אלקטרופיזיולוגיה: מה זה ואיך זה נחקר

אלקטרופיזיולוגיה אחראית על ניתוח ולימוד התהליכים החשמליים המתרחשים בהם איברים, רקמות ומבנים שונים של הגוף שלנו, כגון הלב, השרירים או ה מוֹחַ. היישום שלו בפרקטיקה הקלינית עוזר לנו להתבונן ולאבחן פתולוגיות ומחלות שונות.

במאמר זה אנו מסבירים מהי אלקטרופיזיולוגיה ומה מורכבות הטכניקות העיקריות לרישום פעילות חשמלית.

• מאמר קשור: "חלקים מהמוח האנושי (ותפקודיו)"

מהי אלקטרופיזיולוגיה?

אלקטרופיזיולוגיה היא המדע החוקר את התכונות החשמליות של תאים ורקמות ביולוגיות של אורגניזם. למרות שהמחקר הידוע ביותר קשור למערכת הלב, מדידות (כגון השינוי במתח או ה זרם חשמלי) בסוגים אחרים של מבני גוף, כגון שרירים או מוח, באמצעות שימוש באלקטרודות המודדות את הפעילות חַשׁמַלִי.

באמצע המאה ה-19, הפיזיקאי האיטלקי קרלו מטוצ'י היה אחד המדענים הראשונים שחקרו זרמים חשמליים ביונים. בשנת 1893, הפיזיולוג השוויצרי וילהלם היס, המפורסם בהיותו מייסד ההיסטולוגיה וממציא המיקרוטום (מכשיר אשר מאפשר לחתוך רקמות ביולוגיות לניתוח תחת מיקרוסקופ), בתנאי שממצאים חדשים בתחום האלקטרופיזיולוגיה שֶׁל הַלֵב. וכבר בשנת 1932, הולצמן ושרף, גילו והמציאו את האלקטרוקרדיוגרמה.

כַּיוֹם, מדעי המוח ניזונים ממחקר והתקדמות בטכניקות אלקטרופיזיולוגיות חדשות המאפשרים ניתוח מיקרו (מתעלת יונים פשוטה) ומקרו (עד המוח המלא) של מבני המוח.

ההתקדמות בידע על תפקוד ההתנהגות ומערכת העצבים האנושית מבוססת על מחקרים שבהם אותות חשמליים מנוירונים בודדים וקבוצות עצביות בקנה מידה גדול נרשמים. בנוירופסיכולוגיה, למשל, היא מבקשת לחקור את המתאמים בין אזורים מסוימים במוח לבין תפקודים קוגניטיביים עליונות או התנהגויות מסוימות, ומכאן שטכניקות ההקלטה של ​​פעילות חשמלית המשמשות באלקטרופיזיולוגיה הן כאלה חָשׁוּב.

התכונות החשמליות של תאים

באלקטרופיזיולוגיה, כאשר אנו מדברים על חקר תכונות חשמליות, אנו מתייחסים ל ניתוח זרימת יונים (אטום או קבוצה שלהם עם מטען חשמלי, שיכול להיות חיובי או קטיון, ושלילי או אניון) ולמצב המנוחה והפעילות של תאים מעוררים (נוירונים, תאי לב, וכו.).

ההתרגשות של תא היא תכונה המאפשרת לו להגיב באופן אקטיבי ליישום של גירוי, כלומר, כל וריאציה אנרגטית בסביבה. גירויים אלו יכולים להיות מסוגים רבים: מכניים, תרמיים, קול, אור וכו'. לדוגמה, בנוירונים, ההתרגשות הזו מעניקה להם היכולת לשנות את הפוטנציאל החשמלי שלו להעביר את הדחף העצבי הזהדרך האקסון לנוירונים אחרים.

הממברנה המכסה את התא מסדירה את מעבר היונים מבחוץ לפנים, מאחר שהם מכילים ריכוזים שונים שלהם. לכל התאים יש הבדל פוטנציאל בין הפנים והחוץ של התא, הנקרא פוטנציאל ממברנה, הנובע מקיומו של שיפוע ריכוז יוני משני צידי הממברנה, כמו גם הבדלים בחדירות היחסית של קרום התא ליונים שונים מתנה.

יתר על כן, תאים מעוררים מבצעים את תפקידיהם על ידי הפקת אותות חשמליים במונחים של שינויים בפוטנציאל הממברנה, מושג מפתח באלקטרופיזיולוגיה. האותות החשמליים הללו יכולים להיות: קצרים ובעלי משרעת גדולה (כגון פוטנציאל פעולה), אחראי להעברת מידע במהירות ולמרחקים גדולים; מתח איטי ונמוך יותר, עם פונקציית אינטגרציה; ומתח נמוך (כגון פוטנציאלים סינפטיים), הנגרמים מפעולה סינפטית.

• אולי יעניין אותך: "פוטנציאל פעולה: מה זה ומה השלבים שלו?"

סוגי קריאות אלקטרופיזיולוגיות

רישום הפעילות החשמלית יכול להתרחש ברקמות ובתאים ביולוגיים שונים, כמו גם בטכניקות אלקטרופיזיולוגיה שונות.

ההקלטות האלקטרופיזיולוגיות הנפוצות ביותר הם כוללים: אלקטרוקרדיוגרמה, אלקטרואנצפלוגרפיה ואלקטרומיוגרפיה. לאחר מכן, נסביר ביתר פירוט ממה מורכב כל אחד מהם.

1. אלקטרוקרדיוגרמה

אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) היא טכניקת אלקטרופיזיולוגיה שאחראית על רישום הפעילות החשמלית של הלב. לב, באמצעות חקר שינויי מתח במהלך זמן מסוים (שאינו בדרך כלל עולה על 30 שניות). בדרך כלל מתועד גרף על הצג, בדומה למסך טלוויזיה, של האלקטרוקרדיוגרף.

ניתן לראות את הפעילות החשמלית של הלב הנאספת באק"ג בצורה של מעקב המציג שונה גלים התואמים את נתיב הדחפים החשמליים דרך המבנים השונים של המכשיר שֶׁל הַלֵב.

מבחן זה הוא חובה לחקר בעיות לב כגון הפרעות קצב, מחלות לב או אפיזודות חריפות במחלות כליליתכגון אוטם שריר הלב.

א.ק.ג מבוצע באופן הבא:

• המטופל שוכב ואלקטרודות מונחות על הידיים, הרגליים והחזה. לפעמים יש צורך לנקות או לגלח את האזור.
• מובילי האלקטרוקרדיוגרף מחוברים לעור הנבדק באמצעות אלקטרודות המחוברות לקרסוליים, לפרקי הידיים ולחזה. כך נאספת פעילות חשמלית מעמדות שונות.
• האדם צריך להישאר נינוח, שקט, עם ידיים ורגליים ללא תנועה ועם קצב נשימה תקין.

2. אלקטרואנצפלוגרמה

אלקטרואנצפלוגרמה (EEG) היא טכניקת אלקטרופיזיולוגיה מזהה ומתעד פעילות חשמלית במוח, דרך אלקטרודות קטנות קבועות על הקרקפת של האדם. בדיקה זו אינה פולשנית ומשמשת בדרך כלל במדעי המוח כדי לצפות וללמוד את תפקוד מערכת העצבים המרכזית וליתר דיוק, קליפת המוח.

בטכניקה זו ניתן לאבחן שינויים נוירולוגיים המצביעים על מחלות כמו אפילפסיה, אנצפלופתיה, נרקולפסיה, דמנציה או מחלות ניווניות. בנוסף, ה-EEG גם מאפשר לזהות מקצבים נורמליים ופתולוגיים של פעילות המוח, כמו גם כמו הגלים שיש לנו בדרך כלל גם במצב ערות וגם בשינה: אלפא, בטא, דלתא, תטא ו גמא.

גם המבחן הזה משמש לעתים קרובות במחקרים על שלבי שינה (פוליסומנוגרפיה), כדי לזהות חריגות אפשריות בהקלטות של מחזורי תנועות עיניים מחזורי שינה מהירים (REM) ונורמליים (NREM), וכן כדי לזהות הפרעות שינה אפשריות אחרות חולם.

ה-EEG נמשך כ-30 דקות וניתן לבצע אותו בבית חולים או ביחידה לנוירופיזיולוגיה. לשם ביצועו, המטופל יושב בכיסא והאלקטרודות מחוברות (בין 15 ל-25 חיישנים) לקרקפת, באמצעות ג'ל לשיער כדי שתירשם פעילות חשמלית נכונה. ובזמן שהאדם נינוח, הבדיקה מתבצעת.

• אולי יעניין אותך: "5 שלבי השינה: מגלים איטיים ועד REM"

3. אלקטרומיוגרמה

אלקטרומיוגרמה (EMG) היא הליך המשמש לחקור את הפעילות החשמלית של השרירים ותאי העצב או הנוירונים המוטוריים שלהם. נוירונים אלו מעבירים את האותות החשמליים המייצרים פעילות והתכווצות שרירים.

יש צורך באלקטרודות לביצוע EMG והן מונחות על השרירים, במנוחה או במהלך פעילות גופנית. כדי לזהות את התגובה השרירית יש צורך להחדיר מחט קטנה, ולכן זה לפעמים יכול להציק למטופל.

הסיבוך היחיד של בדיקה זו הוא שהיא גורמת לדימום קטן במקום ההחדרה של ה- אלקטרודה, לפיכך יש צורך לקחת בחשבון חולים עם הפרעת קרישה או שעוברים טיפול נוגד קרישה.

טכניקת אלקטרופיזיולוגיה נוספת המלווה לפעמים EMG היא electroneurography, החוקרת את מהירות ההולכה של דחפים דרך עצבים. לשם כך, עצב מגורה באמצעות דחפים חשמליים בעוצמה נמוכה, באמצעות חיישנים הממוקמים על העור האוספים את תגובה מחיישנים אחרים הממוקמים במרחק, ובכך מתעדים כמה זמן לוקח לתגובה להתרחש בנסיעה מצד אחד לצד השני. אַחֵר.

הפניות ביבליוגרפיות:

• גילמן, S, ו-Winans, S. (1989). עקרונות נוירואנטומיה קלינית ונוירופיזיולוגיה. מהדורה שנייה. מאמר עריכה ידני מודרני. מקסיקו.
• שמידט, ר. F., Dudel, J., Jaenig, W., & Zimmermann, M. (2012). יסודות הנוירופיזיולוגיה. Springer Science & Business Media.