心臟電活動
概述
心臟有節奏的收縮擴張,受位於右心房的特殊肌細胞的自發興奮的電信號控制,即竇房結以大約72次/分鐘的頻率進行自發專極化活動,所產生的動作電位通過神經傳導到兩個心房,使心房肌細胞專極化引起心房收縮把血液注入心室;接著動作電位傳播到房室結,由希式束和蒲肯野把動作電位送到兩個心室,使心室肌專極化發生收縮運動,推動血液進入體循環和肺循環,並按此順序周而復始。同時,竇房結的起搏頻率還受植物神經系統的調控,根據身體內和外部的刺激作出反應,使起搏頻率加快或減慢。
發現
1876年,瑪瑞 (Marey)最早發現心臟收縮時伴有電反應,這種電反應的複雜形式不同於骨骼肌電反應形式,引起了大家的注意。心臟在跳動時甚至在皮膚表面上也能產生1~2毫伏的電壓。1903年愛因索文(Einthoven)發明了弦線電流計,促進了心肌動作電流的深入研究。藉助弦線電流計可以記錄整體內心臟電活動,並在臨床上迅速獲得廣泛的套用。愛因索文為測定心臟動作電流確定了三種標準導程:即為右手——左手;為右手——左腳;為左手——左腳。
原理
三種導程記錄出的心臟電活動由許多波組成,按各波先後出現的順序分別命名為P波、Q波、R波、S波、T波。這一系列的電位變化稱為心電圖(縮寫為ECG)。其中P波代表左、右心房肌興奮產生和體表電位變化,由於興奮中竇房結向心房各處擴布時電勢方向不同,互相抵消甚多,故波形小而圓鈍。
P~R間期或P~Q間期代表心房開始興奮到心室開始興奮所需時間間隔,一般約為0.12~ 0.2秒左右。QRS波群代表左、右心室肌興奮傳布過程中的體表電位變化,波群的時程代表肌興奮傳布所需的時間,約為0.06~0.l秒。在興奮由心房傳到房室結再經房室束下傳的一段時間內,心電圖記錄不到電位變化,只有當室間隔左側開始專極化並向其右和上方傳布時,可記錄到Q波。隨後,興奮繼續向心尖部分傳布,並從心室壁內膜向外膜傳布,對應的電勢向量由心房指向心尖,可記錄到向上的高R波。最後興奮傳到左心室後側底部與室間隔底部時,電勢向量指向心底,記錄到向下的S波。
S~T段正常時接近一等電位線,這段時間反映心室各部分均處於興奮狀態。S~T段與等電位線的偏移稱損傷電位,是心肌受損傷的反映。T波反映心室復極化過程的體表電位變化,T波一般向上這一事實反映了心室先興奮的部位後復極化,而後興奮的部位先復極化。
套用
為適應臨床上對心臟疾病的診斷和心臟功能的監護、遙測。發展了許多成套的心電監測自動化儀器設備。關於心電圖異常的各種心臟疾患的關係,臨床醫生已積累了十分豐富的診斷經驗和資料。
肌肉電活動
肌肉的一個運動單位包括來自腦幹或脊髓的單個分枝的神經元和 25~2000個肌纖維。神經元通過運動終極的肌肉細胞連線,當神經元把腦或脊髓發出的動作電位傳到肌細胞後,使肌細胞專極化並產生收縮。用同軸針形電極插入皮下,可測量單個運動單位的電活動,若用面電極放在皮膚上,測得的是多個運動單位的電活動。當肌肉放鬆時,肌電圖上只有人體或儀器的干擾和噪音,肌肉輕度用力時,肌電波是分立的;肌肉強直收縮時,由於參與活動的運動單位多,頻率增高,各波形互相干擾,不再能分辨單個肌電波。
除記錄自發肌電活動外,用電刺激肌肉運動單位也可得到肌電圖。其優點是:刺激時間確定,所有肌纖維幾乎能同時起動,也可電刺激感測神經,將信息傳入中樞神經,再通過觀察肌肉的反射反映來研究反射系統的功能。
肌電圖 (EMG)是臨床神經生理學檢查的重要方法之一,在神經、內科、骨科、職業病診斷和運動醫學等方面有廣泛作用。
腦電活動
概述
腦包括大腦、小腦和腦幹。大腦兩個半球表面的一層結構叫大腦皮質,是人類進行思維活動的物質基礎。大腦皮質是灰質,由神經元組成,這些神經元分別集中形成各種神經中樞。例如聽、視、語言、感覺等神經中樞,神經中樞的基本活動形式是反射活動。腦電波 (縮寫為EEG)是神經中樞細胞在反射活動中有節律的交變放電,是神經細胞電活動的綜合。
在大腦皮質中產生的電位要經過腦脊液、腦膜、頭蓋骨、皮下組織等傳到頭皮表面。在頭皮表面放置電極,可探查出大量腦細胞電活動形成的電位或電位差隨時間的變化。
關於大腦皮層上電活動的發現,起始於1875年俄國人達尼里夫斯基,他用聲音刺激狗的聽覺器官時,首次觀察到狗的大腦皮層上出現生物電流。同年美國人卡通也發現暴露的兔腦上能產生電變化。1924年德國人伯格用兩根白金刺入精神病患者的頭皮並與顱骨相觸,記錄到了人類的首例腦電圖。到30年代後期,腦電圖技術開始套用於臨床,記錄方法也不斷改進。將電極置於頭皮之上便可記錄出腦電圖。
特點
在腦電圖中可記錄到幾種自發腦電波形,按頻率範圍可將它們分類如下:
慢波 0.5~3.5赫
θ中慢波4~7赫
a波8~13赫
β快波13赫以上
各種波都可在皮層的不同區域引出,但不同區域波幅創大小有差別。
a波在人清醒、安靜並閉眼時出現,其波幅隨時間周期性地變化,睜眼後a波立即消失。人睏倦可測到θ波,睡眠時可記錄到 波。一般認為,快波是皮層處於特殊緊張活動狀態時主要腦活動的表現,慢波是睡眠狀態腦活動的表現。
大腦的結構和功能十分複雜,對腦電波與各種腦細胞電活動的明確對應關係目前所知不多。因此,為了給基礎研究和臨床診斷提供更多的信息和依據,近年來國內外已廣泛開展了腦電波信號分析和信息提取的研究。這種研究以信號處理的方法原理為依據,利用計算機為工具,設計出各種程式進行分析、處理和運算,以期得出有價值的結果。