2.3 Виды биоэлектрических отведений

Измерения электрических параметров живых организмов проводят с помощью электродов, соединенных с измерительной схемой. Отведение электрофизиологических сигналов исследуемых биохимических процессов осуществляется в зоне контакта биообъекта с электродом с использованием специального контактного вещества.

Используемые отведения делят на биполярные (двухполюсные), когда оба электрода являются измерительными и разность потенциалов регистрируется между двумя точками поверхности тела, и униполярные (однополярные). При униполярных отведениях один электрод является измерительным, а другой – нулевым (индифферентным). Униполярное отведение позволяет регистрировать биоэлектрическую активность в точке наложения измерительного электрода. Существуют также многоэлектродные отведения, когда в определенных точках биообъекта накладываются две группы электродов, и электроды каждой группы соединяются, образуя две ветви отведения. Реализация каждого вида отведений индивидуальна.

Сложная структура отведений приводит к возникновению методических погрешностей, основными составляющими которых являются:

– падение части сигнала на сопротивлении кожа-электрод;

– искажение электрического поля проводящим материалом электрода и входными токами усилителя биопотенциалов;

– усреднение потенциалов поверхности тела под электродом вследствие его конечных размеров;

– разбаланс суммирующих цепей нулевых электродов с учетом сопротивления кожи и входного сопротивления усилителя;

– неточность наложения электрода в выбранную точку и различие в свойствах токопроводящих жидкостей и крема.

2.4 Биоэлектрические электроды и их характеристики

Биоэлектрическим электродом называется устройство, используемое при съеме биоэлектрических потенциалов, имеющее токосъемную поверхность и выходные элементы. Токосъемная поверхность – это часть поверхности электрода, непосредственно или через контактное вещество контактирующая с биообъектом и обеспечивающая съем биопотенциалов или соединение объекта с нейтральной клеммой. Биоэлектрический электрод имеет также опорную поверхность, которая выполняет опорную функцию при креплении электрода на биообъекте. При помощи электродов происходит преобразование ионных потенциалов в электронные.

Биоэлектрические электроды классифицируются по различным признакам, основными из которых являются:

– особенности участия электродов в съеме биопотенциалов;

– характер исследуемого источника электрического поля;

– место наложения, или введения;

– кратность применения;

– продолжительность контактирования с биообъектом при одном исследовании;

– способ удержания в контакте с поверхностью биообъекта и др.

В зависимости от участия в съеме биопотенциалов различают следующие виды электродов.

Потенциальный – отводящий электрод, контактирующий с участком биообъекта, находящийся в электрическом поле исследуемого органа;

Нулевой – отводящий электрод, контактирующий с участком биообъекта, в котором потенциал электрического поля исследуемого органа, ткани, клетки близок к нулю;

Нейтральный – электрод, не участвующий в съеме биоэлектрических потенциалов, подключенный к нейтральной клемме измерительного прибора.

В зависимости от исследуемого источника биоэлектрического поля и функционального назначения электроды делятся на следующие основные типы:

– электрокардиографические и электроэнцефалографические, накладываемые без нарушений кожных и костных покровов;

– электрокортикографические, которые накладываются на поверхность обнаженной коры головного мозга;

– электромиелографические вводятся в спинной мозг для исследования биопотенциалов спинного мозга;

– электромиографические накладываются на кожный покров или вводятся внутрь мышечной ткани для съема биопотенциалов мышечных волокон;

– электроокулографические накладываются вблизи глазного яблока для съема биопотенциалов, возникающих при движении глазного яблока;

– электроретинографические, накладываемые на сетчатку глаза;

– электрогастрографические, применяемые для исследования биопотенциалов, вызванных электрической активностью желудка;

– электрокохлеографические, используемые для съема биопотенциалов, вызванных активностью структур наружного, среднего и внутреннего уха.

По месту наложения, или введения выделяют кожные, роговичные электроды, электроды для вскрытых органов, полостные электроды для введения в естественные полости организма, внутритканевые электроды и микроэлектроды, токосъемная поверхность которых предназначена для съема электрических потенциалов клетки и ее структур. Первые три вида электродов относятся к поверхностным. Регистрация биопотенциалов с использованием поверхностных электродов может производиться длительно и многократно без каких-либо болезненных ощущений и вредного действия на организм.

Внутриполостные электроды в свою очередь подразделяются в зависимости от места введения в организм.

Типы, размеры и некоторые конструктивные особенности электродов, используемых в различных видах электрофизиологических исследований, определяются стандартами.

Форма поверхностных электродов определяется их целевой функцией, размеры – размерами исследуемого органа или его проекцией на поверхность тела. Так, поверхностные электроды для регистрации ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ изготавливают в виде круглых, овальных, прямоугольных пластин разных размеров. Отведение электрического сигнала осуществляется через разъемное или неразъемное соединение и гибкий многожильный провод.

Внутритканевые электроды подразделяются на игольчатые, стержневые и проволочные. Наиболее распространенными являются игольчатые электроды. Металлические микроэлектроды, предназначенные для съема быстро изменяющихся внутриклеточных биопотенциалов, изготавливаются из тонкой (прямой или завитой в спираль) проволоки. Диаметр рабочей части микроэлектрода составляет 0,05–10 мкм. По всей длине, за исключением рабочего торца, электрод обычно изолируется. Металлические микроэлектроды изготавливаются из материалов, обладающих необходимой твердостью и жесткостью (нержавеющая сталь, платино-иридиевый сплав, вольфрам).

Независимо от типа применяемого электрода стабильность контакта последнего с биообъектом является одним из наиболее существенных факторов, определяющих наличие сигналов помех и частотных искажений биоэлектрических сигналов.

Обеспечение стабильности электрического контакта поверхностных электродов с биообъектом достигается различными приемами:

– фиксацией электродов с помощью присосок, ремней, поясов, жилетов, корсетов, шлемов;

– использованием подпружиненных электродов;

– использованием зубчатых электродов, уменьшающих вероятность соскальзывания;

– использованием электродного контактного вещества.

Электродное контактное вещество должно хорошо смачивать кожу, иметь низкое электрическое сопротивление, не давать сдвигов электрических потенциалов, не менять своих свойств после нанесения на кожу и должно быть безвредным.

Поскольку электрический контакт между металлическим электродом и кожей осуществляется через жидкую фазу, то случайные относительные смещения электрода и кожи не приводят к появлению артефактов движения.