Пространственная структура электрического поля, создаваемого генератором во внешней среде, определяется положением его полюсов. Для расчетов потенциалов этого поля генератор представляют в виде токового электрического диполя – системы из положительного полюса (источника электрического поля) и отрицательного полюса (стока), расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Важнейший параметр токового электрического диполя D – электрический дипольный момент - это векторная величина, определяемая соотношением: D = Il  где I– ток в диполе l- вектор расстояния между полюсами. Направление вектора дипольного момента принимается от отрицательного полюса к положительному. Диполи в зависимости от их размера подразделяют на точечные и конечные. Точечным называют диполь, который занимает бесконечно малый объем пространства.

66. Дипольный эквивалентный генератор сердца.

Для любой точки В, находящейся на произвольном расстоянии r от положительного униполя, по закону Ома в дифференциальной форме: d_у = - Jdr (1) где _у - потенциал, J- плотность тока  - удельное сопротивлени среды. Через сферу радиусом r и площадью поверхности 4r² протекает суммарный ток, равный току I, выходящему из униполя. Поэтому J = I/4r². Чтобы найти выражение для _у, проинтегрируем уравнение (1) в пределах расстояния от r до  и потенциала от _у до нуля (принимаем _у = 0 при r  ). В результате получаем: _у = l /4r. Потенциал поля отрицательного униполя равен -_у. В возбужденном миокарде всегда имеется много диполей. Чтобы найти величину потенциала создаваемого сердцем на поверхности тела, вначале найдем потенциал  электрического поля, создаваемого конечным диполем. Поместим конечный диполь отрицательным полюсом в начало координат 0. Потенциал  в точке регистрации В равен сумме потенциалов униполей:  = I /4r₁ - I/4r (2), где r₁ и r - расстояние между положительным полюсом А и точкой В и между отрицательным полюсом и точкой В. Обычно величина l диполя и, следовательно, r₁ не известны. Поэтому  удобнее представить в виде зависимости от r, дипольного момента и угла  между направлением регистрации потенциала и направлением вектора дипольного момента. По теореме косинусов из рисунка 1 найдем:

ВА

r₁

r

А

l

0А

 = Ilcos  /4r² +Il²(3cos²  - 1)/8r³ + G (4), где G обозначает сумму членов, которые пропорциональны l³/r⁴, l⁴/r⁵ и т.д. Таким образом, потенциал конечного диполя описывается бесконечной суммой убывающих членов, зависящих от расстояния как l/rⁿ. Такое представление потенциала называется мультипольным разложением. В возбужденном миокарде всегда имеется много диполей (назовем их элементарными). Потенциал поля каждого диполя в неограниченной среде подчиняется уравнению 4. При изучении потенциалов на большом расстоянии от сердца, когда выполняется условие r l, первый член правой части уравнения 4 намного превосходит остальные. Поэтому в первом приближении вторым и последующими членами этого уравнения можно пренебречь. Это заведомо справедливо в случае точечных диполей, у которых l  0. Первый член в правой части уравнения 4 именуют дипольным потенциалом. Потенциал (₀) электрического поля сердца складывается из дипольных потенциалов элементарных диполей. Поскольку в каждый момент времени кардиоцикла возбуждается сравнительно небольшой участок миокарда, расстояния r от всех диполей до точки измерения потенциала примерно равны друг другу, и ₀ приближенно описывается выражением: ₀ =   D_j cos _j / 4r². Сумму проекций в этом выражении можно рассматривать как проекцию вектора дипольного момента (D₀) одного токового диполя, у которого D₀ =  D_j . Этот диполь называют эквивалентным диполем сердца. Таким образом, потенциал внешнего электрического поля сердца можно представить в виде дипольного потенциала одного эквивалентного диполя: ₀ =  D₀ cos  / 4r², где  - угол между D₀ и направлением регистрации потенциала D₀- модуль вектора D₀.

66. Генез электрокардиограммы. Особенности проведения возбуждения по миокарду.

Функционирование сердца сопровождается электрической активностью, вследствие чего в организме создается электрическое поле. Поэтому два электрода, приложенные к разным участкам тела, регистрируют разность потенциалов. Зависимость от времени разности потенциалов, возникающая при функционировании сердца называется электрокардиограммой (ЭКГ). Таким образом, электрокардиография позволяет определить численные значения разности потенциалов в любой момент времени. Основными задачами изучения ЭКГ являются: 1) выяснение механизма возникновения электрограммы 2) диагностическая – выявление состояния сердца по характеру ЭКГ. Периодическая деятельность сердца осуществляется благодаря наличию проводящей системы. Проводящая система сердца начинается синусовым узлом, расположенным в верхней части правого предсердия. В узле находятся два вида клеток: Р- клетки, генерирующие электрические импульсы для возбуждения сердца и Т- клетки, преимущественно осуществляющие проведение импульсов от синусового узла к предсердиям. Основной функцией синусового узла является генерация электрических импульсов нормальной периодичности, составляющей 60 - 80 импульсов в минуту. Синусовый узел обладает наибольшим автоматизмом и его называют автоматическим центром первого порядка.

Возбуждение синусового узла не отражается на обычной ЭКГ. После латентного периода, продолжающегося несколько сотых долей секунды, импульс из синусового узла достигает миокарда предсердий. Возбуждение охватывает сразу всю толщу миокарда предсердий. На ЭКГ возбуждению предсердий соответствует возникновение Р зубца. Скорость проведения возбуждения по ним составляет 1 м/с. В предсердиях имеется небольшое количество клеток, способных вырабатывать импульсы для возбуждения сердца, однако в обычных условиях эти клетки не функционируют. Из предсердий импульс попадает в атриовентрикулярный узел, расположенный в нижней части правого предсердия справа от межпредсердной перегородки рядом с устьем коронарного синуса. На уровне атриовентрикулярного узла волна возбуждения значительно задерживается до 5 - 20 см/с, что обусловлено его анатомическими особенностями. Это создает возможность для окончания возбуждения и сокращения предсердий до того, как начнется возбуждение желудочков. Атриовентрикулярный узел называют автоматическим центром второго порядка. Центр второго порядка может вырабатывать 40 - 60 импульсов в минуту.

От атриовентрикулярного узла отходит пучок Гиса, разделяющийся на правую и левую ножки, которые направляются к мышцам правого и левого желудочков, к которым они передают возбуждение по волокнам Пуркинье. Моменту возбуждения желудочков на ЭКГ соответствует комплекс QRS. Фазе реполяризации желудочков соответствует на ЭКГ возникновение Т – зубца. Ножки пучка Гиса и волокна Пуркинье являются автоматическим водителем ритма третьего порядка, вырабатывают 15 - 30 импульсов в минуту. Скорость распространения возбуждения в ветвях и ножках пучка Гиса составляет 3 - 4 м/с. В норме существует только один водитель ритма, дающий импульсы для возбуждения всего сердца - синусовый узел. Автоматические центры второго и третьего порядка проявляют свою автоматическую функцию только в патологических условиях - при понижении автоматизма синусового узла или при повышении их автоматизма. Автоматические центры третьего порядка становятся водителями ритма только при одновременном поражении автоматических центров первого и второго порядка или значительном повышении автоматизма центра третьего порядка.

66. Теория отведения Эйнтховена. Электрокардиография основывается на теории отведений Эйнтховена, которая позволяет судить о потенциалах сердца по потенциалам, снятым с поверхности тела.

Сердце  электрический диполь, который находится в проводящей среде. Вектор электрического момента характеризует работу сердца и образует эквипотенциальные (то есть равной напряжённости) поверхности.

Эйнтховен сформулировал три постулаты, которые и легли в основу созданной им системы отведений:

1. Рассматривать генератор сердечной ЭДС как точечный диполь.

2. Рассматривать человеческое тело по отношению к этому диполю как однородную проводящую среду.

3. Считать, что точечный диполь расположен в центре равностороннего треугольника, образованного двумя руками и левой ногой.

Эйнтховен предложил для записи ЭКГ 3 стандартных, или классических, отведения, это двухполюсные отведения, регистрирующие разность потенциалов между двумя точками тела. 1-е отведение - между двумя руками, 2-е -правая рука - левая нога, 3-е - левая рука - левая нога.

66. Векторэлектрокардиография.

Электрический вектор сердца за один сердечный цикл описывает сложную пространственную кривую. Метод электрокардиографии состоит в регистрации электрического вектора сердца на протяжении кардиоцикла. Траектория перемещения конца электрического вектора сердца в трехмерном пространстве в течение кардиоцикла называется векторэлектрокардиограммой. Векторкардиограмма может быть представлена набором кривых, описываемых концом проекции вектора дипольного момента эквивалентного диполя на какую-либо плоскость в течении кардиоцикла. Если сделать запись ЭКГ в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (например, саггитальной и фронтальной) то они будут отличаться по форме и направлению, т.к. являются разными проекциями одного процесса. При их сложении (это делает прибор вектор-электрокардиограф) образуется сложная фигура по типу фигуры Лиссажу, которая может отражать функциональное состояние сердца, его проводящих и возбудимых тканей. Измеряя потенциалы ₀ на поверхности тела и определяя соответствующим образом r и , легко определить электрический вектор сердца D₀, хотя действительные значения этого вектора остаются неизвестными. По данным таких измерений максимальное значение модуля вектора сердца составляет около 210^-5 А м. В векторной электрокардиографии регистрируют два вида кривых, характеризующих вектор дипольного момента эквивалентного диполя сердца: 1) пространственная векторная электрокардиограмма (ВЭКГ), представляющая собой траекторию конца вектора D₀ в трехмерном пространстве в течение кардиоцикла 2) плоские векторные электрокардиограммы (петли) - кривые, описываемые в течение кардиоцикла концом проекции вектора дипольного момента эквивалентного диполя на какую - либо плоскость. На практике обычно имеют дело с плоскими ВЭКГ. Для исследования ВЭКГ разработано несколько систем отведений, отличающихся по числу и расположению отводящих электродов на поверхности тела, выбору плоскостей для получения плоских ВЭКГ. Плоские ВЭКГ чаще всего анализируют в декартовой системе координат с началом, расположенным в геометрическом центре желудочков сердца или в центре среднего горизонтального (трасверсального) сечения грудной клетки. Направление осей относительно тела испытуемого: х - справа налево у - сверху вниз z - спереди назад. Плоские ВЭКГ получают в проекциях на горизонтальную, фронтальную и сагиттальные плоскости. При многих болезнях сердца форма плоских ВЭКГ резко изменяется, поэтому это используется в диагностических целях.

86. Интерференция света.

Интерференцией света называется такое сложение световых волн, в результате которого образуется устойчивая картина их усиления и ослабления. В обычных условиях часто встречается наложение световых волн от различных источников, но интерференция не наблюдается. Обязательным условием получения интерференции является когерентность источников световых волн. Когерентными называются такие источники света, для которых сдвиг фаз между испускаемыми ими волнами остается неизменным. Когерентные волны получают, “расщепляя” световую волну, идущую от источника. Такой способ применяется в методе Юнга, который состоит в том, что на пути сферической волны, идущей от источника S, устанавливается непрозрачная преграда с двумя щелями. Точки волновой поверхности, дошедшей до преграды становятся центрами когерентных вторичных волн, поэтому щели можно рассматривать как когерентные источники.

Чтобы понять каким образом возникает интерференционная картина, рассмотрим рисунок 1. На нем изображены волны длиной , проходящие через щели S₁ и S₂ на расстоянии d одна от другой. За щелями волны распространяются по всем направлениям, но на рисунке показаны только в одном направлении. Из рисунка видно, что дополнительное расстояние, проходимое нижним лучом, равно dsin .

Усиливающая интерференция наблюдается на экране, если величина dsin равна целому числу длин волн: dsin = m, m=0,1,2,…( усиливающая интерференция).

Значение m называется порядком интерференционной полосы.

Ослабляющая (гасящая) интерференция наблюдается в том случае, когда разность хода

dsin равна 1/2 3/2, и т.д длин волн:

dsin = (m + ½), m=0,1,2,…( ослабляющая интерференция).

Рисунок 1. Интерференция света от двух щелей.

87. Интерферометры и их применение. Понятие об интерференционном микроскопе.

Интерферометрами называются измерительные или контрольные приборы, основанные на интерференции света. Они применяются в области точных измерений, например, для измерения длин волн спектральных линий, эталонов длины и т.д.

Интерференционным называют такой микроскоп, в котором свет разделяют на две части: одна часть проходит через объект, а другая – через окружающую среду. В связи с разницей показателей преломления объекта и среды лучи приобретают разность хода. Перед окуляром они вновь соединяются и интерферируют между собой. В результате между объектом и средой образуется световой контраст при монохроматическом свете или объект наблюдается окрашенным при освещении его белым светом.

На рисунке 2 изображена принципиальная схема интерферометра Майкельсона, который относится к группе двухлучевых, так как световая волна в нем раздваивается и обе ее части, пройдя разный путь интерферируют.

Луч 1 монохроматического света от источника S падает под углом 45⁰ на плоскопараллельную стеклянную пластинку А, задняя поверхность которой полупрозрачна, так как покрыта очень тонким слоем серебра. В точке О этот луч расщепляется на два луча 2 и 3, интенсивность которых приблизительно одинакова.

Луч 2 доходит до зеркала 1, отражается, преломляется в пластине А и частично выходит из пластины - луч 2`. Луч 3 из точки О идет к зеркалу , отражается, возвращается к пластине А, где частично отражается - луч 3'. Лучи 2`.и 3'., попадающие в глаз наблюдателя, когерентны, их интерференция может быть зарегистрирована.

Сочетание двухлучевого интерферометра и микроскопа, получившее название интерференционного микроскопа, используют в биологии и медицине для измерения показателя преломления, концентрации сухого вещества и толщины прозрачных микрообъектов. Принципиальная схема интерференционного микроскопа показана на рисунке 3. Луч света, как и в интерферометре, в точке А раздваивается, один луч проходит через прозрачный микрообъект М, а другой - вне его. В точке Д лучи соединяются и интерферируют, по результату интерференции судят об измеряемом параметре.