Учебное пособие рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Биотехнические и медицинские аппараты и системы»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ. ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ) С.В. ЛЕБЕДЕВ ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ. ( МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕРДЦА, ЧАСТЬ 1) УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» МОСКВА 2005 В В Е Д Е Н И Е Учебное пособие посвящено вопросам математического моделирования биоэлектрических процессов в сердце и их проявления в виде электромагнитного поля. Математическое моделирование является неотъемлемой частью современной электрокардиологии и в какой-то степени альтернативой процедуре обычных кардиологических обследований. Математическое моделирование позволяет с определенной точностью построить модель сердца как некоторого электромагнитного генератора, параметры которого локализованы в пространстве ( теле пациента ) и меняются во времени при работе сердца. Такой подход может быть полезен при диагностировании целого ряда сердечно-сосудистых заболеваний, таких, например, как локальные патологические изменения миокарда. Пособие состоит из двух частей, В первой части рассмотрены вопросы моделирования на уровне отдельной клетки и части сердца – миокарда. Во второй части сердне рассматривается как целое и генератор миокарда рассматривается на уровне целого сердца, моделируется сердце и грудная клетка. Для иллюстрации возможности конкретного применения рассмотренных моделей для целей медицинской диагностики рассмотрена дипольная электрокардиотопография, описаны алгоритмы картрирования в методе ДЭКАРТО и описан компьтерный комплекс программ реализации этого метода. ГЛАВА 1 БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ. 1.1 МЕМБРАННАЯ ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ. В основе возникновения электрических явлений в сердце лежит проникновение ионов калия (К+), натрия (Ca2+), хлора (CL-) и других через мембрану мышечной клетки. В электрохимическом отношении клеточная мембрана представляет собой оболочку с разной проницаемостью для различных ионов. Она как бы разделяет два раствора элек­тролитов, существенно отличающихся по своему составу. Внутри клетки, находящейся в невозбужденном состоянии, концентрация К+ в 30 раз выше, чем во внеклеточной жидкости. Наоборот, во внеклеточной среде примерно в 20 раз выше концентрация Na+, в 13 раз выше концентрация Cl- и в 25 раз выше концентрация Са2+ по сравне­нию с внутриклеточной средой. Такие высокие концентрации ионов по обе стороны клеточной мембраны поддерживаются благодаря функционированию ионных насосов, с помощью которых ионы Na, Ca и Cl выводятся из клетки, а ионы К входят внутрь клетки. Этот процесс осуществляется против концентрационных градиентов этих ионов и требует затраты энергии. В невозбужденной клетке мембрана более проницаема для K+ и Cl-. Поэтому ионы К в силу концентрационного градиента стремятся выйти из клетки, перенося свой поло­жительный заряд во внеклеточную среду. Ионы Cl, наоборот, входят внутрь клетки, увеличивая тем самым отрицательный заряд внутриклеточной жидкости. Это переме­щение ионов и приводит к поляризации клеточной мембраны невозбужденной клетки: наружная ее поверхность становится положительной, а внутренняя – отрицательной. Возникающая таким образом на мембране разность потенциалов препятствует даль­нейшему перемещению ионов ( К - из клетки и Cl - в клетку), и наступает стабильное состояние поляризации мембраны клеток сократительного миокарда в период диа­столы. Если мы теперь с помощью микроэлектродов измерим разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны, то зарегистрируем так называемый трансмембранный потенциал покоя (ТМПП), имеющий отрицательную величину, в норме составляющую около –90 mV (рис 1.1 ). Рис. 1.1. Поляризация клеточной мембраны невозбужденной клетки а - соотношение концентраций ионов Na+, K+,Cl-,Ca2+ внутри клетки и во внеклеточной жидкости; б - перемещение ионов K+ и Cl- вследствие концентрационного градиента; в - регистрация трансмембранного потенциала покоя. При возбуждении клетки резко изменяется проницаемость ее стенки по отношению к ионам различных типов. Это приводит к изменению ионных потоков через клеточную мембрану и, следовательно, к изменению величины самого ТМПП. Кривая изменения трансмембранного потенциала во время возбуждения получила название трансмем­бранного потенциала действия (ТМПД). Различают несколько фаз ТМПД миокарди­альной клетки ( рис.1.2 ). Рис. 1.2. Трансмембранный потенциал действия (ТМПД). Объяснение в тексте. АРП и ОРП – абсолютный и относительный рефрактерные периоды. Фаза 0. Во время этой начальной фазы возбуждения- фазы деполяризации- резко увеличивается проницаемость мембраны клетки для ионов Na, которые быстро устремляются внутрь клетки (быстрый натриевый ток), При этом, естественно, меняется заряд мембраны: внутренняя поверхность мембраны становится теперь положительной, а наружная- отрицательной. Величина ТМПД изменяется от –90mV до +20mV, т.е. происходит реверсия- перезарядка мембраны. Продолжитель­ность этой фазы не превышает 10 мс. Фаза 1. Как только величина ТМПД достигнет примерно +20mV, проницаемость мембраны для Na+ уменьшается, а для Cl- -увеличивается. Это приводит к воз­никновению небольшого тока отрицательных ионов Cl внутрь клетки, которые частично нейтрализуют избыток положительных ионов Na внутри клетки, что ведет к некоторому падению ТМПД примерно до 0 или ниже. Эта фаза носит название начальной быстрой реполяризации. Фаза 2. В течение этой фазы величина ТМПД поддерживается примерно на одном уровне, что приводит к формированию на кривой ТМПД своеобразного плато. Постоянный уровень величины ТМПД поддерживается при этом за счет медленного входящего тока Са+ и Na+, направленного внутрь клетки и тока К+ из клетки. Продолжительность этой фазы велика и составляет около 200 мс. В тече­ние фазы 2 мышечная клетка остается в возбужденном состоянии, начало ее характеризуется деполяризацией, окончание- реполяризацией мембраны. Фаза 3. К началу фазы 3 резко уменьшается проницаемость клеточной мембраны для Na+ и Са+ и значительно возрастает проницаемость ее для К+. Поэтому вновь начинает преобладать перемещение ионов К наружу из клетки, что приводит к восстановлению прежней поляризации клеточной мембраны, имевшей место в состоянии покоя: наружная ее поверхность вновь оказывается заряженной положительно, а внутренняя поверхность- отрицательно. ТМПД достигает величины ТМПП. Эта фаза носит название фазы конечной быстрой реполяризации. Фаза 4. Во время этой фазы ТМПД, называемой фазой диастолы, происходит восстановление исходной концентрации К+, Na+, Ca2+,Cl- соответственно внутри и вне клетки благодаря действию «Na+ - K+ -насоса». При этом уровень ТМПД мышечных клеток остается на уровне примерно -90 mV. Клетки проводящей системы сердца и клетки синусового узла обладают способностью к спонтанному медленному увеличению ТМПП – уменьшению отрицательного заряда внутренней поверхности мембраны во время фазы 4. Этот процесс получил название спонтанной диастолической деполяризации и лежит в основе автоматической активности клеток синоатриального (синусового) узла и проводящей системы сердца, т.е. способности к «самопроизвольному» зарождению в них электрического импульса.

Похожие:

	Учебное пособие Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по гуманитарным специальностям университет Г17 Введение в психологию: Учебное пособие для вузов. М.: «Книжный дом «Университет», 1999. 332 с		Методические указания по дипломному проектированию и преддипломной практике по специальности 200401 «биотехнические и медицинские аппараты и системы» Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 200401 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы»....
	Дмитриев А. В. Конфликтология: Учебное пособие Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений		Учебное пособие для вузов Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений
	Яковлев Е. Г. Я47 Эстетика: Учебное пособие Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений		Информационная безопасность компьютерных систем и сетей: Учебное пособие / В. Ф. Шаньгин. М.: Ид форум: инфра-м, 2012. 416 с.: ил.; 60x90 1/16 Рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования,...
	Программное обеспечение: Учебное пособие / О. Л. Голицына, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. 3-e изд., перераб и доп. М.: Форум, 2010. 448 с.: ил.; 60x90 1/16 Рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования,...		Лекция Предмет, метод и источники профсоюзного права Рекомендовано Министерством образования РФ в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего профессионального...
	Учебное пособие Г. М. Фрумкин Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области коммерции, маркетинга и рекламы в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 350700 реклама Издание 3-е Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области коммерции, маркетинга и рекламы в качестве учебного пособия...		Философия культуры Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов...