Устройство, принцип работы электрокардиографа

Размещено на http://www.allbest.ru/

17

Карагандинский государственный медицинский университет

Кафедра медицинской биофизики и информатики

Методические рекомендации для практических занятий

Тема: Устройство, принцип работы электрокардиографа. Основные подходы к регистрации ЭКГ

Дисциплина: OODO12 МВ 1112 Медицинская биофизика

Специальность: 5В130100 «Общая медицина»

Курс: I

Составитель: преподаватель Шайхин А.М.

Караганда 2011

Тема: Устройство, принцип работы электрокардиографа. Основные подходы к регистрации ЭКГ

Цель: дать представление об основных методах исследования функции сердца.

Задачи обучения: В результате изучения темы студент должен знать:

· устройство электрокардиографа.

· основные термины и определения, используемые в электрокардиографии.

· методы применяемые при изучении работы сердца

· связь между моделью Эйнтховена и работой сердца.

· основные события, протекающие при работе сердца.

Основные вопросы темы:

1. Теория Эйнтховена.

2. Методы регистрации потенциалов сердца.

3. Правила регистрации ЭКГ, техника безопасности.

4. Отображение работы сердца на ЭКГ.

Методы обучения и преподавания: работа в малых группах

Литература:

1. Мурашко В.В., Струтынский А.В. «Электрокардиография» изд-во МЕДпресс-информ, 2004 г.

2. Орлов В.Н. «Руководство по электрокардиографии» изд-во Медицина, Москва, 1983 г.

3. Антонов В.Ф. и соавторы «Биофизика» изд-во ВЛАДОС, Москва, 2000 г.

4. Мешков А.П. «Азбука клинической ЭКГ» изд-во НГМА, 1998 г.

5. http://www.usma.ru/unit/fiz/fiz08.pdf

6. http://medbook.medicina.ru/chapter.php?id_level=459

Контроль:

1. Анатомические сведения о сердце.

2. Сократительные и проводящие клетки сердца. Распространение импульса по миокарду.

3. Свойства сердечной ткани (автоматизм, возбудимость, проводимость, сократимость, рефрактерность).

4. Деполяризация и реполяризация.

5. Электрический и механический кардиоциклы.

6. ЭКГ как метод электрографии.

7. Теория Эйнтховена. Основные постулаты.

8. Методика регистрации ЭКГ: наложение электродов, подготовка пациента, процедура регистрации.

9. Основные зубцы и сегменты нормальной ЭКГ.

10. Двухполюсные отведения ЭКГ по Эйнтховену.

11. Однополюсные отведения ЭКГ по Гольдбергеру.

12. Грудные отведения ЭКГ по Вильсону.

Сердце - полый мышечный орган, нагнетающий кровь через систему полостей (камер) и клапанов в систему кровообращения. У человека сердце расположено вблизи центра грудной полости. На протяжении всей жизни сердце посылает кровь через артерии и капилляры к тканям организма. При каждом сокращении сердце выбрасывает около 60-75 мл крови, а за минуту (при средней частоте сокращений 70 в минуту) - 4-5 л. За 70 лет сердце производит более 2,5 млрд. сокращений и нагнетает примерно 156 млн. литров крови.

Мышца сердца состоит из клеток двух видов - клеток проводящей системы и сократительного миокарда. Сердце обладает рядом функций, присущих в основном только ему.

Автоматизм - способность сердца вырабатывать импульсы, вызывающие возбуждение. Сердце способно спонтанно активироваться и вырабатывать электрические импульсы. В норме наибольшим автоматизмом обладают клетки синусового узла, расположенного в правом предсердии.

Проводимость - способность сердца проводить импульсы от места их возникновения до сократительного миокарда. В норме импульсы проводятся от синусового узла к мышце предсердий и желудочков.

Возбудимость - способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов. Функцией возбудимости обладают клетки проводящей системы и сократительного миокарда. Во время возбуждения сердца образуется электрический ток, который регистрируется гальванометром в виде электрокардиограммы (ЭКГ).

Сократимость - способность сердца сокращаться под влиянием импульсов. Сердце по своей природе является насосом, который перекачивает кровь в большой и малый круг кровообращения.

Рефрактерность - невозможность возбужденных клеток миокарда снова активироваться при возникновении дополнительного импульса.

сердце электрокардиография эйнтховен

На рисунке представлена проводящая система сердца. Как было сказано ранее, сердце обладает функцией автоматизма, то есть способно спонтанно активироваться и вырабатывать электрические импульсы при отсутствии внешних раздражений. Этой функцией обладают именно клетки проводящей системы сердца. Они получили название клеток водителей ритма - пейсмейкеров (от англ. pacemaker - водитель). Сократительный же миокард лишен функции автоматизма и сокращается под действием электрических импульсов, пришедших от пейсмейкеров.

Наивысшим автоматизмом обладает синоатриальный узел (СА-узел) - именно здесь в норме зарождается электрический импульс, приводящий в возбуждение всё сердце, поэтому его также называют центром автоматизма или водителем ритма первого порядка. В случае повреждения СА-узла функцию генерации электрического импульса могут брать на себя другие части проводящей системы сердца, такие как атриовентрикулярный узел (водитель ритма второго порядка), ножки пучков Гиса и волокна Пуркинье, разветвления, которыми заканчиваются пучки Гиса, на рисунке не обозначены, но, тем не менее, присутствуют (водители ритма третьего порядка). Но поскольку на данном этапе нас интересуют вопросы именно нормальной работы сердца, мы будем рассматривать только СА-узел в качестве водителя ритма, который в норме подавляет автоматическую активность остальных водителей ритма сердца.

Далее поговорим о проведении электрического импульса по миокарду (читая текст, обращаем внимание на рисунок строения сердца). Зародившись в СА-узле, импульс по межузловым проводящим трактам и межпредсердному пучку, практически одновременно возбуждает правое и левое предсердия. Далее по межузловым проводящим трактам импульс направляется к атриовентрикулярному узлу (АВ-узлу). В АВ-узле происходит физиологическая задержка волны возбуждения, вследствие падения скорости проведения импульса (если по предсердиям импульс распространяется со скоростью 30-80 см/с, то в АВ-узле тормозится вплоть до 2-5 см/с). Задержка возбуждения в АВ-узле способствует тому, что желудочки начинают возбуждаться только после окончания полноценного сокращения предсердий. Далее от АВ-узла импульс начинает проходить по проводящей системе Гиса, начинается возбуждение желудочков. Первой возбуждается верхняя треть межжелудочковой перегородки. Внимание! Одновременно с этим начинается расслабление предсердий. Проводящая система Гиса состоит из двух ножек - правой, возбуждающей правый желудочек; и левой, возбуждающей левый желудочек. Левая ножка пучка Гиса делится на две ветви - переднюю (возбуждает переднюю стенку левого желудочка) и заднюю (возбуждает заднюю стенку левого желудочка).

Левый желудочек по площади всегда больше правого, так как обеспечивает кровью большой круг кровообращения. Поэтому для проведения по левому желудочку электрического импульса необходимо большее количество клеток проводящей системы сердца, представленной сразу двумя ветвями левой ножки пучка Гиса.

Скорость проведения электрического импульса по пучкам Гиса составляет 100-150 см/с, по волокнам Пуркинье 300-400 см/с. Большая скорость проведения электрического импульса по проводящей системе желудочков способствует почти одновременному охвату обоих желудочков волной возбуждения и наиболее эффективному выбросу крови в аорту (из левого желудочка) и легочную артерию (из правого желудочка).

После возбуждения верхней трети межжелудочковой перегородки, импульс, проходя по ножкам пучков Гиса, приводит в возбуждение верхушку сердца, вслед за которой по волокнам Пуркинье возбуждение переходит на всю оставшуюся площадь желудочков. Внимание! В данный момент времени предсердия уже полностью восстановили свой исходный потенциал покоя (полностью расслабились). Сразу после того как весь миокард желудочков возбудился, начинается обратная фаза реполяризации или восстановления своего исходного потенциала.

Состояние возбуждения соответствует фазе деполяризации, а состояние расслабления - реполяризации. То есть проведение импульса по миокарду можно представить следующим образом:

1. Деполяризация предсердий;

2. Торможение импульса в АВ-узле;

3. Деполяризация желудочков и одновременно с ней же реполяризация предсердий;

4. Реполяризация желудочков.

Метод исследования работы органов или тканей, основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на поверхности тела, называется электрографией. Два электрода, приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость изменения этой разности потенциалов называется электрограммой.

Название электрограммы указывает на органы (или ткани), функционирование которых приводит к появлению регистрируемых изменений разности потенциалов: сердца - электрокардиограмма, сетчатки глаза - электроретинограмма, головного мозга - электроэнцефалограмма и т.д.

То есть электрокардиография, внедренная в практику голландским ученым В. Эйнтховеным, как таковая является частным случаем электрографии.

В начале 20-го века Эйнтховен предположил, что сердце является диполем, образующим в окружающей его среде электрическое поле и (диполь - система, состоящая из двух зарядов, одинаковых по величине, но разных по знаку, находящихся на бесконечно малом расстоянии друг от друга). Что легло в основу теории Эйнтховена, объясняющей возникновение кривой - электрокардиограммы.

Основными постулатами теории являются:

1. Сердце представляет собой диполь, с дипольным моментом , называемым интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС), - суммарный дипольный момент, который складывается из элементарных диполей разных частей сердца.

2. ИЭВС находится в однородной, изотропной проводящей среде, которой являются окружающие сердце ткани организма.

3. меняется по величине и направлению. Его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец описывает сложную пространственную кривую.

Диполь образует в окружающей его среде электрическое поле, линии напряженности которого достигают поверхности тела, на которой можно обнаружить точки различного потенциала и построить по ним эквипотенциальные поверхности (Рис. 2).

Вектор момента диполя, рассматриваемый также как вектор электродвижущей силы (ЭДС) сердца, направлен вдоль линии, которая называется электрической осью сердца и довольно близко совпадает с его анатомической осью. Начало вектора (отрицательный полюс диполя) находится на этой оси в точке, называемой электрическим центром сердца, который совпадает с СА-узлом в межпредсердной перегородке.

На этом положении и основывается предложенный Эйнтховеном метод регистрации биопотенциалов сердца с помощью электродов, наложенных на поверхность тела в трех точках, которые являются вершинами треугольника, построенного в плоскости расположения вектора ЭДС сердца и с центром в его начале. Приближенно за эту плоскость принимается фронтальная плоскость грудной клетки, а точки относятся несколько в стороны, таким образом, что в действительности электроды располагаются на предплечье левой руки, предплечье правой руки и на голени левой ноги.

Методика записи ЭКГ. Для получения качественной записи ЭКГ необходимо строго придерживаться некоторых общих правил ее регистрации. ЭКГ регистрируют в специальном помещении, удаленном от возможных источников электрических помех: физиотерапевтических и рентгеновских кабинетов, электромоторов, распределительных электрощитов и т.д. Кушетка должна находиться на расстоянии не менее 1,5-2 м от проводов электросети. Целесообразно экранировать кушетку, подложив под пациента одеяло с вшитой металлической сеткой, которая должна быть заземлена.

Исследование проводится после 10-15-минутного отдыха и не ранее, чем через 2 ч после приема пищи. Запись ЭКГ проводится обычно в положении обследуемого лежа на спине, что позволяет добиться максимального расслабления мышц. Предварительно фиксируют фамилию, имя и отчество обследуемого, его возраст, дату и время исследования, номер истории болезни и диагноз.

Наложение электродов. На внутреннюю поверхность голеней и предплечий в нижней их трети с помощью резиновых лент или специальных пластмассовых зажимов накладывают 4 пластинчатых электрода, а на грудь устанавливают один или несколько (при многоканальной записи) грудных электродов, используя резиновую грушу-присоску или приклеивающиеся одноразовые грудные электроды. Для улучшения контакта электродов с кожей и уменьшения помех и наводных токов в местах наложения электродов необходимо предварительно обезжирить кожу спиртом и покрыть электроды слоем специальной токопроводящей пасты, которая позволяет максимально снизить межэлектродное сопротивление.

При наложении электродов не следует применять марлевые прокладки между электродом и кожей, смоченные раствором 5-10% раствора хлорида натрия, которые обычно в процессе исследования быстро высыхают, что резко увеличивает электрическое сопротивление кожи и возможность появления помех при регистрации ЭКГ.

Подключение проводов к электродам. К каждому электроду, установленному на конечностях или на поверхности грудной клетки, присоединяют провод, идущий от электрокардиографа и маркированный определенным цветом. Общепринятой является следующая маркировка входных проводов: правая рука - красный цвет; левая рука - желтый цвет; левая нога - зеленый цвет; правая нога (заземление пациента) - черный цвет; грудной электрод - белый цвет.

Выбор усиления электрокардиографа. Прежде чем начинать запись ЭКГ, на всех каналах электрокардиографа необходимо установить одинаковое усиление электрического сигнала. Для этого в каждом электрокардиографе предусмотрена возможность подачи на гальванометр стандартного калибровочного напряжения, равного 1 mV (рис. 3).

Рис. 3 ЭКГ, зарегистрированная со скоростью 50 мм/с (а) и 25 мм/с (б). В начале каждой записи ЭКГ показан контрольный милливольт

Обычно усиление каждого канала подбирается таким образом, чтобы напряжение 1 mV вызывало отклонение гальванометра и регистрирующей системы, равное 10 мм. Для этого в положении переключателя отведений «0» регулируют усиление электрокардиографа и регистрируют калибровочный милливольт (калибровочный сигнал). При необходимости можно изменить усиление: уменьшить при слишком большой амплитуде зубцов ЭКГ (1 mV = 5 мм) или увеличить при малой их амплитуде (1 mV = 20 мм).

В современных электрокардиографах предусмотрена автоматическая калибровка усиления.

Запись электрокардиограммы. Запись ЭКГ осуществляют при спокойном дыхании. Вначале записывают ЭКГ в стандартных отведениях (I, II, III), затем в усиленных отведениях от конечностей (aVR, aVL и aVF) и грудных отведениях (V₁-V₆). В каждом отведении записывают не менее 4 сердечных циклов. ЭКГ регистрируют, как правило, при скорости движения бумаги 25 мм/с.

Отведения ЭКГ.

Стандартные двухполюсные отведения, предложенные в 1913 г. Эйнтховеном, фиксируют разность потенциалов между двумя точками электрического поля, удаленными от сердца и расположенными во фронтальной плоскости - на конечностях. Электроды попарно подключаются к электрокардиографу для регистрации каждого из трех стандартных отведений. Стандартные отведения от конечностей регистрируют при следующем попарном подключении электродов

· I отведение - электрод левой руки (+) и электрод правой руки (-);

· II отведение - электрод левой ноги (+) и электрод правой руки (-);

· III отведение - электрод левой ноги (+) и электрод левой руки (-).

Знаками (+) и (-) здесь обозначено соответствующее подключение электродов к положительному или отрицательному полюсам гальванометра, т. е. указаны положительный и отрицательный полюс каждого отведения.

Как видно из рисунка 4 три стандартных отведения образуют равносторонний треугольник (треугольник Эйнтховена), вершинами которого являются правая рука, левая рука и левая нога с установленными там электродами. В центре равностороннего треугольника Эйнтховена расположен электрический центр сердца, или точечный единый сердечный диполь, одинаково удаленный от всех трех стандартных отведений.

Гипотетическая линия, соединяющая два электрода, участвующие в образовании электрокардиографического отведения, называется осью отведения. Осями стандартных отведений являются стороны треугольника Эйнтховена. Перпендикуляры, проведенные из центра сердца, к оси каждого стандартного отведения, делят каждую ось на две равные части: положительную, обращенную в сторону положительного (активного) электрода (+) отведения, и отрицательную, обращенную к отрицательному электроду (-). Если ЭДС сердца в какой-либо момент сердечного цикла проецируется на положительную часть оси отведения, на ЭКГ записывается положительное отклонение (положительный зубец). Если ЭДС сердца проецируется на отрицательную часть оси отведения, на ЭКГ регистрируются отрицательные отклонения (отрицательный зубец).

Усиленные отведения от конечностей. Усиленные отведения от конечностей были предложены Гольдбергером в 1942 г. Они позволяют зарегистрировать разность потенциалов между одной из конечностей, на которой установлен активный положительный электрод данного отведения (правая рука, левая рука или левая нога), и средним потенциалом двух других конечностей. Таким образом, в качестве отрицательного электрода в этих отведениях используют так называемый объединенный электрод Гольдбергера, который образуется при соединении через дополнительное сопротивление двух конечностей.

Три усиленных однополюсных отведения от конечностей обозначают следующим образом:

aVR - от правой руки и объеденного электрода (ЛН+ЛР);

aVL - от левой руки и объеденного электрода (ЛН+ПР);

aVF - от левой ноги и объеденного электрода (ЛР+ПР).

Оси усиленных однополюсных отведений от конечностей получают, соединяя электрический центр сердца с местом наложения активного электрода данного отведения, т.е. фактически - с одной из вершин треугольника Эйнтховена (рис.5).

Грудные отведения ЭКГ. Грудные однополюсные отведения, предложенные Вильсоном в 1934 г., регистрируют разность потенциалов между активным положительным электродом, установленным в определенных точках на поверхности грудной клетки, и отрицательным объединенным электродом Вильсона.

Последний образуется при соединении через дополнительные сопротивления трех конечностей (правой и левой рук, левой ноги), объединенный потенциал которых близок к нулю.

Обычно для записи ЭКГ используют 6 общепринятых позиций грудного электрода на передней и боковой поверхности грудной клетки, которые в сочетании с объединенным электродом Вильсона образуют 6 грудных отведений. Грудные отведения обозначаются заглавной латинской буквой V (потенциал, напряжение) с добавлением номера позиции активного положительного электрода, обозначенного арабскими цифрами.

Рис. 6 Расположение грудных электродов

· Отведение V₁ - активный электрод установлен в четвертом межреберье по правому краю грудины.

· Отведение V₂ - активный электрод расположен в четвертом межреберье по левому краю грудины.

· Отведение V₃ - активный электрод находится между второй и четвертой позицией, примерно на уровне четвертого ребра по левой парастернальной линии.

· Отведение V₄ - активный электрод установлен в пятом межреберье по левой срединно-ключичной линии.

· Отведение V₅ - активный электрод расположен на том же горизонтальном уровне, что и V₄ по левой передней подмышечной линии.

· Отведение V₆ - активный электрод по левой средней подмышечной линии на том же горизонтальном уровне, что и электроды отведений V₄ и V₅

Итак, в клинической электрокардиографии наиболее широкое распространение получили 12 электрокардиографических отведений (3 стандартных, 3 усиленных однополюсных отведения от конечностей и 6 грудных отведений). Электрокардиографические отклонения в каждом из этих отведений отражают суммарную ЭДС всего сердца, т. е. являются результатом одновременного воздействия на данное отведение изменяющегося электрического потенциала в левых и правых отделах сердца, в передней и задней стенке желудочков, в верхушке и основании сердца и т. д.

Зубцы, сегменты и интервалы нормальной ЭКГ и схема их формирования.

На рисунке 7 представлены два полных кардиоцикла. Для того чтобы перейти к рассмотрению основных зубцов и сегментов ЭКГ нужно разобраться с понятием изоэлектрической линии или линией нулевого потенциала. Изоэлектрической называется линия, регистрирующаяся либо при отсутствии разницы потенциалов между двумя исследуемыми точками, либо при одинаковом заряде в этих двух точках. В обоих случаях на ленте будет фиксироваться прямая, которую мы условно можем обозначить за ось X, по которой будут отмечаться временные интервалы (t, сек). По второй оси Y будет отмечаться вольтаж ЭКГ (ДЦ, мВ). Таким образом, ЭКГ - изменение разницы потенциалов сердца во времени.

Сердечный цикл (кардиоцикл) состоит из двух фаз - систолы и диастолы. Систола - фаза сердечного цикла, состоящая из последовательно протекающих сокращений миокарда предсердий и желудочков. Диастола - фаза сердечного цикла: расширение полостей сердца, связанное с расслаблением мускулатуры их стенок, во время которого полости сердца наполняются кровью. И систола, и диастола, имеют две составляющие - электрическую и механическую. Электрическая составляющая отражает процессы протекающие в проводящей системе сердца, а механическая - процессы, протекающие в сократительной системе. Отдельно следует отметить, что механический кардиоцикл, запаздывает от электрического, так как кардиомиоцитам, получившим электрический импульс от проводящей системы, нужно время для того чтобы сократиться. ЭКГ отражает только электрический кардиоцикл.

1) Зубец P - отражает процесс деполяризации обоих предсердий. Как было сказано ранее, предсердия возбуждаются практически одновременно, в результате чего на ЭКГ формируется лишь один зубец (в зависимости от отведения может быть как положительным, находится выше изоэлектрической линии, так и отрицательным - ниже изоэлектрической линии).

2) Сегмент P-Q(R) - время от конца деполяризации предсердий, до начала деполяризации желудочков. Кто был внимателен, отметит, что это есть не что иное, как физиологическая задержка импульса в АВ-узле. Как правило, данный сегмент лежит на изоэлектрической линии. (В скобках пишется зубец R, так как нередко, даже в состоянии нормы, зубец Q у многих людей может отсутствовать, в таком случае считается сегмент P-R - от конца зубца P до начала зубца R).

3) Интервал P-Q(R) - время от начала деполяризации предсердий, до начала деполяризации желудочков (характеризует скорость предсердной проводимости импульса).

4) Комплекс QRS - время от начала зубца Q до конца зубца S, характеризует время деполяризации желудочков. Зубец Q - характеризует возбуждение верхней трети межжелудочковой перегородки. Зубцы R и S характеризуют возбуждение верхушки сердца (Зубцы Q и S - всегда отрицательные, зубец R - всегда положительный).

5) Сегмент ST - характеризует время полного охвата желудочков возбуждением после возбуждения верхушки сердца. Как правило, лежит на изолинии.

6) Интервал Q-T - электрическая систола сердца. Зубец T характеризует реполяризацию желудочков (в зависимости от отведения может быть как положительным, так и отрицательным). Реполяризация предсердий на ЭКГ не находит своего отражения, так как по времени совпадает с деполяризацией желудочков, но поскольку несет в себе более низкую разность потенциалов, на ЭКГ мы видим именно деполяризацию желудочков.

7) Комплекс T-P. Как правило, лежит на изолинии и отражает электрическую диастолу сердца.

Физиологическое значение зубца U не определено, и в большинстве случаев, он не встречается.

Интервал R-R - характеризует время одного полного кардиоцикла, или время одного сердечного сокращения (следует отметить, что на ЭКГ у здорового человека интервалы P-P, Q-Q, R-R, S-S, T-T все будут равны между собой, но поскольку, зубец R, как правило, самый высокоамплитудный и легко различимый, для определения частоты пульса, либо времени кардиоцикла используют именно интервал R-R).

Также необходимо уметь рассчитывать амплитуды зубцов. Амплитудой зубца называется перпендикуляр, опущенный из вершины зубца на изоэлектрическую линию, для примера на рисунке показаны амплитуды зубцов R, S и Q - h1, h2, h3 соответственно. Запись ЭКГ, как правило, производится на миллиметровую бумагу, поэтому пересчитать амплитуду в единицах длины - не составит особого труда. Но для перевода длины в вольты, необходимо знать усиление кардиографа, для чего перед каждым записанным отведением должен подаваться калибровочный сигнал, о котором говорилось выше.

Размещено на Allbest.ru