Електроди накладають (дивіться малюнок) на правій руці (червоне маркування), лівій руці (жовте маркування) та на лівій нозі (зелене маркування). Ці електроди попарно підключаються до електрокардіограф для реєстрації кожного з трьох стандартних відведень. Четвертий електрод встановлюється на праву ногу для підключення проводу заземлення (чорне маркування)
Стандартні відведеннявід кінцівок реєструють при наступному попарному підключенні електродів:
I відведення - ліва рука(+) та права рука (-);
II відведення - ліва нога (+) та права рука (-);
III відведення - ліва нога (+) та ліва рука (-).
Як видно на малюнку вище, три стандартні відведення утворюють рівносторонній трикутник (трикутник Ейнтховена), у центрі якого розташований електричний центр серця, або єдиний серцевий диполь. Перпендикуляри, з центру серця, тобто. з місця розташування єдиного серцевого диполя, до осі кожного стандартного відведення, ділять кожну вісь на дві рівні частини: позитивну, звернену у бік позитивного (активного) електрода (+) відведення, та негативну, звернену до негативного електрода (-)
Посилені відведення ЕКГ від кінцівок
Посилені відведення від кінцівок реєструють різницю потенціалів між однією з кінцівок, на якій встановлений активний позитивний електрод даного відведення, та середнім потенціалом двох інших кінцівок (див. малюнок нижче). Як негативний електрод у цих відведеннях використовують так званий об'єднаний електрод Гольдбергера, який утворюється при з'єднанні через додатковий опір двох кінцівок.Три посилених однополюсних відведення від кінцівок позначають так:
aVR – посилене відведення від правої руки;
aVL – посилене відведення від лівої руки;
aVF – посилене відведення від лівої ноги.
Як бачимо на малюнку нижче, осі посилених однополюсних відведень від кінцівок отримують, з'єднуючи електричний центр серця з місцем накладання активного електрода даного відведення, тобто. фактично - з однією з вершин трикутника Ейнтховена.
Формування трьох посилених однополюсних відведень кінцівок. Внизу - трикутник Ейнтховена та розташування осей трьох посилених однополюсних відведень від кінцівок
Електричний центр серця ділить осі цих відведень на дві рівні частини: позитивну, звернену до активного електрода, і негативну, звернену до об'єднаного електрода Гольдбергера
ЛЕКЦІЯ 13 ДИПОЛЬ. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОГРАФІЇ
ЛЕКЦІЯ 13 ДИПОЛЬ. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЕЛЕКТРОГРАФІЇ
1. Електричний диполь та його електричне поле.
2. Диполь у зовнішньому електричному полі.
3. Струмовий диполь.
4. Фізичні засади електрографії.
5. Теорія відведень Ейнтховена, три стандартні відведення. Поле диполя серця, аналіз електрокардіограми.
6. Векторкардіографія.
7. Фізичні фактори, Що визначають ЕКГ
8. Основні поняття та формули.
9. Завдання.
13.1. Електричний диполь та його електричне поле
Електричний диполь- система з двох рівних за величиною, але протилежних за знаком точкових електричних зарядів, розташованих на певній відстані один від одного.
Відстань між зарядами називається плечем диполя.
Основною характеристикою диполя є векторна величина, яка називається електричним моментомдиполя (P).
Електричне поле диполя
Диполь є джерелом електричного поля, силові лінії та еквіпотенційні поверхні якого зображені на рис. 13.1.
Мал. 13.1.Диполь та його електричне поле
Центральна еквіпотенційна поверхня є площиною, що проходить перпендикулярно плечу диполя через його середину. Усі її точки мають нульовий потенціал (φ = 0). Вона ділить електричне поле диполя на дві половини, точки яких мають відповідно позитивні (φ > 0) та негативні (φ < 0) потенциалы.
Абсолютна величина потенціалу залежить від дипольного моменту Р, діелектричної проникності середовища ε та від положення даної точки поля щодо диполя. Нехай диполь знаходиться в бездротовому середовищі і деяка точка А віддалена від його центру на відстань r >> λ (Рис. 13.2). Позначимо через α кут між вектором Р та напрямком на цю точку. Тоді потенціал, створюваний диполем у точці А, визначається такою формулою:
Мал. 13.2.Потенціал електричного поля, створеного диполем
Диполь у рівносторонньому трикутнику
Якщо диполь помістити у центр рівностороннього трикутника, він буде равноудален от всіх його вершин (на рис. 13.3 диполь зображений вектором дипольного моменту - Р).
Мал. 13.3.Диполь у рівносторонньому трикутнику
Можна показати, що в цьому випадку різниця потенціалів (напруга) між двома будь-якими вершинами прямо пропорційна проекції дипольного моменту на відповідну сторону (U AB ~ P AB). Тому відношення напруги між вершинами трикутника дорівнює відношенню проекцій дипольного моменту на відповідні сторони:
Зіставляючи величини проекцій, можна судити про величину самого вектора та його розташування всередині трикутника.
13.2. Диполь у зовнішньому електричному полі
Діполь не тільки самє джерелом електричного поля, а й взаємодіє із зовнішнім електричним полем, створеним іншими джерелами.
Диполь у однорідному електричному полі
В однорідному електричному полі напруженістю E на полюси диполя діють рівні за величиною та протилежні за напрямом сили (рис. 13.4). Оскільки сума таких сил дорівнює нулю, поступального руху вони не викликають. Однак вони
Мал. 13.4.Диполь у однорідному електричному полі
створюють обертальний момент, Величина якого визначається наступною формулою:
Цей момент «прагне» розташувати диполь паралельно до ліній поля, тобто. перевести його з деякого положення (а) до положення (б).
Диполь у неоднорідному електричному полі
У неоднорідному електричному полі величини сил, що діють на полюси диполя (сили F + та F - на рис. 13.5), неоднакові, та їх сума не дорівнює нулюТому виникає рівнодіюча сила, що втягує диполь в область сильнішого поля.
Величина сили, що втягує, діє на диполь, орієнтований уздовж силової лінії, залежить від градієнта напруженості і обчислюється за формулою:
Тут вісь Х - напрямок силової лінії у тому місці, де знаходиться диполь.
Мал. 13.5.Диполь у неоднорідному електричному полі. Р - дипольний момент
13.3. Струмовий диполь
Мал. 13.6.Екранування диполя у провідному середовищі
У непровідному середовищі електричний диполь може зберігатися скільки завгодно довго. Але у провідній середовищі під впливом електричного поля диполя виникає усунення вільних зарядів, диполь екранується і перестає існувати (рис. 13.6).
Для збереженнядиполя у провідному середовищі необхідна електрорушійна сила. Нехай у провідне середовище (наприклад, у посудину з розчином електроліту) введено два електроди, підключені до джерела постійної напруги. Тоді на електродах будуть підтримуватися постійні заряди протилежних знаків, а серед електродів виникне електричний струм. Позитивний електрод називають витоком струму,а негативний - стоком струму.
Двополюсна система у провідному середовищі, що складається з витоку та стоку струму, називається дипольним електричним генераторомабо струмовим диполем.
Відстань між витоком та стоком струму (L) називається плечемструмового диполя.
На рис. 13.7,а суцільними лініями зі стрілками зображені лінії струму, що створюється дипольним електричним генерато-
Мал. 13.7.Токовий диполь та його еквівалентна електрична схема
ром,а пунктирними лініями – еквіпотенційні поверхні. Поруч (рис. 13.7, б) показана еквівалентна електрична схема: R - опір провідного середовища, в якому знаходяться електроди; r - внутрішній опір джерела, ε - його е.р.с.; позитивний електрод (1) - виток струму;негативний електрод (2) - стік струму.
Позначимо опір середовища між електродами через R. Тоді сила струму визначається законом Ома:
Якщо опір середовища між електродами значно менше, ніж внутрішній опір джерела, I = ε/r.
Для того щоб зробити картину наочнішою, уявімо, що в посудину з електролітом опущені не два електроди, а звичайний елемент живлення. Лінії електричного струму, що виник у посудині в цьому випадку, показано на рис. 13.8.
Мал. 13.8.Токовий диполь та створені ним лінії струму
Електричною характеристикою струмового диполя є векторна величина, що називається дипольним моментом(Р T).
Дипольний моментструмового диполя - вектор, спрямований від стоку(-) до витоку(+) і чисельно рівний добутку сили струму на плече диполя:
Тут - питомий опір середовища. Геометричні характеристики такі ж, як на рис. 13.2.
Таким чином, між струмовим диполем і електричним диполемІснує повна аналогія.
Теорія струмового диполя застосовується для модельного пояснення виникнення потенціалів, що реєструються під час зняття електрокардіограм.
13.4. Фізичні основи електрографії
Живі тканини є джерелом електричних потенціалів. Реєстрація біопотенціалів тканин та органів називається електрографією.
У медичної практикивикористовують такі діагностичні методи:
ЕКГ - електрокардіографія- реєстрація біопотенціалів, що виникають у серцевому м'язі при її збудженні;
ЕРГ - електроретинографія- реєстрація біопотенціалів сітківки ока, що виникають внаслідок дії на око;
ЕЕГ - електроенцефалографія- реєстрація біо електричної активностіголовного мозку;
ЕМГ – електроміографія – реєстрація біоелектричної активності м'язів.
Прикладна характеристика біопотенціалів, що реєструються при цьому, зазначена в табл. 13.1.
Таблиця 13.1Характеристики біопотенціалів
Під час вивчення електрограм вирішуються дві задачи: 1) пряма - з'ясування механізму виникнення електрограми чи розрахунок потенціалу області вимірювання за заданими характеристиками електричної моделі органа;
2) зворотна (діагностична) – виявлення стану органу за характером його електрограми.
Майже у всіх існуючих моделях електричну активність органів та тканин зводять до дії певної сукупності струмових електричних генераторів,що знаходяться в об'ємному електропровідному середовищі. Для струмових генераторів виконується правило суперпозиції електричних полів:
Потенціал поля генераторів дорівнює сумі алгебри потенціалів полів, створюваних генераторами.
Подальший розгляд фізичних питань електрографії показано з прикладу електрокардіографії.
13.5. Теорія відведень Ейнтховена, три стандартні відведення. Поле диполя серця, аналіз електрокардіограм
Серце людини - потужний м'яз. При синхронному збудженні безлічі волокон серцевого м'яза в середовищі, що оточує серце, тече струм, який навіть на поверхні тіла створює різниці потенціалів близько кількох мВ. Ця різниця потенціалів реєструється під час запису електрокардіограми.
Моделювати електричну активність серця можна з використанням дипольного електричного еквівалентного генератора.
Дипольне уявлення про серце лежить в основі теорії відведень Ейнтховена,згідно з якою:
серце є токовий диполь з дипольним моментом Р с, який повертається, змінює своє положення та точку застосування за час серцевого циклу.
(У біологічній літературі замість терміна "дипольний момент серця" зазвичай використовуються терміни "вектор електрорушійної сили серця", "електричний вектор серця".)
За Ейнтховеном, серце розташовується у центрі рівностороннього трикутника, вершинами якого є: права рука – ліва рука – ліва нога. (Вершини трикутника рівновіддалені як друг
від друга, і від центру трикутника.) Тому різниці потенціалів, зняті між цими точками, суть проекції дипольного моменту серця на сторони цього трикутника. Пари точок, між якими вимірюються різниці біопотенціалів, з часів Ейнтховена у фізіології прийнято називати «відведеннями».
Таким чином, теорія Ейнтховена встановлює зв'язок між різницею біопотенціалів серця та різницею потенціалів, що реєструються у відповідних відведеннях.
Три стандартні відведення
На малюнку 13.9 представлено три стандартні відведення.
Відведення I (права рука – ліва рука), відведення II (права рука – ліва нога), відведення III (ліва рука – ліва нога). Їм відповідають різниці потенціалів U I, U II, U lII. Напрямок вектора Р звизначає електричну вісь серця. Лінія електричної осі серця при перетині з напрямком I відведення утворює кут α. Величина цього кута визначає напрямок електричної осі серця.
Співвідношення між різницею потенціалів на сторонах трикутника (відведеннях) можуть бути отримані відповідно до формули (13.3) як співвідношення проекцій вектора Р з боку трикутника:
Так як електричний момент диполя - серця - змінюється з часом, то у відведеннях будуть отримані тимчасові залежності напруги, які називають електрокардіограм.
Мал. 13.9.Схематичне зображення трьох стандартних відведеньЕКГ
Припущення теорії Ейнтховена
Електричне поле серця на великих відстаняхвід нього подібно до поля струмового диполя; дипольний момент - інтегральний електричний вектор серця (сумарний електричний вектор збуджений в Наразіклітин).
Всі тканини та органи, весь організм - однорідне провідне середовище (з однаковим питомим опором).
Електричний вектор серця змінюється за величиною та напрямком за час серцевого циклу, проте початок вектора залишається нерухомим.
Точки стандартних відведень утворюють рівносторонній трикутник (трикутник Ейнтховена), у центрі якого знаходиться серце - струмовий диполь. Проекції дипольного моменту серця – відведення Ейнтховена.
Поле диполя – серця
У кожний даний момент діяльності серця його дипольний електричний генератор створює навколо електричне поле, яке поширюється по тканинах тіла, що проводять, і створює потенціали в його різних точках. Якщо уявити, що основа серця заряджена негативно (має негативний потенціал), а верхівка позитивна, то розподіл еквіпотенційних ліній навколо серця (і силових ліній поля) при максимальному значенні дипольного моменту Р з буде таким, як на рис. 13.10.
Потенціали вказані у деяких відносних одиницях. Внаслідок асиметричного положення серця в грудній клітці його електричне поле поширюється переважно у бік правої руки та лівої ноги, і найбільша різниця потенціалів може бути зафіксована в тому випадку, якщо електроди розмістити на правій руці та лівій нозі.
Мал. 13.10.Розподіл силових (суцільні) та еквіпотенційних (переривчасті) ліній на поверхні тіла
У таблиці 13.2 наведено значення максимального дипольного моменту серця у порівнянні з масою серця та тіла.
Таблиця 13.2.Значення дипольного моменту Р з
Аналіз електрокардіограм
Теоретичний аналіз електрокардіограм складний. Розвиток кардіографії йшло переважно емпіричним шляхом. Катц вказував, що розшифровка електрокардіограм проводиться на основі досвіду, що спирається лише на елементарне розуміння теорії виникнення біопотенціалів.
Дані ЕКГ зазвичай доповнюють клінічну картинузахворювання.
На малюнку 13.11 представлена нормальна електрокардіограма людини (позначення зубців були дані Ейнтховеном і представляють узяті літери латинського алфавіту).
Вона є графіком зміни в часі різниці потенціалів, що знімається двома електродами відповідного відведення за цикл роботи серця. Горизонтальна вісь не лише віссю часу, а й віссю нульового потенціалу. ЕКГ є кривою, що складається з трьох характерних зубців, що позначаються Р, QRS, T, розділених інтервалом нульового потенціалу. Висоти зубців у різних відведеннях обумовлені напрямом електричної осі серця, тобто. кутом α (див. рис. 13.9). Електрокардіограма, записана при нормі у стандартних відведеннях, характеризується тим, що її зубці у різних відведеннях будуть неоднакові за амплітудою (рис. 13.12).
Мал. 13.11.Електрокардіограма здорової людинита її спектр:
Р – деполяризація передсердя; QRS -деполяризація шлуночків; Т - репо-
ляризація; частота пульсу 60 ударів за хвилину (період скорочення - 1 с)
Мал. 13.12.Нормальна ЕКГ у трьох стандартних відведеннях
Зубці ЕКГ будуть найбільш високими у II відведенні та найнижчими у III відведенні (при нормальному становищіелектричної осі).
Зіставляючи криві, зареєстровані у трьох відведеннях, можна будувати висновки про характер зміни Р з за цикл роботи серця, виходячи з чого складається уявлення про стан нервово-м'язового апарату серця.
Для аналізу ЕКГ використовують також гармонійний спектр.
13.6. Векторкардіографія
Звичайні електрокардіограми є одновимірними. 1957 р. німецький лікар фізіолог Шмітт розробив метод об'ємних кривих (векторкардіографія).
Напруга від двох взаємно перпендикулярних відведень подають на взаємно перпендикулярні пластини осцилографа. При цьому на екрані виходить зображення, що складається з двох петель - великої та малої. Мала петля поміщена у великий і зрушена до одного з полюсів.
Друга аналогічна картина може бути отримана на другому осцилографі, де одне з двох вже використаних відведень зіставляється з третім. Картини на обох осцилографах можна розглядати через стереоскопічну систему лінз або фотографувати одночасно, щоб надалі побудувати просторову (тривимірну) модель.
Для розшифрування електрокардіограм потрібний великий досвід. З появою ЕОМ стало можливим автоматизувати процес читання кривих. ЕОМ порівнює криву даного хворого із зразками, які у її пам'яті, і видає лікарю ймовірний діагноз.
Інший підхід використовується під час проведення електрокардіотопографічного дослідження. При цьому на грудну клітину накладають близько 200 електродів, будують картину електричного поля по 200 кривих, які аналізуються одночасно.
13.7. Фізичні фактори, що визначають особливості ЕКГ
ЕКГ у різних людейі навіть в однієї й тієї ж людини характеризуються великою варіабельністю. Це пов'язано з індивідуальними анатомічними особливостями провідникової системисерця, відмінностями у співвідношенні м'язових мас анатомічних фрагментів серця, електропровідністю оточуючих серце тканин, індивідуальною реакцією нервової системина вплив зовнішніх та внутрішніх факторів.
Фактори, що визначають особливості ЕКГ у окремої людини, такі: 1) становище серця в грудній клітці; 2) становище тіла; 3) дихання; 4) дія фізичних подразників, насамперед фізичних навантажень.
Положення серця у грудній клітціістотно впливає на форму ЕКГ. При цьому слід знати, що напрямок електричної осі серця збігається з анатомічною віссю серця. Якщо кут α, що характеризує напрямок електричної осі серця (рис. 13.9), має величину:
а) в межах від 40 до 70°, таке положення електричної осі серця вважається нормальним; у цих випадках ЕКГ матиме звичайні співвідношення зубців у I, II, III стандартних відведеннях;
б) близьку до 0°, тобто. електрична вісьсерця паралельна лінії першого відведення, таке положення електричної осі серця позначається як горизонтальне, і ЕКГ характеризується високими амплітудами зубців в I відведенні;
в) близьку до 90°, положення позначається як вертикальне, зубці ЕКГ будуть найменшими у відведенні.
Як правило, положення анатомічної та електричної осей серця збігаються. Але в окремих випадках може бути розбіжність: рентгенограма свідчить про нормальний стан серця, а ЕКГ показує відхилення електричної осі в той чи інший бік. Такі розбіжності діагностично значущі (клінічно це означає одностороннє ураження міокарда).
Зміна положення тілазавжди викликає деякі зміни положення серця у грудній клітці. Це супроводжується зміною
електропровідності навколишніх серце середовищ. ЕКГ у людини з вертикальним становищем серця відрізнятиметься від нормальної. Якщо ЕКГ не змінює своєї форми при переміщенні тіла, цей факт теж має діагностичне значення; Показники зубців змінюються при будь-якому відхиленні електричної осі.
Дихання.Амплітуда та спрямованість зубців ЕКГ змінюються при будь-якому відхиленні електричної осі, змінюючись при вдиху та видиху. При вдиху електрична вісь серця відхиляється приблизно на 15 °, при глибокому вдиху це відхилення може досягти 30 °. Порушення або зміни дихання (при тренуваннях, при реабілітаційних вправах та гімнастиці) можуть бути діагностовані щодо зміни ЕКГ.
У медицині роль фізичних навантажень надзвичайно велика. Фізичне навантаження завжди викликає суттєву зміну в ЕКГ. У здорових людей ці зміни полягають, головним чином, у почастішанні ритму, форма зубців теж змінюється у певній закономірності. При функціональних пробахз фізичним навантаженням можуть мати місце такі зміни, які явно вказують на патологічні змінив роботі серця (тахікардія, екстрасистолія, миготлива аритміяі т.д.).Спотворення при записі ЕКГ.При записі ЕКГ завжди потрібно мати на увазі, що існують причини, які можуть спотворити її форму: несправності підсилювача електрокардіографа; змінний струм міської мережі може наводити е.р.с. внаслідок електромагнітної індукції у поряд розташованих підсилювальних ланцюгах і навіть біологічних об'єктах, нестабільність блоку живлення тощо. Розшифровка спотвореної ЕКГ призводить до встановлення неправильного діагнозу.
Діагностична значущість методу електрокардіографії, безперечно, велика. Спільно з іншими методами оцінки діяльності серця (методи реєстрації механічних коливань серця, рентгенівський метод) він дозволяє отримувати важливу клінічну інформацію про роботу серця.
У Останніми рокамиу сучасній лікарсько-діагностичній практиці стали використовуватися комп'ютерні електрокардіографи із засобами автоматичного аналізу ЕКГ.
13.8. Основні поняття та формули
Закінчення таблиці
Спочатку записують відведення від кінцівок. Металеві електроди електрокардіографа накладають на руки та ноги хворого. Електрод на правій нозівиконує роль електричного заземлення. Електроди на руках прикріплюють трохи вище за зап'ястки, на ногах - вище кісточок.
Мал. 3-3. Для запису електрокардіограм використовують металеві електроди. Електрод на правій нозі виконує функцію заземлення, щоб запобігти перешкодам від мережі змінного струму.
Електричні процеси серця можна проектувати на тулуб і кінцівки. Тому електрод, поміщений на праве зап'ястя, реєструє таку ж електричну напругу, як і на правому плечі; напруга на лівому зап'ясті або іншій ділянці лівої руки відповідає напрузі на лівому плечі.
Нарешті, напруга на електроді, накладеному на ліву ногу, можна порівняти з напругою на лівому стегні або в пахвинної області. У клінічній практиціелектроди приєднують до зап'ястей та кісточок просто для зручності. Очевидно, для реєстрації електрокардіограми у хворого з ампутацією кінцівки або з гіпсовою пов'язкоюнеобхідно розмістити електроди біля плечей чи паху, залежно від обставин.
Виділяють стандартні біполярні (I, II, III) та . Біполярні відведення були названі так історично, оскільки вони реєструють різницю електричних потенціалів між двома кінцівками.
Підключення електродів стандартних відведень від кінцівок
I відведення, наприклад, записує різницю напруг між електродами на лівій руці та правій руці:
I відведення = ліва рука – права рука.
II відведення реєструє різницю напруг між електродами на лівій нозі та правій руці:
II відведення = ліва нога – права рука.
III відведення дозволяє оцінити різницю напруг між електродами на лівій нозі та лівій руці:
III відведення = ліва нога – ліва рука.
Під час запису I відведення відбувається таке. Електрод лівої руки вимірює електричне порушення серця з вектором, спрямованим до лівої руки, а електрод правої руки - з вектором, спрямованим до правої руки. Електрокардіограф реєструє різницю потенціалів між лівою рукою та правою рукою та показує її в I відведенні. При записі II відведення те саме відбувається з потенціалами електродів лівої ноги і правої руки, а при записі III відведення - лівої ноги та лівої руки.
I, II та III відведення можна представити схематично у вигляді трикутника, названого трикутником Ейнтховенана ім'я голландського фізіолога, який винайшов електрокардіограф на початку 1900-х років. Спочатку ЕКГ складалася тільки із запису I, II, та III відведень. Трикутник Ейнтховена відображає просторове розташування трьох стандартних відведень від кінцівок (I, II, III).
Мал. 3-4. Розташування I, II та III відведень. (I відведення реєструє різницю електричних потенціалів між лівою та правою руками, II відведення - між лівою ногою та правою рукою, III відведення - між лівою ногою та лівою рукою.)
Проекція I відведення розташована горизонтально. Лівий полюс (ліва рука) I відведення позитивний, а правий полюс (права рука) негативний, тому I відведення = ліва рука - права рука. Проекція II відведення спрямована діагоналі вниз. Його нижній полюс (ліва нога) позитивний, а верхній полюс (права рука) негативний, тому II відведення = ліва нога - права рука. Проекція ІІІ відведення також спрямована діагонально вниз. Його нижній полюс (ліва нога) позитивний, а верхній полюс (ліва рука) негативний, тому III відведення = ліва нога - ліва рука.
Ейнтховен, звісно, міг позначити відведення по-іншому. У цьому вигляді біполярні відведення описує така проста формула:
І відведення + ІІІ відведення = ІІ відведення.
Іншими словами, якщо скласти величини вольтажу зубців І і ІІІ відведень, ми отримаємо вольтаж у ІІ відведенні. Це лише приблизне правило. Воно можна здійснити при одночасної реєстрації трьох стандартних відведень з використанням синхронізованого каналу електрокардіографа, оскільки піки зубців Rу трьох відведеннях не одночасні.
Цю формулу можна перевірити. Склавши вольтаж зубця Rу I відведенні (+9 мм) та зубця Rу III відведенні (+4 мм), отримаємо +13 мм - вольтаж зубця Rу II відведенні. Те саме можна зробити з зубцями і .
При оцінці електрокардіограми корисно спочатку швидко переглянути І, ІІ та ІІІ відведення. Якщо зубець Rу II відведенні не дорівнює сумізубців Rу I та III відведеннях, можливо, запис неправильний або електроди накладені неправильно.
Рівняння Ейнтховена- Результат запису біполярних відведень. Електричний потенціал від електрода на лівій руці позитивний у відведенні I і негативний у відведенні III, рівновага настає при додаванні двох інших відведень:
I відведення = ліва рука – права рука;
II відведення = ліва нога – ліва рука;
I відведення + III відведення = ліва нога – права рука = II відведення.
Таким чином, в ЕКГ один плюс три дорівнює двом.
Отже, I, II та III відведення - стандартні (біполярні) відведення від кінцівок, які винайдені раніше за інших. Ці відведення реєструють різницю електричних потенціалів між обраними кінцівками.
На малюнку трикутник Ейнтховена зображений так, що І, ІІ та ІІІ відведення перетинаються в центральній точці. І тому I відведення просто пересунули вниз, II — вправо, III — вліво. В результаті одержують тривимірну діаграму. Цю діаграму, що представляє три біполярні відведення, використовують у розділі «».
Розміщення електродів для реєстрації відведень I, II, III утворює так званий трикутник Ейнтховена. Кожна сторона цього рівностороннього трикутника між двома електродами відповідає одному із стандартних відведень.
Серце розташоване в центрі електричного поля, що генерується ним, і розглядається як центр цього рівностороннього трикутника. З трикутника виходить фігура із триосьовою системою координат для стандартних відведень.
Сума електричних потенціалів, що реєструється у будь-який момент у відведеннях I та III, дорівнює електричного потенціалу, що реєструється у відведенні II. Цей закон може бути використаний для виявлення помилок, допущених при накладенні електродів, з'ясування причин реєстрації незвичайних сигналівїх трьох стандартних відведень та для оцінки серійних ЕКГ.
Полярність електродів при їх фіксації на кінцівках та поверхні грудної клітки
Стандартні відведення. Ці відведення називаються двополюсними, тому що кожне має два електроди, які забезпечують одночасний запис електричних струмів серця, що йдуть у напрямку до двох кінцівок. Двополюсні відведення дозволяють вимірювати потенціал між двома позитивним (+) та негативним (-) електродами.
Електрод на правому передпліччі завжди розглядається як негативний полюс, на лівій гомілки – завжди як позитивний. Електрод на лівому передпліччі може бути або позитивним, або негативним залежно від відведення: у відведенні I він позитивний, а у відведенні III – негативний.
Коли струм спрямований до позитивного полюса, зубець ЕКГ спрямований вгору ізоелектричної лінії (позитивний). Коли струм йде негативному полюсу, зубець ЕКГ інвертований (негативний). У відведенні II струм поширюється від негативного до позитивного полюса, тому зубці на звичайній ЕКГ спрямовані нагору.
Електроди реєстрації ЕРС з прекардіальної області розміщуються в наступних точках:
V-1 - у четвертому міжребер'ї правому краю грудини;
V-2 – у четвертому міжребер'ї по лівому краю грудини;
V-3 - посередині лінії, що з'єднує точки V-2 та V-4;
V-4 - у п'ятому міжребер'ї по лівій серединно-ключичній лінії;
V-5 - у п'ятому міжребер'ї по лівій передній пахвовій лінії;
V-6 - у п'ятому міжребер'ї по лівій середній пахвовій лінії.
Сигнали яких відділів серця реєструються
У шести відведеннях (стандартних та посилених від кінцівок) серце розглядається у фронтальній площині. Відведення I відображає бічну стінку серця, відведення II та III – нижню стінку. Відведення прекардіальної області (V-1-6) дозволяють проаналізувати ЕРС серця у горизонтальній.
Вимірювання на розграфленій стрічці. ЕОС – електрична вісь серця
Наявність на електрокардіографічній стрічці, нанесеній друкарським способом сітки, дозволяє вимірювати електричну активність під час серцевого циклу. Запис ЕКГ відбувається за рахунок переміщення у вертикальному напрямку перу, що нагрівається по протягується зі швидкістю 25 мм в секунду термочутливій стрічці зі стандартними клітинами. (Швидкість руху стрічки 50мм в с, застосовується в тому випадку, якщо необхідно детальніше розглянути якісь зміни ЕКГ).
Горизонтальна вісь.Довжина того чи іншого інтервалу цієї осі відповідає тривалості конкретно прояви електричної активності серця. Сторона кожного маленького квадратавідповідає 0,04 с. П'ять дрібних квадратів утворюють один великий - 0,2 с.
Вертикальна вісь.Висота зубців відбиває електричний вольтаж (амплітуду) в мілівольтах. Висота кожного малого квадрата відповідає 0,1 мВ, кожного великого 0,5. Амплітуду визначають шляхом підрахунку малих квадратів від ізоелектричної лінії до найвищої точкизубця.
Основними компонентами, що утворюють головні фігури ЕКГ, є зубець Р, комплекс QRS та зубець Т. Ці одиниці електричної активності можуть бути розбиті на наступні сегменти та інтервали: інтервал PR, сегмент ST та інтервал QT.
Зубець Р. Наявність зубця Р вказує на завершення процесу деполяризації передсердь та на те, що імпульс виходить із синоатріального вузла, передсердь або тканини атріовентрикулярної сполуки. Якщо форма зубця Р нормальна, це означає, що імпульс виходить з СА-вузла. Коли зубець Р передує кожному комплексу QRS, імпульси проводяться від передсердь до шлуночків.
локалізація – передує комплексу QRS;
амплітуда - трохи більше 0,25 мВ;
тривалість – від 0,06 до 0,11;
форма - зазвичай округлий і спрямований нагору.
Інтервал PR. Відображає період від початку деполяризації передсердь до початку деполяризації шлуночків – час, необхідний, щоб імпульс від СА-вузла через передсердя та АВ-вузол дійшов до ніжок пучка Гіса. Він дає деяке уявлення про місце формування імпульсу. Будь-які варіанти зміни цього інтервалу. Норми, що виходять за рамки, свідчать про уповільнення проведення імпульсу, наприклад при АВ-блокаді.
Номальні характеристики:
локалізація – від початку зубця Р до початку комплексу QRS;
амплітуда – не вимірюється;
тривалість - 0,12-0,2 с.
Комплекс QRS. Відповідає деполяризації шлуночків серця. Хоча реполяризація передсердь відбувається у той самий час, на ЕКГ її ознаки невиразні.
Розпізнавання та правильна інтерпретація комплексу QRS – ключовий момент в оцінці діяльності кардіоміоцитів шлуночків. Тривалість комплексу відбиває час внутрішньошлуночкового проходження імпульсу.
Коли зубець Р передує кожному комплексу QRS, це означає, що імпульс виходить із СА-вузла, тканини передсердь або тканини АВ-сполуки. Відсутність зубця Р перед шлуночковим комплексом свідчить у тому, що імпульс виходить із шлуночків, тобто. є шлуночкова аритмія.
Нормальні характеристики:
локалізація – слідує за інтервалом PR;
амплітуда - різна у всіх 12 відведеннях;
тривалість - 0,06-0,10 с при вимірі від початку зубця Q (або зубця R, якщо зубець Q відсутній) до початку кінця зубця S;
форма - складається з трьох компонентів: зубця Q, що є першим негативним відхиленням пера електрокардіографа, позитивного зубця R і зубця S - негативного відхилення, що виникає після зубця R. Всі три зубця комплексу видно не завжди. Через те, що шлуночки депеоляризуються швидко, що супроводжується мінімальним часом контакту пера електрокардіографа з папером, комплекс викреслено тоншою лінією, ніж інші компоненти ЕКГ. При оцінці комплексу слід звертати увагу на дві його найважливіші характеристики: тривалість і форму.
Сегмент ST та зубець T. Відповідає закінченню деполяризації шлуночків та початку їх реполяризації. Точка, що відповідає кінця комплексу кінця комплексу QRS і початку сегмента ST, позначається як точка J.
Зміни сегмента ST можуть свідчити про пошкодження міокарда.
Нормальні характеристики:
локалізація - від кінця S до початку T;
амплітуда – не вимірюється;
форма – не вимірюється;
відхилення – зазвичай ST ізоелектричний, припустимо відхилення трохи більше 0,1 мВ.
Зубець Т. Пік зубця Т відповідає відносному рефрактерному періоду реполяризації шлуночків, під час якого клітини особливо вразливі при дії додаткових стимулів.
Нормальні характеристики:
локалізація – слідує за зубцем S;
амплітуда – 0,5 мВ або менше у відведеннях I, II та III;
тривалість – не вимірюється;
форма - вершина зубця округла, а сам він щодо пологий.
Інтервал QT та зубець U. Інтервал відображає час, необхідний для циклу деполяризації та реполяризації шлуночків. Зміна його тривалості може свідчити про патологію міокарда.
Нормальні характеристики:
локалізація - від початку шлуночкового комплексу до кінця зубця Т;
амплітуда – не вимірюється;
тривалість - варіює залежно від віку, статі та частоти серцевих скорочень, зазвичай між 0,36-0,44 с. загальновідомо, що інтервал QT не повинен перевищувати половину відстані між двома послідовними зубцями R при правильному ритмі;
форма – не вимірюється.
Оцінюючи інтервалу слід звертати увагу до його тривалість.
Зубець U відображає реполяризацію волокон Гіса-Пуркінье і може бути відсутнім на ЕКГ.
Нормальні характеристики:
локалізація – слідує за зубцем Т;
амплітуда – не вимірюється;
тривалість – не вимірюється;
форма – спрямований нагору від осьової лінії.
При оцінці зубця слід звертати увагу на його найбільш важливу характеристику- Форму.
ІНТЕРПРИТАЦІЯ ЕКГ
Крок 1: оцінка ритму.
Крок 2: Визначення частоти скорочень. Визначення ідентичності інтервалу Р-Рі R-R і пов'язані вони один з одним.
Крок 3: оцінка зубця Р. Необхідно отримати відповіді на запитання:
Чи є на ЕКГ зубціР?
Чи нормальні обриси зубців Р (зазвичай вони спрямовані вгору та закруглені)?
Чи скрізь зубці Р однакові за розмірами та формою?
Чи скрізь зубці Р звернені в ту саму сторону – спрямовані вгору, вниз або двофазні?
Чи всюди відношення зубців Р та комплексів QRS однаково?
Чи у всіх випадках однакова відстань між зубцями Р та QRS?
Крок 4: визначення тривалості інтервалу Р-R. Після того, як визначено тривалість інтервалу Р-R (норма 0,12 –0,2 с), з'ясуйте, чи у всіх циклах вони однакові?
Крок 5: Визначення тривалості комплексу QRS. Необхідно отримати відповіді на запитання:
Чи всі комплекси мають однакові розміри та обриси?
Яка тривалість комплексу (норма 0,06-0,10 с)?
Чи у всіх випадках однакова відстань між комплексами та наступними за ними зубцями Т?
Чи всі комплекси мають однакову спрямованість?
Чи є на ЕКГ комплекси, від інших? Якщо так, виміряйте та опишіть кожен такий комплекс.
Крок 6: оцінка зубців Т. відповіді на запитання:
Чи є на ЕКГ зубці Т?
Чи всі зубці Т мають однакову форму та контури?
Чи не захований зубець Р у зубці Т?
Чи в одну сторону спрямовані зубці Т та комплекси QRS?
Крок 7: Визначення тривалості інтервалу QT. З'ясуйте, чи відповідає тривалість інтервалу нормі (0,36-0,44 с або 9-11 малих квадратів).
Крок 8: оцінка інших компонентів. З'ясуйте, чи немає на ЕКГ будь-яких інших компонентів, що включають прояви ектопічних та аберативних імпульсів та інші аномалії. Перевірте сегмент ST на наявність у ньому будь-яких відхилень і зверніть увагу на зубець U. Опишіть свої знахідки.
2002 р. опублікував редакційну статтю «10 найбільших відкриттіву кардіології XX століття». Серед них були і ангіопластика, і відкрита операціяна серці. Однак, безперечно, першим методом у цьому списку стоїть електрокардіографія, а поруч прізвище голландця Віллема Ейнтховена, творця першого поширеного методу інструментальної неінвазивної діагностики, з яким стикався кожен з нас. Нобелівський комітет гідно оцінив винахід і з формулюванням «за відкриття техніки електрокардіографії»вручив Ейнтховену премію.
Малюнок 1. Огастес Дезіре Уоллер та його собака Джиммі.
Якщо бути зовсім точними, то, звичайно, першу в історії електрокардіограми (ЕКГ) зняв не Ейнтховен. Але рейтинг Texas Heart Institute Journalвсе ж таки справедливий - по ній було абсолютно нічого не зрозуміло. І «голландцем» нашого героя можна назвати, але можна і по-іншому. Однак, усе по порядку.
Якщо міркувати за принципом «держава N – батьківщина слонів», Резерфорд, наприклад, виявиться першим новозеландським. нобелівським лауреатом, а Віллем Ейнтховен - першим нобеліатом Індонезії Тому що народився він на острові Ява, у місті Семаранг, нині – п'ятому за величиною місті Індонезії. Тоді це була Голландська Ост-Індія, про державу Індонезія ніхто не чув, адже до визнання її незалежності залишалося понад 80 років.
З походженням у Ейнтховена теж все хитромудро: він нащадок вигнаних з Іспанії євреїв. Прізвище з'явилося за Наполеона, який у своєму Кодексі вказав, щоб усі громадяни його імперії, куди входила Голландія, мали прізвища. Двоюрідний дід Ейнтховена вибрав трохи спотворену назву міста, де він жив (сподіваюся, не треба згадувати, якого).
Батьком майбутнього нобеліату був військовий лікар Якоб Ейнтховен, який, на жаль, не зміг забезпечити власне здоров'я. У 1866 р. він помер від інсульту, і через чотири роки (Віллем тоді було вже 10) його родина перебралася в Утрехт. Зрозуміло, великого статку в сім'ї не було – його мати залишилася одна із трьома дітьми. Віллем вирішив піти стопами батька - частково за покликанням (медицина), частково - з нужди. Справа в тому, що уклавши військовий контракт, він зміг навчатися на медичному факультеті Утрехтського університету безкоштовно.
У студентські роки Віллем був дуже спортивною людиною, регулярно заявляв, що й у навчанні потрібно «не дати загинути тілу», був прекрасним фехтувальником і весляром (останнє - знову ж таки вимушено, оскільки зламав зап'ястя і зайнявся веслуванням для відновлення функціональності кисті). Та й перша робота Ейнтховена з медицини була присвячена механізму роботи ліктьового суглоба, однаково важливого як весляру, так і фехтувальнику. У цій роботі, мабуть, вже виявилася двоїстість таланту Ейнтховена: чудове знання анатомії та фізіології та інтерес до фізичним принципамроботи людського організму. У даному випадку- механіки. А далі були роботи і по оптиці, і, зрозуміло, з електрики.
Малюнок 2. Капілярний електрометр Ліпманна.
Далі нашому герою дуже пощастило. Щоправда, при цьому не пощастило професору фізіології Лейденського університету Адріану Хейнсіусу: він помер. А юному Ейнтховену, чверті століття від народження, замість служби в медичному корпусі дісталося професорське місце в не останньому європейському університеті. Це сталося в 1886 р., і відтоді понад 41 рік Ейнтховен працював у Лейдені - до своєї смерті в 1927 р.
Активно займався Ейнтховен та офтальмологією – його докторська дисертація називалася «Стереоскопія за допомогою диференціювання кольорів». Пізніше вийшли дуже цікаві роботи"Просте фізіологічне пояснення різних геометрико-оптичних ілюзій", "Акомодація людського ока" та інші. Втім, найбільше часу молодий дослідник займався фізіологією дихання. У тому числі й роботою нервових імпульсів у механізмі контролю дихання.
Але тут наспів Перший Міжнародний конгресз фізіології - найважливіша подіяу світовій медицині (Базель, 1889). Там і відбулася епохальна зустріч з Огастесом Уоллером(Рис. 1), який першим у світі показав, що можна зняти запис електричних імпульсів серця, не розкриваючи тіло живого організму (1887). Те, що саме тіло людини може виробляти електрику, було дуже новою думкою у фізіології.
У Базелі Уоллер показував свою роботу за допомогою власного псаДжиммі. Саме Уоллера потрібно називати (і називають) першовідкривачем ЕКГ.
Щоправда, треба сказати, що кардіограми у Воллера були жахливі. Він реєстрував імпульси за допомогою капілярного електрометра (до речі, розробленого нобелівським лауреатом з фізики 1908 року та одним із винахідників кольорової фотографії Габріелем Ліппманном) (рис. 2).
Рисунок 3. Струнний гальванометр Ейнтховена.
Малюнок 5. Трикутник Ейнтховена.
У цьому приладі електричні імпульси від серця потрапляли на капіляр із ртуттю, рівень якої змінювався залежно від сили струму. Але сама по собі ртуть змінювала становище не миттєво, а мала якусь інерцію (адже ртуть дуже важка рідина). В результаті виходила каша. Більше того, записати імпульси серця - це цікаве завдання, але тут будь-який учений має вміти відповідати на самий головне питання- "і що?"
П'ять років (з 1890 по 1895 рр.) Ейнтховен займався удосконаленням технології капілярної електрометрії та принагідно створив нормальний математичний апарат обробки «каші». Щось почало виходити, але все одно прилад був ненадійним, неточним та громіздким. Однак не можна сказати, що ці роки минули даремно: у 1893 р. на засіданні Нідерландської медичної асоціації з вуст Ейнтховена вперше офіційно пролунав термін «електрокардіограма».
Однак нормальної кардіограмиодержати капілярним методом не вдалося. І в 1901 році Віллем Ейнтховен зробив власний прилад. струнний гальванометр, а першу статтю у тому, що у ньому записана кардіограма, він опублікував 1903 р. (видання датовано 1902 р. ).
Його головною частиною була кварцова струна - ниточка з кварцу завтовшки 7 мікрон (рис. 3). Вона робилася вельми оригінальним способом: стріла, до якої було прикріплене кварцове розігріте волокно, вистрілювалася з лука (від себе додамо, що таким же способом 20 років у свіжоствореному ленінградському Фізтеху молоді дослідники Микола Семенов і Петро Капіца отримували надтонкі капіляри). Ця нитка при попаданні на неї електричних імпульсів відхилялася постійному магнітному полі. Щоб фіксувати відхилення нитки, паралельно їй під час вимірювань рухався фотопапір, на який за допомогою системи лінз проектувалась тінь від нитки (рис. 4).
Малюнок 6. Зубці та інтервали кардіограми.
Цікаво, як на перші кардіограми наносилася тимчасова координатна сітка (зараз папір для кардіограм відразу містить сітку, але в Ейнтховена був фотопапір!). Сітка наносилася за допомогою тіней від спиць велосипедного колеса, яке оберталося з постійною швидкістю.
Голландець недовго прожив у лауреатах – через два роки після своєї нобелівської лекції він помер від раку шлунка. Найсумніше, що, незважаючи на відкритість своєї лабораторії (у ній часто бували гості), ні учнів, ні наукової школипісля Ейнтховена не лишилося. А ось лабораторія Ейнтховена є: його ім'ям названо лабораторію експериментальної судинної медицини в його рідному Лейдені (Лейденський університетський медичний центр, LUMC).
І ще одне цікаве спостереження. Стаття про Ейнтховена в російськомовній Вікіпедії набагато докладніше і довша, ніж стаття в англомовній, і більше того, входить до числа «хороших» статей (свідчу - хороша!). Дивовижний факт, Але у відкривача кардіограми є свої російськомовні шанувальники. Втім, тепер їх стало щонайменше на одного більше.
Література
- Mehta NJ, Khan I.A. (2002). Cardiology's 10 greatest discoveries of the 20th century. Tex. Heart Inst. J. 29 , 164–71 ;
- Waller A. D. (1887). A demonstration on man of electromotive changes acompanying the heart’s beat . J. Physiol. 8 , 229–234 ;
- Einthoven W. (1901). Un nouveau galvanomètre. Archives nerlandaises des sciences exactes et naturelles. ». Сайт політехнічного музею.
