Electrophysiology: มันคืออะไรและมีการตรวจสอบอย่างไร

Electrophysiology มีหน้าที่วิเคราะห์และศึกษากระบวนการทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใน อวัยวะ เนื้อเยื่อ และโครงสร้างต่างๆ ของร่างกายเรา เช่น หัวใจ กล้ามเนื้อ หรือ สมอง. การประยุกต์ใช้ในทางคลินิกช่วยให้เราสังเกตและวินิจฉัยโรคและโรคต่างๆ

ในบทความนี้เราจะอธิบาย อิเล็กโทรสรีรวิทยาคืออะไร และเทคนิคหลักในการบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าประกอบด้วยอะไรบ้าง

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ส่วนต่างๆ ของสมองมนุษย์ (และหน้าที่)"

สรีรวิทยาไฟฟ้าคืออะไร?

อิเล็กโทรสรีรวิทยาคือ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์และเนื้อเยื่อทางชีวภาพของสิ่งมีชีวิต. แม้ว่าการศึกษาที่รู้จักกันดีที่สุดจะเกี่ยวข้องกับระบบหัวใจ แต่การวัด (เช่น การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าหรือ กระแสไฟฟ้า) ในโครงสร้างร่างกายประเภทอื่นๆ เช่น กล้ามเนื้อ หรือสมอง โดยการใช้อิเล็กโทรดที่วัดกิจกรรม ไฟฟ้า.

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 Carlo Matteuci นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกที่ศึกษากระแสไฟฟ้าในนกพิราบ ในปี พ.ศ. 2436 วิลเฮล์ม ฮิส นักสรีรวิทยาชาวสวิสซึ่งมีชื่อเสียงจากการเป็นผู้ก่อตั้งมิญชวิทยาและเป็นผู้ประดิษฐ์ไมโครโทม (เครื่องมือที่ ช่วยให้สามารถแบ่งเนื้อเยื่อชีวภาพเพื่อวิเคราะห์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์) ทำให้เกิดการค้นพบใหม่ในด้านสรีรวิทยาไฟฟ้า หัวใจ และในปี 1932 Holzmann และ Scherf ได้ค้นพบและประดิษฐ์คลื่นไฟฟ้าหัวใจ

ตอนนี้, ประสาทวิทยาศาสตร์ได้รับการหล่อเลี้ยงด้วยการวิจัยและความก้าวหน้าในเทคนิคทางสรีรวิทยาทางไฟฟ้าแบบใหม่ ที่ช่วยให้ไมโคร (จากช่องไอออนธรรมดา) และมาโคร (จนถึงสมองที่สมบูรณ์) วิเคราะห์โครงสร้างสมอง

ความก้าวหน้าด้านความรู้เกี่ยวกับการทำงานของพฤติกรรมและระบบประสาทของมนุษย์ขึ้นอยู่กับการศึกษาที่ สัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์และกลุ่มเซลล์ประสาทขนาดใหญ่จะถูกบันทึก. ยกตัวอย่างเช่น ในด้านประสาทจิตวิทยา มันพยายามที่จะสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่บางส่วนของสมองกับการทำงานของการรับรู้ เหนือกว่าหรือพฤติกรรมบางอย่าง ดังนั้น เทคนิคการบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าที่ใช้ในสรีรวิทยาไฟฟ้าจึงเป็นเช่นนั้น สำคัญ.

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์

ในสรีรวิทยาไฟฟ้า เมื่อเราพูดถึงการศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้า เราหมายถึง การวิเคราะห์การไหลของไอออน (อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า ซึ่งอาจมีค่าเป็นบวกหรือไอออนบวก และเป็นลบหรือ ประจุลบ) และสถานะพักและกิจกรรมของเซลล์กระตุ้น (เซลล์ประสาท, เซลล์หัวใจ, ฯลฯ).

ความตื่นเต้นง่ายของเซลล์เป็นคุณสมบัติที่ทำให้มันตอบสนองอย่างแข็งขันต่อการประยุกต์ใช้สิ่งเร้า นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงทางพลังงานใดๆ ในสิ่งแวดล้อม สิ่งเร้าเหล่านี้มีได้หลายประเภท: เชิงกล ความร้อน เสียง แสง ฯลฯ ตัวอย่างเช่น ในเซลล์ประสาท ความตื่นเต้นนี้ทำให้พวกเขา ความสามารถในการเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าเพื่อส่งกระแสประสาทนั้นผ่านแอกซอนไปยังเซลล์ประสาทอื่นๆ

เมมเบรนที่หุ้มเซลล์ควบคุมการผ่านของไอออนจากภายนอกสู่ภายใน เนื่องจากมีความเข้มข้นต่างกัน เซลล์ทั้งหมดมีความต่างศักย์ระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ เรียกว่า ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเกิดจากการมีอยู่ของ การไล่ระดับความเข้มข้นของไอออนิกบนทั้งสองด้านของเมมเบรน ตลอดจนความแตกต่างในการซึมผ่านสัมพัทธ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังไอออนต่างๆ ปัจจุบัน.

นอกจากนี้ เซลล์กระตุ้นยังทำหน้าที่ของมันโดยสร้างสัญญาณไฟฟ้าในแง่ของ การเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นของเมมเบรนซึ่งเป็นแนวคิดหลักในสรีรวิทยาไฟฟ้า สัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้สามารถ: สั้นและมีแอมพลิจูดสูง (เช่น ศักย์ไฟฟ้า) ซึ่งทำหน้าที่ส่งข้อมูลอย่างรวดเร็วและเป็นระยะทางไกล แรงดันไฟฟ้าที่ช้าลงและต่ำกว่าพร้อมฟังก์ชันการรวม และแรงดันไฟต่ำ (เช่น ศักย์ไฟฟ้าซินแนปติก) ซึ่งเกิดจากการกระทำของซินแนปติก

• คุณอาจจะสนใจ: "ศักยภาพในการดำเนินการ: มันคืออะไรและระยะของมันคืออะไร?"

ประเภทของการอ่านค่าทางไฟฟ้า

การบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ในเนื้อเยื่อและเซลล์ทางชีวภาพที่แตกต่างกัน เช่นเดียวกับเทคนิคทางสรีรวิทยาไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

การบันทึกทางสรีรวิทยาทางไฟฟ้าที่พบบ่อยที่สุด ซึ่งรวมถึง: คลื่นไฟฟ้าหัวใจ, คลื่นไฟฟ้าและคลื่นไฟฟ้า ต่อไปเราจะอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมว่าแต่ละรายการประกอบด้วยอะไรบ้าง

1. คลื่นไฟฟ้าหัวใจ

คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) เป็นเทคนิคทางสรีรวิทยาไฟฟ้าที่มีหน้าที่บันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจ หัวใจผ่านการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลาหนึ่ง (ซึ่งโดยปกติจะไม่เกิน 30 วินาที). โดยปกติแล้วกราฟจะถูกบันทึกบนจอภาพ คล้ายกับหน้าจอโทรทัศน์ของกราฟคลื่นไฟฟ้าหัวใจ

กิจกรรมทางไฟฟ้าของหัวใจที่รวบรวมไว้ในคลื่นไฟฟ้าหัวใจสามารถสังเกตได้ในรูปแบบของการติดตามที่แสดงความแตกต่าง คลื่นที่สอดคล้องกับเส้นทางของแรงกระตุ้นไฟฟ้าผ่านโครงสร้างต่างๆ ของอุปกรณ์ หัวใจ

การทดสอบนี้เป็นสิ่งจำเป็น สำหรับการศึกษาปัญหาเกี่ยวกับหัวใจ เช่น ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ โรคหัวใจ หรือภาวะเฉียบพลันในโรคหลอดเลือดหัวใจเช่น กล้ามเนื้อหัวใจตาย

ECG ดำเนินการดังนี้:

• ผู้ป่วยนอนลงและวางอิเล็กโทรดไว้ที่แขน ขา และหน้าอก บางครั้งจำเป็นต้องทำความสะอาดหรือโกนขนบริเวณนั้น
• สายวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจจะเชื่อมต่อกับผิวหนังของตัวอย่างผ่านขั้วไฟฟ้าที่ติดอยู่ที่ข้อเท้า ข้อมือ และหน้าอก นี่เป็นวิธีรวบรวมกิจกรรมทางไฟฟ้าจากตำแหน่งต่างๆ
• บุคคลนั้นควรอยู่อย่างผ่อนคลาย เงียบสงบ โดยที่แขนและขาไม่ขยับเขยื้อน และมีจังหวะการหายใจตามปกติ

2. ภาพคลื่นกระแสไฟฟ้า

อิเล็กโทรเอนฟาโลแกรม (EEG) เป็นเทคนิคทางสรีรวิทยาทางไฟฟ้าที่ ตรวจจับและบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าในสมองผ่านขั้วไฟฟ้าขนาดเล็กที่ติดอยู่บนหนังศีรษะของบุคคล การทดสอบนี้ไม่รุกรานและมักใช้ในประสาทวิทยาศาสตร์เพื่อสังเกตและศึกษาการทำงานของระบบประสาทส่วนกลาง และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เปลือกสมอง

ด้วยเทคนิคนี้ จะสามารถวินิจฉัยการเปลี่ยนแปลงทางระบบประสาทที่บ่งบอกถึงโรคต่างๆ เช่น โรคลมบ้าหมู โรคไข้สมองอักเสบ โรคลมหลับ ภาวะสมองเสื่อม หรือโรคเกี่ยวกับความเสื่อมของระบบประสาท นอกจากนี้ EEG ยังช่วยให้สามารถระบุจังหวะการทำงานของสมองตามปกติและทางพยาธิวิทยาได้อีกด้วย เช่นเดียวกับคลื่นที่เรามักจะมีทั้งในสภาวะตื่นและหลับ: alpha, beta, delta, theta และ แกมมา

การทดสอบนี้ด้วย ใช้บ่อยในการศึกษาระยะการนอนหลับ (polysomnography) เพื่อตรวจหาความผิดปกติที่เป็นไปได้ในการบันทึกรอบการเคลื่อนไหวของดวงตา วงจรการนอนหลับอย่างรวดเร็ว (REM) และปกติ (NREM) ตลอดจนการตรวจหาความผิดปกติของการนอนหลับอื่นๆ ที่เป็นไปได้ ฝัน.

EEG ใช้เวลาประมาณ 30 นาทีและสามารถทำได้ในโรงพยาบาลหรือในหน่วยสรีรวิทยา ในการดำเนินการ ผู้ป่วยนั่งบนเก้าอี้และติดขั้วไฟฟ้า (ระหว่าง 15 ถึง 25 เซ็นเซอร์) ที่หนังศีรษะ โดยใช้เจลใส่ผมเพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้า อย่างถูกต้อง และในขณะที่บุคคลนั้นผ่อนคลาย การทดสอบจะดำเนินการ

• คุณอาจจะสนใจ: "5 ระยะของการนอนหลับ: จากคลื่นช้าถึง REM"

3. คลื่นไฟฟ้า

Electromyogram (EMG) เป็นขั้นตอนที่ใช้ เพื่อศึกษากิจกรรมทางไฟฟ้าของกล้ามเนื้อและเซลล์ประสาทหรือเซลล์ประสาทของกล้ามเนื้อ. เซลล์ประสาทเหล่านี้จะส่งสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างการทำงานของกล้ามเนื้อและการหดตัว

จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดเพื่อทำ EMG และวางไว้บนกล้ามเนื้อ ทั้งในขณะพักหรือระหว่างออกกำลังกาย ในการตรวจจับการตอบสนองของกล้ามเนื้อจำเป็นต้องสอดเข็มขนาดเล็ก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ผู้ป่วยรู้สึกรำคาญในบางครั้ง

ภาวะแทรกซ้อนเพียงอย่างเดียวของการทดสอบนี้คือทำให้มีเลือดออกเล็กน้อยที่บริเวณแทรกของ อิเล็กโทรด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงผู้ป่วยที่มีความผิดปกติของการแข็งตัวของเลือดหรืออยู่ระหว่างการรักษา ยาต้านการแข็งตัวของเลือด

อีกเทคนิคทางสรีรวิทยาไฟฟ้าที่มาพร้อมกับ EMG ในบางครั้งคือ ซึ่งศึกษาความเร็วของการนำแรงกระตุ้นผ่านเส้นประสาท. ในการทำเช่นนี้ เส้นประสาทจะถูกกระตุ้นด้วยแรงกระตุ้นไฟฟ้าความเข้มต่ำ โดยใช้เซ็นเซอร์ที่วางอยู่บนผิวหนังที่รวบรวม การตอบสนองจากเซ็นเซอร์อื่นๆ ที่อยู่ห่างออกไป จึงบันทึกระยะเวลาที่การตอบสนองจะเกิดขึ้นเมื่อขับรถจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง อื่น.

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• Gilman, S และ Winans, S. (1989). หลักกายวิภาคศาสตร์คลินิกและสรีรวิทยา พิมพ์ครั้งที่สอง. บทบรรณาธิการคู่มือสมัยใหม่ เม็กซิโก.
• ชมิดต์, ร. F., Dudel, J., Jaenig, W., & Zimmermann, M. (2012). พื้นฐานของสรีรวิทยา Springer Science & สื่อธุรกิจ