ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

С позиций современных представлений о биоэлектрических явлениях ясно, что все процессы жизнедеятельности неразрывно связаны с различными формами биоэлектрических явлений. В частности, биоэлектрические явления обусловливают возникновение возбуждения и его проведение по нервным волокнам, являются причиной процессов сокращения мышечных волокон скелетных, гладких и сердечных мышц, выделительной функции железистых клеток и т. д. Биоэлектрические явления лежат в основе процессов всасывания в желудочно-кишечном тракте, в основе восприятия вкуса, запаха, в основе деятельности всех анализаторов и т. д. Нет физиологического процесса в живом организме, который в той или иной форме не был бы связан с биоэлектрическими явлениями.

Для облегчения понимания сущности биоэлектрических явлений любой живой организм можно представить в виде сложной смеси жидкостей и различных химических соединений. Многие из этих соединений (и поступающие в организм в виде пищи, и выделенные из него в процессе обмена веществ, и промежуточные вещества, образующиеся при обмене веществ) находятся в виде положительно или отрицательно заряженных частиц — ионов. Перераспределение этих ионов и их транспорт, постоянно имеющие место в процессе жизнедеятельности,— вот причина возникновения биоэлектрических явлений. На практике все биоэлектрические явления определяют через разность электрических потенциалов между двумя точками живой ткани, которая может быть зарегистрирована специальными электрическими приборами — гальванометрами. С помощью микроэлектродов, например, можно измерить разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами оболочки (мембраны) клетки. Эту разность потенциалов называют потенциалом покоя, или мембранным потенциалом. Наличие его обусловлено неравномерным распределением ионов (в первую очередь ионов натрия и калия) между внутренним содержимым клетки (ее цитоплазмой) и окружающей клетку средой. Величина мембранного потенциала различна.

Возникновением различных форм биоэлектрической активности сопровождается любой акт жизнедеятельности (мышечное сокращение, работа головного мозга, деятельность сердца и т. д.). Регистрация их с помощью специальной аппаратуры расширяет наши возможности в изучении возникновения многих болезней, позволяет диагностировать их. При помощи записи и анализа суммарной электрической активности головного мозга проводят диагностику некоторых нервных и психических заболеваний. На основе изучения электрической активности сердца определяют многие болезни сердечно-сосудистой системы и т. д. На основе биоэлектрических явлений, протекающих в мышцах, созданы биоэлектрические протезы верхних и нижних конечностей.

Магнитные проявления биологической активности свойственны многим органам живых организмов. Установлено, что постоянные или колеблющиеся с периодом в несколько минут магнитные поля характерны для желудка человека, причем вид сигнала явно определяется функциональным состоянием желудка. Сигналы различны до и после приема пищи, изменяются при приеме воды (натощак) или лекарства.

Известно, что глаз — источник довольно сильного электрического поля, так как работа сетчатки сопровождается возникновением потенциала до 0,01 В между передней и задней ее поверхностями. Это вызывает в окружающих тканях электрический ток, магнитное поле которого можно регистрировать в виде магнитоокулограммы (МОГ) при движении глаз и в виде магниторетинограммы (МРГ) при изменении освещенности сетчатки. Наблюдение и изучение магнитных полон глаза представляют собой интересную самостоятельную задачу. Вместе с тем оказалось, что индукция магнитного поля глаз существенно выше, чем магнитного поля мозг. Поэтому конфигурацию и другие характеристики этих полей необходимо знать, приступая к магнитографическим исследованиям мозга, особенно при изучении зрительного восприятия.

При работе мозга, основы которой пока еще во многом загадочны, возникают как электрические так и магнитные поля. Наиболее сильные сигналы порождаются спонтанной ритмической активностью мозга. С помощью энцефалографии проведена классификация этих ритмов и установлено соответствие между ними и функциональным состоянием мозга (бодрствованием, разными фазами сна) или патологическими проявлениями (например, эпилептическим припадком).

Исследования показали, что электро- и магнитоэнце-фалограммы (ЭЭГ и МЭГ) могут сильно отличаться: некоторые ритмы проявляются лишь в электрических исследованиях, а некоторые — только в магнитных. В кардиографии же сигналы ЭКГ и МКГ очень похожи. Поэтому применение сквид-магнитометров особенно перспективно при исследовании мозга. С их помощью уже получено много важных результатов.

Однако различие в ЭЭГ и МЭГ отнюдь не обязательно. Так, в альфа-ритме, т.е. колебаниях с частотой 8—12Гц, характерном для бодрствующего человека с закрытыми глазами в спокойном состоянии, магнитные и электрические поля появляются, причем их амплитуды пропорциональны, т.е. субъект с большим электрическим сигналом альфа-ритма вырабатывает и больший магнитный сигнал. Правда, подобная четкая связь отсутствовала у пациентов с нарушениями ритмической активности.

Исторически принято выделять четыре основных типа ритмических синусоидальных волн ЭЭГ – альфа, бета, дельта и тета (есть и другие).

Альфа, или волны Бергера (8–12 Гц) характерны для расслабленного состояния и состояния бдительного внимания. Наблюдается начиная с двухлетнего возраста. Альфа-ритмы легче фиксировать при закрытых глазах, поскольку при сонливости и открытых глазах они слабеют. Четче всего альфа-ритм наблюдается на затылочной коре.

Бета (выше 12 Гц) – низкоамплитудные волны на нескольких изменяющихся частотах часто связывают с активным мышлением и концентрацией. Ритмическая бета-волна с одним доминирующим набором частот встречается у людей с различными патологиями и под воздействием наркотиков.

Гамма (26–80 Гц) задействованы при высшей нервной деятельности, включая восприятие, решение задач, чувство страха и самоанализ.

Дельта (до 4 Гц) часто ассоциируется с начальными стадиями энцефалопатии и связанными с ней поражениями. Они также наблюдаются в глубоких стадиях сна.

Сенсомоторный ритм (12–16 Гц) связан с физическим покоем и ощущением собственного тела.

Тета (4–8 Гц) характерны для детей и подростков, а также для взрослых в состоянии дремоты. Волны этой частоты иногда вызываются гипервентиляцией. Тета-волны наблюдаются во время измененных состояний сознания (транс, гипноз, глубокий дневной сон, полудрема, переходные состояния перед пробуждением и перед засыпанием).