотя бы слегка нарушится появлением небольшого добавочного потенциала на борнах Rh, Lf, например, в результате появления токов действия, сейчас же должна измениться величина заряда обкладок конденсатора. Допустим, что к борцу Lf будет приложен небольшой отрицательный заряд. Обкладки конденсатора, присоединенные к этому борну, должны потерять некоторое количество электричества, идущее на возмещение отрицательного заряда в точке Lf. Соответствующую потерю заряда испытает и противоположная обкладка конденсатора. Эта потеря должна пополниться притеканием некоторого избытка положительного электричества от борна Rh. Как видно из чертежа, притекание электричества отточки Rh к обкладке конденсатора должно происходить через измерительный прибор и будет, следовательно, им учтено. Таким образом при изменении электрического равновесия в цепи оно тотчас же выравнивается благодаря перезаряду обкладок конденсатора, и для переменного тока конденсатор является как бы проходимым.

Прохождение переменных токов через конденсатор-явление только кажущееся. В действительности происходит только выравнивание разницы зарядов в его обкладках. Этот процесс несколько отличается от истинного движения переменных токов в цепи, однако, практически уклонения так невелики, что почти не имеют никакого значения и не вызывают заметных изменений и форме регистрируемой кривой.