Elettrofisiologia: cos'è e come si studia

L'elettrofisiologia è responsabile dell'analisi e dello studio dei processi elettrici che avvengono in diversi organi, tessuti e strutture del nostro corpo, come il cuore, i muscoli o il cervello. La sua applicazione nella pratica clinica ci aiuta a osservare e diagnosticare diverse patologie e malattie.

In questo articolo spieghiamo cos'è l'elettrofisiologia e in cosa consistono le principali tecniche di registrazione dell'attività elettrica.

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Cos'è l'elettrofisiologia?

L'elettrofisiologia è la scienza che studia le proprietà elettriche delle cellule e del tessuto biologico di un organismo. Sebbene lo studio più noto sia relativo al sistema cardiaco, le misurazioni (come la variazione di voltaggio o il corrente elettrica) in altri tipi di strutture corporee, come i muscoli o il cervello, attraverso l'uso di elettrodi che ne misurano l'attività elettrico.

A metà del XIX secolo, il fisico italiano Carlo Matteuci fu uno dei primi scienziati a studiare le correnti elettriche nei piccioni. Nel 1893 il fisiologo svizzero Wilhelm His, famoso per essere il fondatore dell'istologia e inventore del microtomo (strumento che consente di sezionare il tessuto biologico per l'analisi al microscopio), ha fornito nuove scoperte nel campo dell'elettrofisiologia cardiaco. E già nel 1932, Holzmann e Scherf, scoprirono e inventarono l'elettrocardiogramma.

Attualmente, le neuroscienze si nutrono della ricerca e dei progressi nelle nuove tecniche elettrofisiologiche che consentono l'analisi micro (da un semplice canale ionico) e macro (fino al cervello completo) delle strutture cerebrali.

I progressi nella conoscenza del funzionamento del comportamento e del sistema nervoso umano si basano su studi in cui vengono registrati segnali elettrici da singoli neuroni e gruppi neuronali su larga scala. In neuropsicologia, ad esempio, cerca di esplorare le correlazioni tra alcune aree del cervello e le funzioni cognitive superiori o determinati comportamenti, da qui le tecniche di registrazione dell'attività elettrica utilizzate in elettrofisiologia importante.

Le proprietà elettriche delle cellule

In elettrofisiologia, quando si parla di studio delle proprietà elettriche, si fa riferimento al analisi del flusso ionico (un atomo o un gruppo di essi con una carica elettrica, che può essere positiva o cationica e negativa o anione) e allo stato di riposo e di attività delle cellule eccitabili (neuroni, cellule cardiache, eccetera.).

L'eccitabilità di una cellula è una proprietà che le permette di rispondere attivamente all'applicazione di uno stimolo, cioè a qualsiasi variazione energetica dell'ambiente. Questi stimoli possono essere di molteplici tipi: meccanici, termici, sonori, luminosi, ecc. Ad esempio, nei neuroni, questa eccitabilità dà loro la capacità di cambiare il suo potenziale elettrico per trasmettere quell'impulso nervosoattraverso l'assone ad altri neuroni.

La membrana che ricopre la cellula regola il passaggio degli ioni dall'esterno verso l'interno, poiché ne contengono diverse concentrazioni. Tutte le cellule hanno una differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno della cellula, chiamata potenziale di membrana, che è dovuta all'esistenza di gradienti di concentrazione ionica su entrambi i lati della membrana, nonché differenze nella permeabilità relativa della membrana cellulare a diversi ioni presente.

Inoltre, le cellule eccitabili svolgono le loro funzioni producendo segnali elettrici in termini di variazioni di potenziale di membrana, un concetto chiave in elettrofisiologia. Questi segnali elettrici possono essere: brevi e di grande ampiezza (come i potenziali d'azione), responsabili della trasmissione di informazioni rapidamente ea grandi distanze; tensione più lenta e più bassa, con funzione di integrazione; e bassa tensione (come i potenziali sinaptici), che sono causati dall'azione sinaptica.

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Tipi di letture elettrofisiologiche

La registrazione dell'attività elettrica può avvenire in diversi tessuti biologici e cellule, così come con diverse tecniche di elettrofisiologia.

Le registrazioni elettrofisiologiche più comuni Includono: elettrocardiogramma, elettroencefalografia ed elettromiografia. Successivamente, spieghiamo più in dettaglio in cosa consiste ciascuno di essi.

1. Elettrocardiogramma

L'elettrocardiogramma (ECG) è una tecnica elettrofisiologica che è responsabile della registrazione dell'attività elettrica del cuore. cuore, attraverso lo studio delle variazioni di voltaggio durante un certo tempo (che di solito non supera i 30 secondi). Di solito viene registrato un grafico sul monitor, simile a uno schermo televisivo, dell'elettrocardiografo.

L'attività elettrica del cuore che viene raccolta nell'ECG può essere osservata sotto forma di un tracciato che si presenta differente onde che corrispondono al percorso degli impulsi elettrici attraverso le diverse strutture del dispositivo cardiaco.

Questo test è un must per lo studio di problemi cardiaci come aritmie, malattie cardiache o episodi acuti di malattia coronaricacome l'infarto del miocardio.

Un ECG viene eseguito come segue:

• Il paziente si sdraia e gli elettrodi vengono posizionati su braccia, gambe e torace. A volte è necessario pulire o radere l'area.
• Le derivazioni dell'elettrocardiografo sono collegate alla pelle del soggetto tramite elettrodi attaccati alle caviglie, ai polsi e al torace. Questo è il modo in cui l'attività elettrica viene raccolta da diverse posizioni.
• La persona deve rimanere rilassata, tranquilla, con braccia e gambe immobili e con un ritmo respiratorio normale.

2. Elettroencefalogramma

Un elettroencefalogramma (EEG) è una tecnica elettrofisiologica che rileva e registra l'attività elettrica nel cervello, tramite piccoli elettrodi fissati sul cuoio capelluto della persona. Questo test non è invasivo ed è comunemente utilizzato nelle neuroscienze per osservare e studiare il funzionamento del sistema nervoso centrale e, più specificamente, della corteccia cerebrale.

Con questa tecnica si possono diagnosticare alterazioni neurologiche che suggeriscono malattie come epilessia, encefalopatie, narcolessia, demenza o malattie neurodegenerative. Inoltre, l'EEG consente anche di identificare ritmi normali e patologici dell'attività cerebrale come le onde che di solito abbiamo sia nello stato di veglia che nel sonno: alfa, beta, delta, theta e gamma.

Anche questa prova frequentemente utilizzato negli studi sulle fasi del sonno (polisonnografia), per rilevare eventuali anomalie nelle registrazioni dei cicli di movimento oculare cicli di sonno rapidi (REM) e normali (NREM), nonché per rilevare altri possibili disturbi del sonno sogno.

L'EEG dura circa 30 minuti e può essere eseguito in un ospedale o in un'unità di neurofisiologia. Per eseguirlo, il paziente si siede su una sedia e gli elettrodi sono attaccati (tra 15 e 25 sensori) al cuoio capelluto, utilizzando un gel per capelli in modo da registrare l'attività elettrica correttamente. E mentre la persona è rilassata, viene eseguito il test.

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3. elettromiogramma

Un elettromiogramma (EMG) è una procedura utilizzata per studiare l'attività elettrica dei muscoli e delle loro cellule nervose o motoneuroni. Questi neuroni trasmettono i segnali elettrici che producono l'attività muscolare e la contrazione.

Gli elettrodi sono necessari per eseguire un EMG e vengono posizionati sui muscoli, a riposo o durante l'esercizio. Per rilevare la risposta muscolare è necessario inserire un piccolo ago, motivo per cui a volte può essere fastidioso per il paziente.

L'unica complicazione di questo test è che provoca un piccolo sanguinamento nel sito di inserimento del elettrodo, quindi è necessario prendere in considerazione i pazienti con un disturbo della coagulazione o in trattamento anticoagulante.

Un'altra tecnica elettrofisiologica che a volte accompagna l'EMG è elettroneurografia, che studia la velocità di conduzione degli impulsi attraverso i nervi. Per fare questo, un nervo viene stimolato con impulsi elettrici di bassa intensità, utilizzando sensori posti sulla pelle che raccolgono il risposta da altri sensori posti a distanza, registrando così il tempo necessario perché avvenga la risposta durante la guida da una parte all'altra. altro.

Riferimenti bibliografici:

• Gilman, S, e Winans, S. (1989). Principi di Neuroanatomia Clinica e Neurofisiologia. Seconda edizione. Editoriale manuale moderno. Messico.
• Schmidt, R. F., Dudel, J., Jaenig, W., & Zimmermann, M. (2012). Fondamenti di neurofisiologia. Springer Scienza e media aziendali.