Понятие о природе электрографических сигналов. Физические основы электрокардиографии.

У человека и животных органы, состоящие из возбудимых тканей (их обычно называют электрически активными), при своей работе создают в окружающем пространстве электрические поля с определенным распределением потенциала, которое отражает функциональное состояние этих органов.

Кривая, которая отображает изменение во времени разности потенциалов на поверхности органа, ткани, всего тела человека или животного, происходящее вследствие возбуждения соответствующих органов и тканей, называется электрограммой.

Электрокардиограмма (ЭКГ) – следствие распространения возбуждения по сердечной мышце, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – по головному мозгу, электромиограмма (ЭМГ) – по скелетным мышцам и т.д.

Рассмотрим метод исследования электрической активности сердца – электрокардиографию.

Её родоначальником является голландский врач Эйнтховен, лауреат Нобелевской премии 1924г. Он первый предложил рассматривать сердце как диполь с дипольным моментом и назвал его интегральным электрическим вектором сердца. Этот вектор расположен в центре равностороннего треугольника во фронтальной плоскости тела и известен теперь как «треугольник Эйнтховена». Его вершинами являются правое R(right) и левое L(left) плечо и основание торса F(foot) (рис. 5). Однако в целях удобства пациентов и персонала для наложения электродов при снятии ЭКГ используются не эти точки, а запястья рук и голень левой ноги, при этом сами конечности играют лишь роль естественных «проводников» примерно равной длины.

F

L

R

I

II

III

Рис. 5. Треугольник Эйнтховена и стандартные отведения

D

Разность потенциалов между двумя определенными точками на теле человека называется отведением. Отведения, предложенные Эйнтховеном, называют «стандартными». ЭКГ в этих отведениях определяют проекции интегрального электрического вектора сердца на стороны треугольника Эйнтховена. По этим проекциям можно определить величину и направление интегрального электрического вектора сердца в каждом моменте работы сердца и сделать вывод о состоянии органа. Таким образом можно подойти к решению задачи клинической диагностики в кардиологии.

Разность потенциалов U_I между правой рукой и левой рукой называют I отведением Эйнтховена, U_II между правой рукой и левой ногой – II отведением и U_III между левой рукой и левой ногой – III отведением. При этом выполняется закон Эйнтховена: в любой момент времени алгебраическая сумма напряжений первого (I) и третьего (III) отведений должна быть равна напряжению второго (II) отведения:

U_I +U_III = U_II (1)

 

На практике кроме этих 3-х стандартных отведений регистрируют еще 9 отведений: 3 усиленных и 6 грудных.

Типичный вид электрокардиограммы (ЭКГ) в одном из отведений приведен на рис. 6, где латинскими буквами P, Q, R, S, T обозначены ее основные зубцы, и указаны временные интервалы между ними.

Рис. 6. Вид двух последовательных кардиоциклов стандартной ЭКГ и калибровочного сигнала с амплитудой 1мВ. Показаны основные зубцы и основные временные интервалы.

F

L

R

I

II

III

Рис.

11

. Треугольник

Эйнт

ховена и

стандартные отведения

PQ -

сегмент

t, c

U, мВ

Для понимания происхождения ЭКГ коротко рассмотрим некоторые электрофизиологические свойства сердца.

В соответствии с двумя функциями сердца – механической и электрической – мышца сердца состоит из сократительного (рабочего) миокарда и проводящей системы. Сократительный миокард обеспечивает, главным образом, механическое сокращение сердца и движение крови по сосудистому руслу. Проводящая система предназначена для формирования и проведения электрических импульсов возбуждения. Для сердца в норме основным генератором электрических импульсов, вызывающих возбуждение, является синусовый узел, расположенный в правом предсердии.

Показано, что все клетки сердечной мышцы (мышечные волокна) обладают способностью и к электрическому возбуждению и к механическому сокращению. Однако, по анатомическим и физиологическим свойствам клетки проводящей системы выполняют, главным образом, первую функцию. Клетки сократительного миокарда – и первую, и вторую. Сокращение здесь является ответом на возбуждение.

Вернемся к рис. 6. Здесь выделяют предсердный и желудочковый комплексы. Предсердный комплекс начинается с зубца Р. Он соответствует распространению возбуждения по обоим предсердиям. Далее следует сегмент PQ, в течение которого все отделы предсердий охвачены возбуждением; QRS – комплекс отражает распространение возбуждения по желудочкам (деполяризацию желудочков). Сегмент ST соответствует возбужденному состоянию всех их отделов; зубец T характеризует переход желудочков в невозбужденное состояние (реполяризацию желудочков). Время деполяризации и реполяризации желудочков равно длительности их потенциала действия (примерно 0,3-0,4 с).

Форма ЭКГ, амплитуды зубцов и интервалы между ними являются диагностически значимыми. Амплитуды зубцов в норме лежат в пределах 0,1-5 мВ. Сохранение во времени формы, фазы и амплитуды рассмотренной кривой означает нормальную, уверенную работу сердца. Различные отклонения от нормы характеризуют те или иные нарушения сердечной деятельности.

Рис. 7. Восстановление нормальной ЭКГ после дефибрилляции

 

На рис.7 слева от стрелки показана ЭKГ при фибрилляции желудочков, справа – нормальная ЭКГ после дефибрилляции.

Электрокардиограмму получают с помощью прибора, называемого электрокардиограф.