И, наконец, для того чтобы электрограмма, записанная с помощью электродов, наложенных на кожу человека, была тождественна электрической активности исследуемого органа, входное сопротивление установки должно быть во много раз больше, чем междуэлектродное сопротивление.
Электрически активный орган окружен тканями, являющимися объемным проводником. Разность потенциалов, продуцируемая органом, вызывает в окружающих его тканях биотоки, и, следовательно, в последних создаются разности потенциалов, повторяющие все изменения ЭДС электрически активного органа.
Для того чтобы составить себе представление , какие разности потенциалов и потенциалы продуцируют электрически активный орган в окружающих его тканях , необходимо рассмотреть упрощенную модель.
Электроды А и Б - два противоположных по знаку , но равных по величине электрических заряда - образуют так называемый диполь. Так как необходимо бывает учесть как величину разности потенциалов между полюсами диполя (в нашем случае между электродами А и Б) , так и положение диполя в пространстве , то символически диполь характеризуется вектором - стрелкой , направленной от отрицательного полюса (электрода) к положительному , величина которой пропорциональна разности потенциалов между полюсами диполя. Если полюса диполя неподвижны , а разность потенциалов между ними неизменна , то величина и направление вектора мало что дают для характеристики диполя.
Но в том случае , когда меняется во времени величина разности потенциалов диполя и полюса диполя смещаются в пространстве , только вектором можно охарактеризовать эти изменения.
Рассмотренная модель отличается от электрически активного органа, находящегося в окружающих его тканях в следующем:
Электрически активный орган продуцируют обычно не постоянные, а переменные разности потенциалов.
Среда, которой окружен орган, не может быть названа однородной, а поэтому искажает картину электрического поля вокруг органа.
В ряде случаев электрически активные органы не являются неподвижными (например, сердце), т. с. оси Х-Х и У -У смещаются в пространстве.
Несмотря на перечисленные отличия, рассмотренная упрощенная модель позволяет составить представление о характере распределения потенциалов вокруг электрически активного органа.
Осуществить униполярное (однополюсное) отведение на теле человека не удается:
Невозможно найти линию нулевого потенциала электрической активности исследуемого органа из-за смещения оси У--У в пространстве (сердце), а также из-за того, что в некоторых случаях электрически активный орган (например, мышцы) имеет вместо двух полюсов, эквивалентных электродам А и Б, множество таких полюсов.
На теле человека нельзя найти точку, достаточно удаленную от электрически активного органа, чтобы можно было считать потенциал, создаваемый им в этой точке, равным нулю.
Поэтому было предложено создание искусственной точки нулевого потенциала - “усредненного” общего электрода, получаемого путем соединения вместе (через сопротивления) большого числа электродов, помещенных на теле исследуемого.
При этом исходили из предположения, что чем больше число этих электродов, тем ближе к нулю приближается их суммарный потенциал. Для того чтобы соединение электродов вместе (короткое замыкание) не оказывало влияния на распределение электрического поля, электроды присоединяются к обшей точке через большие сопротивления.
Примером такого “усредненного” общего электрода может служить соединение электродов при однополюсном грудном отведении в электрокардиографии : грудной электрод соединяется с одной входной клеммой, а электроды, укрепленные на конечностях, через сопротивления соединяются с другой клеммой электрокардиографа, образуя “усредненный” электрод.
Такой жеспособ получения “усредненного” общего электрода применяется и в электроэнцефалографии. Другая же клемма соединена с “усредненным” электродом, т. е. со всеми остальными электродами через сопротивления , которые берутся много больше междуэлектродных сопротивлений (например, равными 1 Мом).
Разность потенциалов Е между избранным нами электродом и остальными вызывает, ток Iв сопротивлении R данного электрода и в остальных сопротивлениях, соединенных параллельно, число которых будет п-- 1 :
I = E / R + R/n-1 = (n-1/n) (E/R) (2)
На вход электроэнцефалографа подается падение напряжения Евхс сопротивления R, соединенного с выбранным электродом (в нашем случае крайний справа):
Eвх = IR = (n-1/n)E (3)
Потенциал усредненного электрода Eо (верхняя клемма электроэнцефалографа), естественно, не равен нулю, а может быть вычислен по следующей формуле:
Eo = E - Eвх = E - (n-1/n)E = E/n (4)
Например , при Е=100 мкв и n=10 , Ео=10 мкв , а Евх=90 мкв. Из формулы (4) видно , что потенциал общей клеммы будет близким нулю лишь при большом числе электродов , равномерно размещенных вокруг области над электрически активным органом.
При двухполюсном отведении оба электрода являются активными (дифферентными). Место расположения каждого электрода весьма сильно влияет на картину регистрируемой разности потенциалов.
Когда электроды расположены на относительно большом расстоянии от электрически активного органа и расстояние между электродами мало, разность потенциалов между ними практически будет равна нулю, так как изменения потенциалов будут приходить под электроды с одинаковыми амплитудами и фазами.
Примеры регистрации разностей потенциалов, проведенные на модели и иллюстрирующие особенности однополюсного и двухполюсного отведений, были осуществлены Д. И. Меницким (1959).
Детальный анализ позволяет установить расположение полюсов электрически активного органа, а также в какой-то мере судить о месте его локализации.
2.3. Электрическое сопротивление живых тканей.
Электрическое сопротивление тканей играет существенную роль при регистрации биоэлектрических процессов. В некоторых случаях большое междуэлектродное сопротивление может оказаться причиной, искажающей истинный вид исследуемой биоэлектрической активности.
Измерение междуэлектродного сопротивления с помощью внешнего физического генератора электрических синусоидальных колебаний и установление зависимости его величины от различных факторов (сила тока, его частота и др.) нетрудно осуществить для амплитуд тока, составляющих десяток микроампер и больше. Определение величины междуэлектродного сопротивления для токов помех, создаваемых электрическим полем сети переменного тока и составляющих доли микроампера, представляет некоторые трудности.
Измерение же сопротивления междуэлектродной цепи для биотоков прямым путем невозможно, так как нет способа произвольно плавно менять величину амплитуды биотоков и их частоту. Приходится задачу решать следующим способом: а) установить основные закономерности изменения междуэлектродного сопротивления от различных факторов с помощью физического генератора,б) проверить эти закономерности для частных случаев с помощью биотоков. в) перенести все закономерности, выведенные с помощью физического генератора, на зависимость междуэлектродного сопротивления от различных факторов для биотоков.
Такое перенесение закономерностей оказалось возможным, во-первых, потому, что токи физического генератора и биотоки имеют одну и ту же природу, отличаясь только по амплитуде. Во-вторых, оно возможно вследствие того, что закономерности, полученные с помощью физического генератора, были выведены при силе тока, не превышающей порога ощущения, т. е. не сильно изменяющей функциональное состояние тканей. Электрическое сопротивление живых тканей определяется в первую очередь сопротивлением входящих в нее жидкостей, слабо проводящих электрический ток, поэтому прежде чем говорить о сопротивлении живых тканей, необходимо кратко остановиться на сопротивлении электролитов.
Если в электролит поместить электроды и присоединить их к источнику постоянного тока, то ионы, находящиеся ранее в беспорядочном молекулярном движении, как известно, начнут свое организованное движение между электродами, т. е. появится ток через электролит. При подключении источника тока к электродам движение ионов начинается сразу же в объеме междуэлектродного пространства, но скорость движения самих ионов невелика и зависит от природы ионов, температуры раствора, а также от приложенной к электродам разности потенциалов.
Во время протекания электрического тока через электролит ионы из раствора выделяются на электродах. Эта убыль конов пополняется за счет выделения новых ионов при распаде молекул, имеющихся в растворе. Такое явление наблюдается тогда, когда используется неполяризующаяся пара электрод - электролит.
В этом случае сопротивление электролита остается неизмененным во времени и если увеличить силу тока, протекающую через электролит, увеличивая приложенное к электродам напряжение, то сопротивление электролита останется неизменным.
Для неполяризующейся пары электрическое сопротивление электролита может быть определено по формуле:
R = r l/S
где r - удельное сопротивление электролита, 1 - расстояние между электродами и S - площадь электрода.
Если же электроды-электролит составляют поляризующуюся пару, убыль ионов не пополняется и ток текущий через электролит, постепенно ослабевает, а затем прекращается.
Это происходит вследствие того, что во время протекания электрического тока через электролит около электродов или же на их поверхности возникают физико-химические явления, изменяющие сопротивление электролита за счет выделения пузырьков газа на поверхности электродов, а также вызывающие образование на электродах разности потенциалов, обратной по знаку напряжению, приложенному к ним. Эти явления носят название электрической поляризации, а вызванная ею электродвижущая сила - ЭДС поляризации.