Sygnały bioelektryczne spełniają w organizmie człowieka zarówno funkcje informacyjne, jak i koordynacyjne. Właśnie dlatego są one jednym z najczulszych wskaźników stanu fizjologicznego organizmu. Sumę napięć pochodzących od komórek poszczególnych organów lub części ciała można mierzyć i odpowiednio je interpretując, wykrywać choroby np. pęcherza moczowego, żołądka, macicy, języka, gałki ocznej, krtani, mięśni, a przede wszystkim serca i mózgu.

Stacjonarny układ od badania EKG

EKG zdrowego człowieka

Serce kurczy się pod wpływem bodźców elektrycznych, które powstają w specjalnych komórkach układu przewodzącego serca i rozprzestrzeniają się na mięśnie przedsionków i komór. Elektrokardiogram zwykle nazywany EKG jest to zarejestrowana elektryczna aktywność serca przy pomocy elektrod podłączonych do kończyn i do skóry klatki piersiowej na odpowiedniej wysokości. Takie ustawienie elektrod pozwala zbadać przebieg bodźców elektrycznych przez różne części serca. Mierzone napięcia między elektrodami są bardzo małe, ich wartość waha się od ułamka do 5 miliwoltów, muszą więc być wzmocnione i zarejestrowane.
Prawidłowy wykres napięcia odpowiadający jednemu cyklowi pracy serca posiada sześć charakterystycznych załamków oznaczonych jeszcze przez twórcę elektrokardiografu literami P, Q, R, S, T, U, które powinny występować w określonych odległościach i na odpowiedniej wysokości. Kształt wykresu napięcia, odległości między charakterystycznymi punktami i amplitudy załamków pozwalają wnioskować o stanie mięśnia sercowego. EKG pozwala również określić czas trwania poszczególnych zjawisk w sercu.

Nieprawidłowe EKG

Śledząc przebieg krzywej EKG, lekarz uzyskuje informacje o różnego rodzaju arytmiach, chorobach przedsionków i komór, wykrywa uszkodzenia serca powstałe w wyniku przebytych chorób, np. niewyleżanej grypy, rozpoznaje zapalenie mięśnia sercowego i przebyty zawał. Na podstawie zapisu EKG można również ocenić wielkość komór serca.
W celu uzyskania dokładniejszych informacji stosuje się EKG Holtera. Pacjent otrzymuje na jedną dobę aparat wielkości małego magnetofonu kasetowego połączony z przyklejonymi do ciała w odpowiednich miejscach elektrodami. Komputerowa analiza zapisu pozwala ocenić pracę serca w różnych różnych stanach emocjonalnych i podczas wysiłku.

Aparat EKG dostosowany do przesyłania wyników przez telefon

Obecnie EKG można wykonać nawet przez telefon za pomocą specjalnego przenośnego aparatu cyfrowego. Aparaty te rejestrują i zapamiętują wyniki badań EKG w wewnętrznej pamięci, a następnie mogą być przesyłane do lekarza poprzez telefon komórkowy, sieć stacjonarną analogową (modem lub Internet), lub przez mikrofon dowolnego telefonu analogowego.
Aparaty przenośne mogą spełniać rolę aparatu typu EventHolter. W tym przypadku aparat rejestruje w sposób ciągły pracę serca pacjenta i wpisuje wynik badania do pamięci buforowej aparatu pracującej w pętli. Długość pętli jest programowana przez lekarza stosownie do indywidualnych potrzeb pacjenta (od kilku sekund do 16 minut). W ten sposób pacjent może wykonywać badania w dowolnym czasie np. w ciągu doby co godzinę lub co kilka minut przez kilka kolejnych dób.

---

Stanowisko pomiaru EEG

Badanie elektroencefalograficzne (w skrócie EEG) polega na rejestracji czynnościowych prądów mózgu człowieka, które charakteryzują się niewielkim napięciem (od kilku do kilkuset mikrowoltów). Częstotliwość tych prądów waha się od 0,5 Hz do 50 Hz. Do rejestracji tych niewielkich potencjałów służą aparaty encefalograficzne.
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 czterech 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 μV, 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 μV. Fale theta

Stanowisko pomiaru EEG

o częstotliwości 4-7 Hz i amplitudzie 50-100 μV często świadczą o tym, że w mózgu dzieje się coś złego. Wreszcie fale delta o parametrach 0,5-3 Hz i 100-200 μV, 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 trwająca od 20 do 30 minut 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.
Metoda ta jest bardzo przydatna, między innymi przy wykrywaniu padaczki, guzów nowotworowych, krwiaków, urazów i obszarów niedotlenienia mózgu. Jest też nieodzowna, gdy trzeba stwierdzić śmierć mózgową, równoznaczną ze zgonem człowieka. Zdarza się bowiem, że wszystkie narządy wewnętrzne działają jeszcze sprawnie, a tylko płaski zapis EEG świadczy, że człowiek przekroczył granicę między życiem i śmiercią.

---

Pomiar EMG

Mięsień kurczy się, gdy jest drażniony elektrycznie, a podczas skurczu powstaje w nim prąd. Ten fakt jest podstawą badań elektromiograficznych (w skrócie EMG), czyli rejestrację czynności elektrycznej mięśni. Czynność ta związana jest ze zdolnością przenikania jonów sodu i potasu przez błonę komórki. Wskutek nierównomiernego rozmieszczenia jonów sodu i potasu w obrębie komórki mięśniowej - dochodzi do polaryzacji ładunku elektrycznego wnętrza komórki w stosunku do błony komórkowej. Potencjał polaryzacji, wynoszący w spoczynku około 80 mV, ulega zmianom w zależności od stanu czynnościowego mięśnia.
Podczas badania stosuje się albo elektrody powierzchniowe, które umieszcza się na skórze nad mięśniem, albo elektrody igłowe, które wkłuwa się w mięsień. Można też, co rzadko się wykonuje, wkłuć się w pojedyncze włókno, czyli komórkę mięśniową. U osób zdrowych, pozostających w spoczynku, aparatura rejestruje ciszę elektryczną, co

Na dole zapis z pojedynczej jednostki ruchowej występujący przy lekkim skurczu mięśnia, a u góry tzw. zapis interferencyjny, w którym nie można odróżnić pojedynczych potencjałów, występujący przy maksymalnej sile skurczu

oznacza, że nie występują żadne zjawiska elektryczne. Wystarczy jednak lekki skurcz, żeby odebrać tzw. potencjał jednostki ruchowej. W zależności od rodzaju rejestrowanych potencjałów można dociec, jak działają poszczególne elementy badanego 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 (jest od 20 do 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 w codziennej pracy wykorzystują lekarze ortopedzi, reumatolodzy, rehabilitanci, najważniejszy jednak polem zastosowań tej metody diagnostycznej są choroby nerwowo-mięśniowe. EMG 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.
Opracowano na podstawie artykułu Klary Szatkiewicz Pod prądem, Wiedza i Życie, nr 8/1998

---

SQUID to nadprzewodnikowy interferometr kwantowy. Głównym jego elementem jest pierścień nadprzewodzący z dwoma złączami Josephsona. Złącze Josepsona składa się z dwóch różnych nadprzewodzących metali przedzielonych izolatorem. Warstwy izolatora (złącza) są bardzo cienkie i prąd nadprzewodzący może przez nie przechodzić (tunelować). W pierścieniu następuje zjawisko interferencji fal opisujących ruch nośników prądu. Powstaje różnica faz nakładających się fal, zależna od natężenia prądu tunelowego płynącego przez złącze. Do pierścienia może wnikać pole magnetyczne. Zewnętrzne pole magnetyczne zmienia warunki interferencji fal nośników prądu. Można wtedy obserwować zależność prądu indukowanego w pierścieniu nadprzewodzącym od indukcji przyłożonego pola magnetycznego. Wykorzystuje się to w magnetometrach, które pozwalającą rejestrować pola magnetyczne miliard razy słabsze od pola magnetycznego Ziemi.

Sygnały nerwowe przekazywane są w ludzkim ciele dzięki przepływowi prądów elektrycznych, z którymi związane są otaczające je pola magnetyczne. Badanie tych pól magnetycznych wykorzystuje się w medycynie do diagnozowania mózgu, serca, oka lub mięśni. Magnetyczne przejawy aktywności elektrycznej mierzy się za pomocą urządzeń wykorzystujących niskotemperaturowe czujniki nadprzewodzące, chłodzone ciekłym helem (nazywane w skrócie SQUID od angielskiej nazwy Superconducting QUantum Interference Device). Czujniki takie umieszczane są w przyrządach zlokalizowanych tuż nad badanymi organami.
Metoda badania pola magnetycznego za pomocą takich czujników jest bardzo przydatna między innymi w badaniu czynności elektrycznej serca płodu (magnetokardiografia). Zaletą tej metody jest jej nieinwazyjność i możliwość zbadania elektrycznej czynności serca płodu wówczas, gdy niemożliwe jest odebranie sygnału elektrycznego za pomocą badania elektrokardiograficznego, czyli w okresie od około 22 tygodnia niemal do końca ciąży. Wtedy ciało płodu pokrywa się mazią ochronną o właściwościach izolacyjnych, która uniemożliwia badanie czynności elektrycznej jego serca. Kobieta ciężarna badana jest na specjalnym stole. Nad jej brzuchem umieszcza się urządzenie wykorzystujące SQUID, który przetwarza uzyskany sygnał magnetyczny na sygnał elektryczny, który przedstawia się na ekranie monitora. Przy interpretacji sygnału pochodzącego z serca płodu, należy tylko pamiętać o wyizolowaniu czynników zakłócających ten sygnał: ziemskim polu magnetycznym, szumach radiowych, laboratoryjnych, szumie samego czujnika SQUID oraz sygnale serca matki.
Naukowcy pracują obecnie nad zminimalizowaniem wielkości przyrządów służących do badania pola magnetycznego na potrzeby kliniczne oraz nad opracowaniem lepszych algorytmów przetwarzania sygnałów.
Opracowano na podstawie wykładu Marii Łozińskiej z Wydziału Mechantroniki Politechniki Warszawskiej podczas III Ogólnopolskiego Dnia Nauki.

---

W ludzkim organizmie znajdują się pierwiastki będące paramagnetykami, które nieznacznie wzmacniają pole magnetyczne (chrom, mangan, molibden, tytan, wanad) oraz ferromagnetykami, czyli substancjami silnie wzmacniającymi pole magnetyczne (żelazo, kobalt, nikiel). Na ogół nie występują one jednak w stanie namagnesowania ponieważ jest to uzależnione od tego jakiego związku są składnikiem. Dlatego też w odróżnieniu od pola elektrycznego nawet silne pole magnetyczne wywiera jedynie subtelny, trudny do obserwacji efekt w stosunku do żywych tkanek. Dodatkowo wpływ różnych bodźców na organizm jest cechą osobniczą i każdy organizm może reagować na nie odmiennie.
Prowadzi sie jednak intensywne badania wpływu zwłaszcza zmiennego pola magnetycznego na poszczególne tkanki człowieka. Mimo tych trudności ustalono pozytywny wpływ pola magnetycznego w wielu sytuacjach. Leczenie i terapię z wykorzystaniem pola magnetycznego nazwano magnetoterapią.

Stanowisko do magnetoterapii

Pole magnetyczne pobudza oddychanie komórkowe, jak również pozytywnie wpływa na proces regeneracji tkanek. Badania pokazują, że zmienne pole magnetyczne powoduje przyspieszenie syntezy DNA.
Oddziaływanie pola magnetycznego pobudza dyfuzję, co więcej, tlen jest szybciej wychwytywany przez hemoglobinę oraz cytochromy (składniki łańcucha oddechowego), co skutkuje wzrostem utylizacji tlenu oraz oddychania tlenowego w narządach, które zostały poddane działaniu zmiennego pola magnetycznego.
Pole powoduje także zwiększenie oddychania beztlenowego w płatach skórnych jak również hamuje utlenianie lipidów, które są składnikami błon komórkowych. Skutkuje to uniknięciem destabilizacji błon komórkowych oraz zahamowaniem enzymów oddechowych, co powoduje polepszenie (zwiększenie) procesu regeneracji tkanek. Badacze udowodnili także wpływ bezpośredni pola magnetycznego na intensyfikację procesu regeneracji tkanek w organizmie.
Zmienne pole magnetyczne oddziałuje także na kości. Zaobserwowano przyspieszenie powstawania zgrubienia kości, jak również zrostu kostnego po złamaniu. Pomaga w tworzeniu prawidłowych zrostów kostnych (przy stawach rzekomych).
Obserwuje się wpływ pola magnetycznego na układ nerwowy. Jest on związany ze zwiększaniem oporności wejściowej jak i obniżeniu częstotliwości aktywacji spontanicznej w przypadku neuronów charakteryzujących się wysoką tzw. aktywnością spontaniczną. Pole magnetyczne wzmaga regeneracje w obrębie tkanki nerwowej.
Pole korzystnie wpływa na poziom cholesterolu czy lipidów całkowitych obecnych w surowicy (obniżenie ich poziomu) co od grywa ważną rolę u osób chorych na nadciśnienie tętnicze.
Wykazano, na zwierzętach, iż pole magnetyczne powodu je zmiany w gospodarce lipidowej, białkowej oraz cukrowej, w zakresie morfologii krwi, powodując obniżenie parametrów morfologicznych krwi, obniżając poziom glukozy, cholesterolu i białka.

Generator pola magnetycznego przyspieszający gojenie ran, skonstruowany w Szpitalu Specjalistycznym nr 2 w Bytomiu

Duży sukces magnetoterapia odniosła w leczeniu chorób związanych z narządami ruchu. W dzisiejszych czasach widzimy duży odsetek osób chorych na osteoporozę. Naukowcy wykazali korzystne działanie zmiennego pola magnetycznego w przypadku osób z osteoporozą. Działanie to polega na hamowaniu demineralizacji kości, co obserwuje się w tej grupie chorych. Zabiegi magnetoterapii mogą spowodować nawet zwiększenie mineralizacji kości. Badania densytometryczne niejednokrotnie potwierdzają to działanie i stanowią obiektywną ocenę terapii. U osób z opóźnionym zrostem kostnym magnetoterapia przyspiesza zrost kostny.
Kolejne pozytywne efekty magnetoterapii dotyczą chorób zwyrodnieniowych, jak również leczenia stanów za palnych stawów. Terapia ta ma charakter przeciwzapalny a także przeciwbólowy. Powoduje ponadto polepszenie stanu ogólnego u chorych.
Bardzo ważne zastosowanie magnetoterapii stanowi leczenie chorób skóry oraz tkanek miękkich. Rezultaty pokazują procesy szybszego gojenia się ran. Magnetoterapia stanowi także nieocenioną pomoc w zwalczaniu infekcji bakteryjnych zarówno skóry jak i tkanek miękkich, owrzodzeń, w leczeniu bliznowców (dermatologia).
Magnetoterapia znalazła zastosowanie także w leczeniu chorób związanych z układem nerwowym. Badano wpływ zmiennego pola magnetycznego u osób po udarze mózgu. U osób z niedowładem występującym w wyniku udaru mózgu udało się uzyskać znaczną poprawę ich stanu w 55% przypadków. Na stąpiło zwiększenie siły mięśniowej, a co za tym idzie obecność ruchów czynnych w kończynach oraz pracy zwieraczy pęcherza moczowego. Pojawiło się polepszenie krążenia, dzięki zwiększeniu przepływu krwi oraz poprawienie zdolności ruchowych.
Nieocenioną rolę pełni magnetoterapia w przypadku stwardnienia rozsianego. U 80% chorych, w różnym stopniu, wykazano polepszenie siły mięśniowej, redukcję nietrzymania moczu oraz zmniejszenie dolegliwości bólowych. Kolejny obszar działania magnetoterapii dotyczy chorób narządu wzroku. Terapia ta najlepiej sprawdziła się w chorobach siatkówki, zapaleniu naczyniówek, zapaleniu rogówki (magnetoterapia połączona z antybiotykoterapią znacząco hamuje zwyrodnienie), częściowego zaniku nerwu wzrokowego (poprawę obserwuje się u około 50% chorych) oraz w leczeniu zaćmy.
Leczenie pulsującym polem magnetycznym wykazuje działanie przeciwzapalne w przypadku zapalenia górnych dróg oddechowych. Odnotowuje się także pozytywny wpływ magnetoterapii zmiennym polem magnetycznym w przypadku zapalenia płuc (między innymi normalizacja krążenia włośniczkowego płuc).
Magnetoterapia wywiera także korzystny wpływ na choroby związane z układem krążenia. W przypadku nadciśnienia terapia zmiennym polem magnetycznym powoduje: obniżenie ciśnienia skurczowego i rozkurczowego, likwidację bólu, zawrotów głowy, uczucia rozdrażnienia, ustąpienie ciągłego stanu zmęczenia.
Kolejnym obszarem medycyny, w którym magnetoterapia znalazła zastosowanie są choroby dotyczące przewodu pokarmowego. Jedną z nich jest choroba wrzodowa. W przypadku wrzodów żołądka i dwunastnicy dobre efekty dało stosowanie zmienne go pola magnetycznego, charakteryzującego się niską częstotliwością. W rezultacie leczeni chorzy doznali znacznej redukcji zespołu bólowego, na stąpiła też normalizacja w zakresie motoryki żołądka i jego czynności wydzielniczej.
Stosowanie terapii polem magnetyczny ma też przeciwwskazania takie jak: ciąża, choroby nowotworowe, czynną postać gruźlicy, elektroniczne implanty, na przykład rozruszniki serca, metalowe implanty, mające w swojej strukturze ferromagnetyki, np. sztuczne stawy oraz ostre choroby infekcyjne: wirusowe, bakteryjne i grzybicze.
Pole magnetyczne wykorzystuje się również w jądrowym rezonansie magnetycznym, opisanym w innym miejscu.
Opracowano na podstawie artykułu Agaty Nowak-Stępniowskiej "Zastosowanie pola magnetycznego w medycynie - diagnostyka i terapia" zamieszczonego w czasopiśmie "Fizyka w Szkole", nr 5/2010.

---

« Poprzednia  Następna »