Биомагнитные измерения - Кнеппо П.
ISBN 5-283-00557-7
Скачать (прямая ссылка):
получения сигнала, пропорционального магнитному полю и осевому току
аксона, необходимо подвергнуть сигнал на выходе тороидальной катушки
дополнительной обработке. Измерив магнитное поле при помощи
вышеописанного датчика с тороидальной катушкой, можно найти не только
осевой внутриклеточный ток, но н трансмембранный потенциал. Для этого
разработаны специальные математические модели, описывающие
электромагнитное поле возбуждающейся нервной клетки [57, 166, 183]. Эти
модели подробно рассмотрены в гл. 3. Исследование электрической
активности нервных волокон [56, 198], отдельных аксонов [73, с. 78; 159,
с. 512; 160, с.З], а также волокон проводниковой системы сердца [159, с.
368] при помощи магнитометрии обладает определенными преимуществами по
сравнению с общепринятыми методами, основанными иа непосредственном
измерении трансмембранного потенциала. В частности, этот .метод не
требует повреждения мембраны, которое неизбежно при обычном использовании
внутриклеточных микроэлектродов, и позволяет непосредственно определять
значение внутриклеточного осевого тока. Примеры экспериментальных
записей, полученных при помощи магнитного датчика с тороидальной
катушкой, показаны на рис. 2 42.
Описанный метод открывает также возможности диагностической оценки
состояния нерва при операциях, связанных с восстановлением
138
Рис, 2.42. Регистрация внутриклеточного осевого тока (тока действия) при
помощи магнитного датчика с тороидальной катушкой, схема которого
представлена на рис. 2.41:
а - осредненный импульс тока действия седалищного нерва лягушки [160, с.
3]; б - осредненные импульсы тока действия пучка волокон Пуркинье Iz и
электрического потенциала, измеренного, внеклеточными электродами, Ve
[159, с. 368]
поврежденных нервов (рис. 2.43). Для таких приложений предназначен
вариант датчика с разъемной тороидальной катушкой, которую можно надевать
на нервное волокно, не нарушая его непрерывность, в любом месте, где
необходимо проконтролировать проведение, нервного импульса.
Магнитомиограмма. Коэн и Гивлер впервые экспериментально показали при
помощи сквид-магнитометра, что скелетная мышца создает магнитное поле как
постоянное, так и импульсное, которое вблизи поверхности тела (у локтя)
может достигать 20 пТл [85].
Скелетные мышцы, как и миокард, относятся к типу поперечнополосатых и
состоят нз волокон (клеток), на которых оканчиваются разветвления
соответствующего нерва, управляющего состоянием мышцы. В каждой
двигательной единице, т.е. совокупности мышечных волокон и иннервирующих
их разветвлений аксона определенного двигательного нейрона, мышечные
волокна сокращаются почти одновременно под влиянием приходящих по аксону
импульсов возбуждения. Механизм генерации и распространения импульса
электрического возбуждения в мышечном волокне очень близок к механизму
электрического возбуждения нерва (особенно это относится к так называемым
быстрым мышечным волокнам). В частности, каждый импульс начинается с
локальной деполяризации клеточной мембраны, в результате которой
развивается потенциал действия. При этом возникают клеточные генераторы и
соответствующее электромагнитное поле в окружающем мышцу пространстве.
Плавное сокращение мышцы фактичес-
139
Рис. 2.43. Определение во время операции протяженности поврежденного
участка периферического нерва при помощи магнитного датчика с разъемной
тороидальной катушкой [160, с. 3]:
1 - электрический стимулятор; 2 - электронное устройство управления
магнитным датчиком; 3 - усилитель магнитного датчика; 4 - нерв,
погруженный в физиологический раствор; 5 -тороидальная'катушка датчика,
надетая на нерв при помощи специальной защелки; б - импульс возбуждения
нерва
ки является результатом суммации действий многих двигательных единиц. Эти
действия слагаются из последовательности быстрых кратковременных толчков,
порождаемых импульсами возбуждения.
Электрические потенциалы, записанные с поверхности тела вблизи
сокращающейся мышцы, называют поверхностной электромиограм-мой (ЭМГ).
Поскольку в процесс мышечного сокращения вовлекается одновременно большое
число мышечных волокон и пучков, ЭМГ имеет довольно сложную форму и
состоит из нерегулярной последовательности импульсов, спектр которой
лежит в диапазоне от 10 до нескольких тысяч герц [16, 34].
Аналогичный вид имеет запись магнитного поля мышцы, или магни-томиограмма
(ММГ). Было отмечено, что форма спектра ММГ зависит от типа исследуемой
мышцы. Например, при измерении в области локтя спектр ММГ имеет максимум
вблизи частоты 40 Гц, а при измерении в области ладони - максимум вблизи
частоты 80 Гц.
Типичная запись ММГ от передней большеберцовой мышцы показана на рис.
2.44, а. Для оценки формы отдельного импульса применяли метод осреднения,
предусматривающий суммирование последовательных импульсов, превышающих
заданный уровень амплитуды (предполагается, что эти импульсы идентичны по
форме) [159, с. 642]. На осредненной записи, приведенной на рис. 2.44, б,
