Twoja wyszukiwarka

KLARA SZATKIEWICZ
POD PRĄDEM
Wiedza i Życie nr 8/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 8/1998

BEZ SPRAWNEGO PRZEKAZYWANIA SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH ŻADEN ŻYWY ORGANIZM NIE MÓGŁBY PRAWIDŁOWO DZIAŁAĆ. NIC WIĘC DZIWNEGO, ŻE BIOPRĄDY SĄ CENNYM ŹRÓDŁEM INFORMACJI O ZDROWIU I CHOROBIE.

Fot. Bartek Zaranek

Sygnały bioelektryczne spełniają w organizmie zarówno funkcje informacyjne, jak i koordynacyjne. Dzięki nim ośrodkowy układ nerwowy koordynuje i synchronizuje pracę innych układów, zapewniając sprawne działanie całego ciała. Właśnie dlatego są one jednym z najczulszych wskaźników stanu fizjologicznego organizmu. Wydobycie odpowiedniego sygnału elektrycznego z wnętrza ludzkiego ciała, a następnie jego jednoznaczna interpretacja - to dwa problemy, które trzeba było rozwiązać, żeby bioprądy mogły stać się podstawą rzetelnej metody diagnostycznej. Choć do celów diagnostycznych można wykorzystać czynność elektryczną mięśni gładkich narządów wewnętrznych, takich jak pęcherz moczowy, żołądek, jelita, macica, a także język, gałka oczna czy krtań, to jednak największe znaczenie praktyczne mają potencjały odbierane z mięśni szkieletowych, serca, mózgu.

Idea wszystkich pomiarów wydaje się prosta - trzeba w odpowiednim miejscu przyłożyć elektrody pomiarowe, a następnie zmierzyć napięcie między nimi. Rzeczywistość jest jednak bardziej skomplikowana. Wartość bioprądów jest bardzo mała, trzeba więc sporo wysiłku, żeby ich pomiaru nie zakłóciły sygnały pochodzące z innych niż aktualnie badana części organizmu.

GŁOS SERCA

Elektryczna czynność serca człowieka znana była już w połowie XIX wieku, dopiero jednak kilkadziesiąt lat później udało się tę wiedzę wykorzystać w praktyce. W 1903 roku holenderski fizjolog i histolog Willem Einthoven zbudował elektrokardiograf oparty na galwanometrze strunowym, służącym później do wielu pomiarów związanych z badaniem potencjałów czynnościowych. To właśnie on jest twórcą elektrograficznej teorii odprowadzeń, która określa, gdzie umieścić elektrody - przecież nie leżą one bezpośrednio na badanym obiekcie, czyli sercu, lecz w różnych oddalonych od niego punktach ciała.

Einthoven przykładał elektrody do czterech kończyn pacjenta. Jego następcy zaproponowali sześć elektrod przykładanych do klatki piersiowej na
wysokości odpowiednich żeber. Współczesne aparaty umożliwiają stosowanie różnych systemów, i to badający decyduje, który z nich wybrać. Wartość napięcia w poszczególnych punktach waha się od ułamka do 5 mV, musi więc być odpowiednio wzmocniona i dopiero potem rejestrowana. Powstająca w ten sposób krzywa odzwierciedla przebieg potencjałów czynnościowych mięśnia sercowego. Właśnie dlatego istotny rozwój tej metody diagnostycznej nastąpił pod koniec lat trzydziestych, kiedy to zastosowano wzmacniacz elektroniczny i pisak termiczny zapewniający trwały zapis sygnału.

Kształt krzywej i odległości między charakterystycznymi punktami (patrz ramka Co to znaczy PQRST?) oraz wartość amplitudy załamków pozwalają wnioskować o stanie mięśnia sercowego czy sposobie przewodzenia pobudzeń. EKG ułatwia także interpretację wyników badań serca uzyskanych innymi metodami: hemodynamiczną, izotopową, USG. Na krzywej EKG jak na dłoni widać różnego rodzaju arytmie, uwidacznia się przerost przedsionków lub komór, można ocenić wtórne uszkodzenia serca w wyniku różnych chorób ogólnych, rozpoznać zapalenie mięśnia sercowego, widać też przebyty i świeży zawał. Nie można natomiast na tej podstawie przewidzieć zbliżającego się zawału. Zdarzają się one u osób, które mają piękny, wzorcowy zapis.

Są jednak sposoby, by na podstawie badania EKG uzyskać więcej informacji. Bardzo użytecznym wynalazkiem okazał się EKG Holtera, który umożliwia rejestrację pracy serca przez całą dobę, w różnych życiowych sytuacjach. Jest to ważne dlatego, że stany emocjonalne czy wysiłek zmieniają aktywność elektryczną serca.

Pacjentowi przykleja się w odpowiednich miejscach elektrody; otrzymuje on aparat wielkości małego magnetofonu kasetowego, który musi cały czas nosić przy sobie - i to wszystkie związane z badaniem niedogodności. Po kilkudziesięciu godzinach aparat podłącza się do komputera, który analizuje zapis. Można dzięki temu przeanalizować bardziej skomplikowane zaburzenia rytmu, a także wykryć epizody niedotlenienia pojawiające się w chwilach większego wysiłku, które nie dają o sobie znać bólem w klatce piersiowej. Dokładniejszą analizę wpływu zwiększonego obciążenia organizmu na wydolność serca uzyskuje się dzięki tzw. wysiłkowemu EKG, ponieważ w testach tego rodzaju wysiłek może być precyzyjnie dawkowany.

Elektrokardiografia jest bardzo użytecznym badaniem, a ponieważ jest też badaniem bezpiecznym, całkowicie nieinwazyjnym, więc zyskała sobie olbrzymią popularność. Elektrokardiograf jest w każdej przychodni, na sali operacyjnej, w karetce pogotowia, a coraz częściej także w podręcznej torbie lekarza. Ostatnio pojawiło się jeszcze jedno udogodnienie, które z pewnością zwiększy liczbę wykonywanych badań. EKG można wykonać przez telefon, co jest szczególnie ważne dla osób bardzo ciężko chorych. Zapewnia im nie tylko możliwość natychmiastowego badania, gdy tego potrzebują, ale także znacznie zwiększa poczucie bezpieczeństwa.

BYĆ NA FALI

Prądy bioelektryczne w mózgu zwierzęcym wykrył Anglik Caton w 1875 roku, ale historia elektroencefalografii rozpoczęła się ponad pół wieku później, w 1929 roku, kiedy to Hans Berger zarejestrował za pomocą - jakże by inaczej - galwanometru strunowego Einthovena elektroencefalogram ludzki. To nie Berger jednak, lecz baron Edgar Adrian, laureat Nagrody Nobla z 1932 roku, często uchodzi za ojca tej metody, ponieważ przyczynił się do zrozumienia mechanizmów rozchodzenia się impulsów elektrycznych w mózgu. Seryjną produkcję aparatów do elektroencefalografii wprowadzono na początku lat czterdziestych w Anglii, ojczyźnie barona Adriana.

Elektromiografia. Przy lekkim skurczu mięśnia uzyskuje się zapis z pojedynczej jednostki ruchowej, przy maksymalnej sile skurczu pojawia się tzw. zapis interferencyjny, w którym nie można odróżnić pojedynczych potencjałów

Badanie EEG rozpoczyna się od umieszczenia na głowie pacjenta 20 elektrod pomiarowych. Podczas operacji można je umieścić bezpośrednio na powierzchni kory mózgowej lub nawet wprowadzić w głąb mózgu. Wzmacniając odbierane sygnały około miliona razy, rejestruje się różnice potencjałów między każdą parą elektrod. Każda konfiguracja elektrod ma swoje znaczenie i przydatność diagnostyczną. Wynik badania uzyskuje się w postaci fal o różnej częstotliwości wyładowań i różnych amplitudach, a każdy rodzaj fali świadczy o innej aktywności kory mózgowej.

U dorosłego człowieka przy całkowitym odprężeniu dominują fale alfa o częstotliwości 8-13 Hz i napięciu 50-150 ľV, które zanikają na przykład wtedy, gdy otwiera się oczy. Fale beta występują u ludzi aktywnych, pobudzonych i najwyraźniej są odbierane z okolic czołowo-środkowych. Charakteryzują się częstotliwością 14-24 Hz i potencjałami 10-16 ľV. Fale theta o częstotliwości 4-7 Hz i amplitudzie 50-100 ľV często świadczą o tym, że w mózgu dzieje się coś złego. Wreszcie fale delta - ich parametry to 0.5-3 Hz i 100-200 ľV - występują podczas snu. Ich obecność u dorosłego człowieka w stanie czuwania zawsze świadczy o procesie patologicznym, podobnie jak występowanie potencjałów szczytowych, charakteryzujących się szybkim narastaniem i spadkiem napięcia.

Do uzyskania rzetelnego wyniku badania konieczna jest długa - dwudziesto-, trzydziestominutowa - rejestracja. Zdarza się, że zapis spoczynkowy nie ujawnia żadnych nieprawidłowości, natomiast odchylenia od normy pojawiają się dopiero wtedy, gdy zastosuje się tzw. metody aktywacji, na przykład kilkuminutową hiperwentylację, czyli szybkie i głębokie oddechy, lub powtarzające się bodźce świetlne. Pomocny bywa również zapis wykonany podczas snu.

Elektroencefalografia ma oczywiście ogromne znaczenie w diagnostyce neurologicznej. Bardzo przydatna jest w diagnozowaniu padaczki, szczególnie wtedy, gdy występują tzw. małe napady padaczkowe, które bardzo łatwo przeoczyć. Można dzięki niej wykryć także zmiany ogniskowe o różnym pochodzeniu, na przykład guzy nowotworowe, krwiaki, urazy, obszary niedotlenienia. Pomaga też przy zatruciach oraz chorobach degeneracyjnych. Jest wreszcie nieodzowna, gdy trzeba stwierdzić śmierć mózgową, równoznaczną ze zgonem człowieka. Bywa że wszystkie narządy wewnętrzne działają jeszcze sprawnie i tylko płaski zapis EEG świadczy, że człowiek przekroczył granicę między życiem i śmiercią.

ZACZĘŁO SIĘ OD ŻABY

Pewnego burzowego dnia 1791 roku dwaj wybitni uczeni tamtych czasów, Luigi Galvani i Alessandro Volta, zaobserwowali skurcze w mięśniach żaby przyczepionej miedzianym drutem do żelaznej balustrady. Posprzeczali się, bo każdy z nich inaczej chciał zinterpretować to zjawisko, a późniejsze eksperymenty rozstrzygnęły spór na korzyść tego pierwszego.

Zapis elektroencefalograficzny to kombinacja czterech rodzajów fal

Mięsień kurczy się, gdy jest drażniony elektrycznie, a podczas skurczu powstaje w nim prąd - oto konstatacja Galvaniego, która stała się podstawą rozwoju elektrofizjologii, zajmującej się badaniem narządów i tkanek na podstawie analizy czynności bioelektrycznej. Pierwszym praktycznym zastosowaniem tej nowej dziedziny była omówiona już elektrokardiografia, ale zaraz potem, bo w roku 1907, wykonano pierwsze badanie elektromiograficzne, czyli rejestrację czynności elektrycznej mięśni.

Podczas badania stosuje się albo elektrody powierzchniowe, które umieszcza się na skórze nad mięśniem, albo elektrody igłowe, które wkłuwa się w mięsień. Można też - ale to robi się rzadko - wkłuć się w pojedyncze włókno, czyli komórkę mięśniową. U osób zdrowych, pozostających w spoczynku, aparatura rejestruje ciszę elektryczną, co oznacza, że nie występują żadne zjawiska elektryczne. Wystarczy jednak lekki skurcz, żeby odebrać tzw. potencjał jednostki ruchowej.

Ta uczona nazwa oznacza kompleks składający się z neuronów ruchowych w rdzeniu kręgowym, ich długich wypustek zwanych aksonami oraz włókien mięśniowych, nietrudno więc zgadnąć, iż w zależności od rodzaju rejestrowanych potencjałów można dociec, jak działają poszczególne elementy tego układu. W miarę zwiększania siły skurczu pojawia się coraz więcej potencjałów z różnych jednostek ruchowych. Przy maksymalnym wysiłku powstaje tzw. zapis interferencyjny, w którym nie można już rozróżnić pojedynczych potencjałów.

Lekarz przeprowadzający badanie najpierw musi wytypować właściwe mięśnie do zdiagnozowania obserwowanych nieprawidłowości, musi też ustalić, jaka jest maksymalna siła skurczu dla konkretnej osoby. Dopiero potem rozpoczyna właściwe badanie, w trakcie którego wkłuwa elektrody w różne punkty mięśnia, a jest ich co najmniej 20-30. Wiele jest też parametrów, na które musi zwracać uwagę. Obserwuje więc aktywność elektryczną w trakcie spoczynku, sposób narastania liczby potencjałów w miarę zwiększania się wysiłku, przy jakim wysiłku pojawia się zapis interferencyjny, wreszcie charakterystykę impulsu - jego kształt, czas trwania, amplitudę, częstotliwość wyładowań. Może ponadto zbadać szybkość rozchodzenia się impulsów w nerwach, ale żeby to zrobić, trzeba zarejestrować potencjały pojawiające się w wyniku elektrycznej stymulacji odpowiedniego nerwu.

Elektromiografię (EMG) w codziennej pracy wykorzystują lekarze ortopedzi, reumatolodzy, rehabilitanci, najważniejszy jednak polem zastosowań tej metody diagnostycznej są choroby nerwowo-mięśniowe, takie jak miotonie, miopatie czy dystrofie. Można nawet powiedzieć, że EMG jest wtedy podstawowym badaniem. Pozwala zbadać stan unerwienia mięśnia, dostarcza dowodów odnerwienia, potrafi wychwycić procesy związane z odbudowywaniem uszkodzonego unerwienia, wskazuje na stopień uszkodzenia mięśnia i nerwu. Generalnie można powiedzieć, że badanie daje odpowiedź na pytanie, czy obserwowane objawy chorobowe wynikają z uszkodzenia w ośrodkowym układzie nerwowym, uszkodzenia nerwów obwodowych czy też samego mięśnia. A to jest dobrą podstawą do podjęcia decyzji co do rodzaju leczenia.

Mimo tak dużych możliwości EMG, czasem nie udaje się na jej podstawie postawić trafnej diagnozy. Nie uzyska się bowiem wiarygodnego wyniku bez dobrej współpracy pacjenta, od którego zależy precyzyjne "dawkowanie" siły skurczu. Właśnie dlatego elektromiografia zwykle zawodzi w przypadku małych dzieci.

Mgr inż. KLARA SZATKIEWICZ jest doktorantką Politechniki Warszawskiej. Specjalizuje się w konstrukcji aparatury medycznej.