Bioelectromagnetismul

Bioelectromagnetismul este disciplina care studiaza fenomele electrice,

magnetice si electromagnetice ce apar la nivelul tesuturilor biologice.

Fenomenele studiate sunt:

- comportamentul tesutului excitabil

- curentii si potentialele electrice

- raspusul tesutului excitabil la stmularea electrica si

magnetica

- proprietatile electrice si magnetice intrinseci ale tesutului

excitabil

- campul magnetic produs de tesut

Bioelectromagnetismul poate fi clasificat:

Dupa ecuatiile lui Maxwell astfel:

A. Bioelectricitatea

B. Bioelectromagnetismul

C. Biomagnetismul

Dupa principiul reciprocitatii:

I. Masurarea campului electric sau magnetic produs de o sursa

bioelectrica sau de un material magnetic

II. Stimularea electrica prin folosirea unui camp electric sau

magnetic

III. Masurareaproprietatilo electrice sau magnetice intrinseci ale

tesutului excitabil

Fig. 1. Organizarea bioelectromagnetismului in subdiviziuni, in functie de ecuatiile lui

Maxwell si principiul reciprocitatii

I. Masurarea campului electric sau magnetic se refera la

semnalele electrice sau magnetice produse de activitatea tesuturilor

vii. In aceasta subdiviziune a bioelectromagnetismului se masoara

energia electromagnetica produsa de tesuturile vii, atat din punct de

vedere electric, cat si din punct de vedere magnetic.

Masurarea campurilor

A. Bioelectricitatea

- Celule neuronale: electroencefalografia (EEG),

electroneurografia (ENG), electroretinografia (ERG)

- Celule musculare: electrocardiografia (ECG),

electromiografia (EMG)

- Alte tipuri de tesuturi: electro-oculografia (EOG)

B. Electrobiomagnetismul

- Celule neuronale: magnetoencefalografia (MEG),

magnetoneurografia (MNG), magnetoretinografia (MRG)

- Celule musculare: magnetocardiografia (MCG),

magnetomiografia (MMG)

- Alte tipuri de tesuturi: magneto-oculografia (MOG)

C. Biomagnetismul

- Alte tipuri de tesuturi: magnetopneumograma,

magnetohematograma

II. Stimularea si magnetizarea

A. Bioelectricitatea

- Stimulare: stimularea electrica a sistemului nervos

central sau a unei unitati motorii, stimularea electrica a

inimii, defibilarea inimii

- Terapie: electroterapia

B. Electrobiomagnetismul

- Stimulare: stimularea magnetica a sistemului nervos

central sau a unei unitati motorii, stimularea magnetica a

inimii, defibilarea magnetica a inimii

- Terapie: electromagnetoterapia

C. Biomagnetismul

- Terapie: magnetoterapia

- Magnetizarea: magnetizarea materialelor feromagnetice

III. Masurarea proprietatilor intrinseci

A. Bioelectricitatea

- Masurarea electrica a impedantei, impedanta in

cardiografie, impedanta in pneumografie, impedanta in

tomografie, raspunsul electrodermal (EDR)

B. Electrobiomagnetismul

- Masurarea magnetica a impedantei electrice,

C. Biomagnetismul

- Masurarea susceptabilitatii magnetice, masurarea

remanentei magnetice, imagistica prin rezonanta

magnetica (MRI)

Magnetocardiografia (MCG)

Magnetocardiografia (MCG) este o tehnica neinvaziva prin care se

studiaza activitatea magnetica a inimii. Aceasta explorare imagistica este

facilitata de utilizarea unui dispozitiv cuantic superconductor de interferenta

( SQUID ) acestea fiind cele mai sensibile detectoare de flux magnetic.

Metoda maparii campului magnetic:

In electrocardiografie, maparea distributiei potentialelor electrice la

nivelul toracelui a fost aplicata primadata inca de la detectia electocardiogramei

(1887). In mod similar, in magnetocardiografie, maparea campului magnetic in

jurul toracelui a fost un instrument de cercetare.

Desi campul magnetic este un vector reprezentat de 3 componente,

metoda maparii a fost aplicata pentru inregistrarea unei singure componente a

campului magnetic dispus in jurul toracelui.

Fig. 2. Similaritati privind liniile de camp electric si liniile campului magnetic.

Maparea campului magnetic pe componenta x

Semnalul MCG este redat de activitatea electrica a muschiului inimii.

Fig.3. Reprezentare schematica a generarii componentei x a semnalului MCG

In functie de informatiile necesare, se pot face doua tipuri de

Magnetocardiografii (MCG). Masurarea unipolara concentreaza sensibilitatea

doar pe regiunea anterioara a inimii, actiune denumita efect de proximitate.

Acest efect poate fi compensat utilizand MCG-ul bipolar, in care

masurarea se face si pe regiunea posterioara a inimii.

Fig.4. Tipuri de MCG:

(A) Masurarea unipolara – regiunea anterioara a inimii

(B) Masurarea bipolara – regiunea anterioara si regiunea posterioara a inimii

Avantajele magnetocardiografiei:

Pearmeabilitatea magnetica a tesuturilor este unul din marele avantaje

MCG. Spre deosebire de electrocardiografie (ECG), in cazul MCG semnalele

nu sunt atenuate de structurile anatomice invecinate. Datorita acestui avantaj,

utilizand masurarea bipolara, se poate inregistra si activitatea regiunii

posterioare a inimii. In cazul ECG, datorita resistentei crescute a tesutului

pulmonar, masurarea activitatii regiunii posterioare a inimii se face folosind un

electrod esofagian suplimentar ceea ce ridica costurile explorarii si mareste

discomfortul pacientului.

Un alt avantaj important este posibilitatea masurarii MCG a fatului. In

anumite perioade ale sarcinii, explorarea de tip ECG poate fi ingreunata.

Deasmenea, in cazul explorarii MCG, nu este nevoie de contactul direct

cu pielea pacientului si folosirea de electrozi suoplimentari. Acesta reprezinta

un mare avantaj in cazul pacientilor cu arsuri la nivelul pielii.

Dispozitivele de tip SQUID sunt capabile sa masoare semnalele de tip

DC ce sunt asociate schimbarilor din segmental S-T, in cazul infarctului

miocardic. Acest tip de semnale pot fi obtinute si prin intermediul ECG, dar cu

mare dificultate.

Dezavantajele magnetocardiografiei:

Explorarea de tip MCG se utilizeaza in situatii mai complexe datorita

costurilor ridicate ale explorari. Spre exemplu pentru a inregistra ritmul cardiac

se foloseste in general ECG-ul.

Utilizarea echipamentului de tip SQUID, a helium-ului lichid si a unui

mediu cu zgomot redus este mult mai costisitor decat in cazul exploararii ECG.

Totusi in ultimul timp, datorita dezvoltarii tehnologiei de tip SQUID, aceste

preturi incep sa se reduca. La momentul actual, nu mai este necesara o camera

special ecranata pentru efectuarea explorarii MCG.

In viitorul apropiat se pare ca va fi posibil, deasemenea, utilizarea

dizpozitivelor SQUID pe baza de nitrogen lichid, ceea ce va reduce mult

costurile de operare ale acestei investigatii.

Bibliografie:

1. Robert Plonsey, Jaakko Malmivuo, 1995 Ofxord university press Bioelectricmagnetism - Priciples and aplications of bioelectricand biomagnetic fields

2. National Taiwan university, Departamen of physics, 2002 Superconducting quantum interference device