Электрокардиология – метод регистрации электрических явлений, возникающих в сердце во время его сокращения

Электрокардиография

Реферат студента ДМУ Р.Е. Синцова.

Электрокардиология – метод регистрации электрических явлений, возникающих в сердце во время его сокращения.

В покое с внешней стороны мембраны единичного мышечного волокна концентрируются положительные ионы, а с внутренней ее стороны – отрицательные. Положительные и отрицательные заряды нейтрализуют друг друга. Если в этот момент соединить концы мышечного волокна с полюсами чувствительного гальванометра, то стрелка гальванометра останется на нулевой отметке, т. к. разности потенциалов нет.

Возбуждение охватывает клетку неодномоментно. Возбужденный участок мембраны заряжается отрицательно по отношению к невозбужденному. Процесс перезарядки клеточной мембраны называется деполяризацией. Обратное восстановление полярности клетки – реполяризация. Разность потенциалов отклоняет стрелку гальванометра.

По мере охвата возбуждением новых участков клетки разность потенциалов меду возбужденными и невозбужденными участками клетки увеличивается, соответственно будет увеличиваться и отклонение стрелки гальванометра. Это отклонение наибольшее, когда возбуждением охвачена половина клетки.

Если гальванометр снабдить пишущим устройством, то можно графически регистрировать разность потенциалов по времени. Это и есть схематический принцип работы “Кардимакса-002”. Полученная графическая кривая состоит из двух волн: зубец, направленный кверху характеризует деполяризацию, а зубец, направленный вниз – реполяризацию мембраны мышечного волокна.

Электрическое поле единичного мышечного волокна имеет определенное направление и силу и может быть изображено графически в виде стрелки-вектора. Направление и величина электрического вектора постоянно меняется в зависимости от хода волны возбуждения. Он максимален в момент охвата возбуждением половины клетки.

Электроды гальванометра можно расположить по-разному по отношению к стрелке вектора:

а) перпендикулярно длиннику клетки, а, следовательно, и к вектору. Волна возбуждения достигает обоих полюсов гальванометра одновременно. Следовательно, разность потенциалов не зарегистрируется;

б) под углом к длиннику клетки. Волна возбуждения достигает обоих полюсов гальванометра не одновременно и зарегистрируется векторная разность потенциалов;

в) параллельно длиннику клетки. В этом случае гальванометр зафиксирует наибольшую разность потенциалов.

Таким образом, отклонения гальванометра будут тем больше, чем меньше угол между линией, соединяющей электроды с направлением электрического вектора клетки. Направление этого вектора близко соответствует направлению анатомической оси волокна.

Миокард состоит из множества волокон и при их возбуждении отдельные векторы волокон складываются в более крупные. Эта суммация векторов происходит по правилу параллелограмма. Более крупные векторы складываются в конечном итоге в общий интегральный вектор сердца – ИВ. Его направление определяется анатомическим положением сердца в грудной клетке и ходом волны возбуждения. В соответствии с главной осью сердца в момент наибольшей разности потенциалов ИВ направлен справа налево, сверху вниз, сзади наперед.

Электрическое поле сердца проецируется на всю поверхность человеческого тела. По состоянию этого поля можно судить о нормальном состоянии или об изменениях силы и направлениях ИВ.

Оптимальное расположение электродов на теле исследуемого – отведения – были предложены крупнейшим немецким физиологом В. Эйтховеном. Эти отведения называются стандартными.

I отведение – электроды накладываются на левую и правую руку и линия, их соединяющая, располагается под углом к ИВ.

II отведение – правая рука и левая нога. Линия, соединяющая эти точки, почти параллельна ИВ.

III отведение – левая рука и левая нога. Электроды располагаются под углом к интегральному вектору.

Рисунок 1. Стандартные отведения Эйтховена.

Полученная при графической записи в этих отведениях характерная кривая и есть электрокардиограмма. Она напоминает кривую возбуждения единичного мышечного волокна, но имеет более сложный вид.

ЭКГ фиксирует деполяризацию и реполяризацию зубцами, направленными в одну сторону. Стандартные отведения составляют как бы стороны равностороннего треугольника, в который заложен ИВ.

Любая ЭКГ состоит из нескольких зубцов, сегментов и интервалов, отображающих сложный процесс распространения волны возбуждения по сердцу.

Рисунок 2. Сегменты и зубцы нормальной ЭКГ.

Каждый из сегментов электрокардиограммы соответствует биоэлектрической активности различных отделов сердца:

· Зубец Р соответствует периоду электрического возбуждения обоих предсердий. Длительность его в среднем около 0,1 с.

· Сегмент PQ, т. е. расстояние между концом зубца Р и зубцом Q, представляет собой период прохождения импульса через атриовентрикулярный узел (в норме его продолжительность равна 0,12-0,18 с).

· Комплекс зубцов QRST называют желудочковым, так как он отражает процесс распространения возбуждения в желудочках.

· Направленный вниз зубец Q соответствует возбуждению сосочковых мышц. Его длительность около 0,03 с.

· Самый высокий (особенно во втором отведении) направленный вверх зубец R отражает распространение возбуждения по основаниям желудочков.

· Зубец S, направленный вниз, соответствует полному охвату возбуждением всех желудочков. Длительность комплекса QRS равна 0,06-0,09 с.

· Зубец Т — самый меняющийся в электрокардиограмме. Он отражает процессы восстановления потенциала сердцем.

· Сегмент ST рассматривается относительно изоэлектрической линии. Очень важным для электрокардиографической диагностики является положение этого сегмента. Смещения сегмента ST вверх или вниз от изоэлектрической линии в комбинации с другими изменениями электрокардиограммы свидетельствуют о нарушении кровоснабжения сердца.

· Сегмент ТР (от конца зубца Т до начала зубца Р) — это диастола сердца. Общая продолжительность комплекса QRST составляет около 0,36 с.

· Иногда в электрокардиограмме появляется зубец U. В норме он следует спустя 0,02–0,04 с. после зубца T. Происхождение этого зубца до конца не выяснено. Считается, что он отражает последовую реполяризацию волокон проводящей системы сердца, но имеются и другие гипотезы.

Форма электрографических комплексов и величина зубцов P, Q, R, S и T различны в разных электрокардиографических отведениях и определяются величиной и направлением проекции моментных векторов ЭДС сердца на ось того или иного отведения. Следует отметить, что, если проекция моментного вектора направлена в сторону положительного электрода отведения, на ЭКГ регистрируется отклонение вверх от изолинии – положительные зубцы P, R или T. Если проекция вектора обращена в сторону отрицательного электрода, на ЭКГ фиксируется отклонение вниз от изолинии – отрицательные зубцы P, Q, S или T. В случае, когда моментный вектор перпендикулярен оси отведения, его проекция на эту ось равна нулю и на ЭКГ не регистрируется отклонение от изолинии. Если же в течение цикла возбуждения вектор меняет свое направление по отношению к полюсам оси отведений, то зубец становится двухфазным, т. е. отклоняется то вверх, то вниз от изолинии. Часто встречается ситуация, когда средний результирующий вектор (P, QRS или T) перпендикулярен оси отведения и его проекция на ось этого отведения равна нулю. В этих случаях в данном отведении будут регистрироваться, как правило, два одинаковых по амплитуде, но противоположных по направлению зубца (например, R и S), алгебраическая сумма которых равна нулю.

Анализ же любой ЭКГ должен начинаться с проверки правильности техники ее регистрации. Во-первых, необходимо обратить внимание на наличие разнообразных помех, которые могут быть обусловлены наводными токами, мышечным тремором, плохим контактом электродов с кожей и другими причинами. Если помехи значительны, ЭКГ следует переснять.

Рисунок 3. Помехи, возникающие при регистрации ЭКГ.

а — наводные токи — сетевая наводка в виде правильных колебаний с частотой 50 Гц;

б — “плавание” (дрейф) изолинии в результате плохого контакта электрода с кожей;

в — наводка, обусловленная мышечным тремором (видны неправильные частые колебания).

Во-вторых, необходимо проверить амплитуду контрольного милливольта, которая должна соответствовать 10 мм.

Также следует учитывать, что ширина комплекса QRS обычно не превышает 4 – 6 мм (0,08 - 0,12 с), а интервал Q – T –20 мм (0,4 с), а ширина комплекса QRS, как правило , не превышает 2 – 3 мм (0,08 -0,12 с), интервала Q – T –10 мм(0,4 с).

Чтобы избежать ошибок интерпретации электрокардиографических изменений, при анализе любой ЭКГ нужно строго придерживаться определенной схемы ее расшифровки,.

Общая схема (план) расшифровки ЭКГ

I. Анализ сердечного ритма и проводимости:

1. Оценка регулярности сердечных сокращений;

2. подсчет числа сердечных сокращений;

3. определение источника возбуждения;

4. оценка функции проводимости;

I. Определение поворотов сердца вокруг переднезадней, продольной и поперечной осей:

1. определение положения электрической оси сердца во фронтальной плоскости;

2. определение поворотов сердца вокруг продольной оси;

3. определение поворотов сердца вокруг поперечной оси.

I. Анализ предсердного зубца P.

II. Анализ желудочкового комплекса QRST:

1. анализ комплекса QRS;

2. анализ сегмента RS – T;

3. анализ зубца T;

4. анализ интервала Q – T/

V. Электрокардиографическое заключение.

Одной из важных областей применения математических методов является физиология и патофизиология кровообращения и кардиология. Методы математического моделирования используются при исследовании гемодинамики, микроциркуляции, регулирования сердечной деятельности и тонуса сосудов, биоэлектрических процессов в миокарде. В последнее время большое развитие получило моделирование электрической активности миокарда.

При построении математических моделей биоэлектрических процессов в миокарде последний рассматривается как генератор биотоков.

Самой простой моделью ЭГС является токовый диполь. Известно, что в электрическом поле сердца наиболее существенную роль играют не дипольные компоненты, а мультиполя более высоких порядков. Другая адекватная модель ЭГС основана на его представлении в виде двойного электрического слоя на поверхности сердечной мышцы.

Следует также отметить, что большое значение для изучения патологических процессов в сердце имеет математическое описание распространения возбуждения в миокарде. С этой целью используются модели теории возбудимых сред. В зависимости от характера взаимодействия между клетками (элементами возбудимой среды) последние можно разделить на два класса: синцитии и нейронные сети. В синцитиях взаимодействие обеспечивается прямым электрическим контактом между клетками, а в нейронных сетях – с помощью электрохимических механизмов синоптической передачи.

Анализ периодов или некоторые его модификации успешно применяются при анализе биоэлектрических процессов ЭКГ. На рис. 4 показана последовательность прямоугольных импульсов, генерированных положительными импульсами зубцами ЭКГ и ее первой производной. Вопросы выяснения того, какую физиологическую информацию несут эти прямоугольные импульсы, представляют большой интерес.

Анализ электрофизиологической информации с использованием аппарата математической статистики является плодотворным методом изучения ряда закономерностей функционирования живого организма.

В электрофизиологических исследованиях весьма часто встречаются задачи, связанные с обработкой процессов типа импульсной активности ЭКГ. Следует отметить, что обработка сигналов подобного рода эффективно осуществляется на ЦВМ или появившихся в последние годы гибридных (аналого-цифровых) устройствах, которые лучше приспособлены для анализа подобного рода активности. Особенно это замечание касается изучения формы импульсов, что требует учета частотных составляющих порядка единиц килогерц. При использовании ЦВМ представляется возможность исследовать почти неограниченное количество данных измерений и различных методов анализа.

Также с помощью АВМ оказывается возможным вычислять с достаточной точностью весьма важный параметр низкочастотных импульсных процессов (типа ЭКГ) – длительность межимпульсных интервалов (R – R интервалов в случае ЭКГ).

Известно, что расшифровка электрокардиограмм является одной из наиболее часто встречающихся процедур как в исследовательской работе, так и в клинике. Если ЭКГ зафиксирована на бумаге или фотопленке, то ее ручной анализ занимает значительное количество времени. Поэтому для измерения длительностей R – R интервалов были разработаны различные электромеханические системы регистрации интервалов (интервалографы) и более совершенные электронные кардиотахометры. Использование АВМ ускоряет выполнение подобной задачи. Схемы вычисления R – R интервалов должны включать в свой состав логические устройства сравнения (типа логического сложения). В ряде АВМ есть специализированные блоки, позволяющие очень просто осуществить операцию сравнения. Так, основным блоком схемы вычисления длительности R – R интервалов является генератор пилообразного напряжения (интегратор, на вход которого подано постоянное напряжение). Входной сигнал ЭКГ поступает на блок операционного реле (БОР), где сравнивается с некоторым постоянным напряжением. Когда сигнал превысит уровень опорного напряжения, БОР вырабатывает прямоугольный импульс постоянной амплитуды с длительностью, равной времени превышения. В результате срабатывания реле, контакты которого замыкают емкость в цепи обратной связи интегратора, работающего здесь в режиме генерации пилообразного напряжения, этот генератор устанавливается в начальное состояние. После чего начнется новый цикл работы. Максимальная величина выходного сигнала генератора пилообразного напряжения строго пропорциональна времени между двумя следующими друг за другом импульсами, подаваемыми на вход схемы.

С помощью описанной схемы можно измерять межимпульсные интервалы и других биоэлектрических процессов. Ограничения при использовании подобной схемы измерения накладываются на частоту следования импульсов исходного процесса. Важным моментом является также длительность самих импульсов (вследствие инерционности реле).

Среди многочисленных методов медицинской диагностики, ведущее место справедливо принадлежит электрокардиографии. Этот метод исследования биоэлектрической активности сердца является незаменимым в диагностике нарушений ритма и проводимости, гипертрофий желудочков и предсердий, ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и других заболеваний сердца.

Электрокардиограмма (ЭКГ) представляет собой запись суммарного электрического потенциала, возникающего при возбуждении множества клеток сердца. Поскольку возбуждение в сердце охватывает огромное количество клеток, сердце выступает в роли электрического генератора. В то же время ткани организма обладают высокой электропроводностью, что позволяет регистрировать электрические потенциалы сердца с поверхности тела, прикладывая отводящие электроды к его определенным участкам. Эта методика получила название электрокардиографии.