Електрокардіографія (ЕКГ)

Електрокардіографія - метод графічної реєстрації різниці потенціалів електричного поля серця, що виникає при його діяльності. Реєстрація проводиться за допомогою апарату - електрокардіографа. Він складається з підсилювача, що дозволяє вловлювати струми дуже малої напруги; гальванометра, що вимірює величину напруги; системи живлення; записуючого пристрою; електродів і проводів, що з'єднують пацієнта з апаратом. Записувана крива називається електрокардіограмою (ЕКГ). Реєстрація різниці потенціалів електричного поля серця з двох точок поверхні тіла називають відведенням. Як правило, ЕКГ записують у дванадцяти відведеннях: трьох - двополюсних (три стандартних відведення) і дев'яти - однополюсних (три посилених однополюсних відведення від кінцівок і 6 однополюсних грудних відведень). При двополюсних відведеннях до електрокардіографу підключають за два електрода, при однополюсних відведеннях один електрод (індиферентний) є об'єднаним, а другий (дифферентный, активний) поміщається в обрану точку тіла. Якщо активний електрод поміщають на кінцівку, відведення називають однополюсним, посиленим від кінцівки; якщо цей електрод поміщений на груди - однополюсним грудним відведенням.
Для реєстрації ЕКГ в стандартних відведеннях (I, II і III) на кінцівки накладають ткані серветки, змочені фізіологічним розчином, на які кладуть металеві пластинки електродів. Один електрод з червоним дротом і одним рельєфним кільцем поміщають на праве передпліччя, другий - з жовтим дротом і двома рельєфними кільцями - на ліве передпліччя і третій - з зеленим дротом і трьома рельєфними кільцями - на ліву гомілку. Для реєстрації відведень до електрокардіографу по черзі підключають за два електрода. Для запису I відведення електроди підключають правої і лівої рук, II відведення - електроди правої руки і лівої ноги, III відведення - електроди лівої руки і лівої ноги. Перемикання відведень проводиться поворотом ручки. Крім стандартних, від кінцівок знімають посилені однополюсні відведення. Якщо активний електрод розташований на правій руці, відведення позначають як aVR або уП, якщо на лівій руці - aVL або уЛ, і якщо на лівій нозі - aVF або уН.


Рис. 1. Розташування електродів при реєстрації передніх грудних відведень (зазначено цифрами відповідними їх порядковим 1 номерами). Вертикальні смуги, що перетинають цифри, що відповідають анатомічним лініях: 1 - правою грудинной; 2 - лівої грудинной; 3 - лівої окологрудинной; 4-лівої среднеключичной; 5-лівій передній пахвовій; 6 - лівої середньої пахвової.

При реєстрації однополюсних грудних відведень активний електрод поміщають на грудній клітці. ЕКГ реєструють в наступних шести позиціях електрода: 1) у правого краю грудини в IV міжребер'ї; 2) у лівого краю грудини в IV міжребер'ї; 3) по лівій окологрудинной лінії між IV і V межреберьями; 4) по среднеключичной лінії в V міжребер'ї; 5) по передній пахвовій лінії в V міжребер'ї і 6) по середній пахвовій лінії в V міжребер'ї (рис. 1). Однополюсні грудні відведення позначають латинською літерою V або росіянами - ГО. Рідше реєструють двополюсні грудні відведення, при яких один електрод розташовувався на грудній клітці, а інший на правій руці або лівій нозі. Якщо другий електрод розташовувався на правій руці, грудні відведення позначали латинськими літерами CR або росіянами - ДП; при розташуванні другого електрода на лівій нозі грудні відведення позначали латинськими літерами CF або росіянами - ГН.
ЕКГ здорових людей відрізняється варіабельністю. Вона залежить від віку, статури та ін Однак у нормі на ній завжди можна розрізнити певні зубці і інтервали, що відображають послідовність збудження серцевого м'яза (рис. 2). За наявною позначки часу (на фотопапері відстань між двома вертикальними смугами дорівнює 0,05 сек., на міліметровому папері при швидкості протягання 50 мм/сек 1 мм дорівнює 0,02 сек., при швидкості 25 мм/сек - 0,04 сек.) можна розрахувати тривалість зубців і інтервалів (сегментів) ЕКГ. Висоту зубців порівнюють зі стандартною відміткою (при подачі на прилад імпульсу напругою 1 мв реєстрована лінія повинна відхилятися від початкового положення на 1 см). Збудження міокарда починається з передсердь, і на ЕКГ з'являється передсердний зубець Р. В нормі він невеликий: висотою - 1-2 мм і тривалістю 0,08-0,1 сек. Відстань від початку зубця Р до зубця Q (інтервал Р-Q) відповідає часу поширення збудження від передсердь до шлуночків і дорівнює 0,12-0,2 сек. Під час збудження шлуночків записується комплекс QRS, причому величина зубців у різних відведеннях виражена по-різному: тривалість комплексу QRS - 0,06 - 0,1 сек. Відстань від зубця S до початку зубця Т - сегмент S-T, в нормі розташовується на одному рівні з інтервалом Р - Q і зміщення його не повинні перевищувати 1 мм При згасанні збудження в шлуночках записується зубець Т. Інтервал від початку зубця Q до кінця зубця Т відображає процес збудження шлуночків (електричну систолу). Його тривалість залежить від частоти серцевого ритму: при збільшенні частоти ритму він коротшає, при уповільненні - подовжується (в середньому він дорівнює 0,24-0,55 сек.). Частоту серцевого ритму легко підрахувати по ЕКГ, знаючи скільки часу триває один серцевий цикл (відстань між двома зубцями R) і скільки таких циклів міститься в хвилині. Інтервал Т - Р відповідає діастолі серця, апарат в цей час записує пряму (так звану изоэлектрическую) лінію. Іноді після зубця Т реєструється зубець U, походження якого не цілком ясно.

ЕКГ
Рис. 2. Електрокардіограма здорової людини.

У патології величина зубців, їх тривалість і напрямок, так само як і тривалість і розташування інтервалів (сегментів) ЕКГ, може значно змінюватися, що дає підставу використовувати електрокардіографію в діагностиці багатьох захворювань серця. З допомогою електрокардіографії діагностуються різні порушення серцевого ритму (див. Аритмії серця), на ЕКГ знаходять відображення запальні та дистрофічні ураження міокарда. Особливо важливу роль відіграє електрокардіографія в діагностиці коронарної недостатності та інфаркту міокарда.
За ЕКГ можна визначити не тільки наявність інфаркту, але і з'ясувати, яка стінка серця вражена. В останні роки для вивчення різниці потенціалів електричного поля серця використовується метод телеэлектрокардиографии (радиоэлектрокардиографии), заснований на принципі бездротової передачі електричного поля серця за допомогою радіопередавача. Цей метод дозволяє зареєструвати ЕКГ під час фізичного навантаження, в русі (у спортсменів, льотчиків, космонавтів).

Електрокардіографія (грец. kardia - серце, grapho - пишу, записую) - метод реєстрації електричних явищ, що виникають у серці під час його скорочення.
Історія електрофізіології, а отже, і електрокардіографія починається з досвіду Гальвані (L. Galvani), що виявив в 1791 р. електричні явища в м'язах тварин. Маттеуччи (С. Matteucci, 1843) встановив наявність електричних явищ
у вирізаному серце. Дюбуа-Реймон (Е. Dubois-Reymond, 1848) довів, що і нервах і м'язах збуджена частина электроотрицательна по відношенню до що знаходиться в спокої. Келликер і Мюллер (A. Kolliker, Н. Muller, 1855), накладаючи на скорочувалося серце нервово-м'язовий препарат жаби, що складається з сідничного нерва, сполученого з литкового м'язом, отримували при скороченні серця подвійне скорочення: одне на початку систоли і інше (непостійне) на початку діастоли. Таким чином, була вперше зареєстрована електрорушійна сила (ЕРС) оголеного серця. Зареєструвати ЕРС серця з поверхні людського тіла вперше вдалося Уоллеру (A. D. Waller, 1887) за допомогою капілярного електрометра. Уоллер вважав,що людське тіло є провідником, що оточує джерело ЕРС - серце; різні точки людського тіла мають потенціали різної величини (рис. 1). Однак отримана капілярним электрометром запис ЕРС серця неточно відтворювала її коливання.

Рис. 1. Схема розподілу изопотенциальних ліній на поверхні людського тіла, обумовлених електрорушійної силою серця. Цифрами позначені величини потенціалів.

Точна запис ЕРС серця з поверхні людського тіла - електрокардіограма (ЕКГ) - була проведена Эйнтховеном (W. Einthoven, 1903) за допомогою струнного гальванометра, побудованого за принципом апаратів для прийому трансатлантичних телеграм.
Згідно сучасним уявленням клітини збудливих тканин, зокрема клітини міокарда, покриті напівпроникною оболонкою (мембраною), проникною для іонів калію і непроникною для аніонів. Заряджені позитивно іони калію, що знаходяться в надлишку в клітинах порівняно з навколишнім їх середовищем, утримуються на зовнішній поверхні мембрани негативно зарядженими аніонами, розташованими на внутрішній її поверхні, непроникною для них.
Таким чином, на оболонці живої клітини виникає подвійний електричний шар - оболонка поляризована, причому зовнішня поверхня її заряджена позитивно по відношенню до внутрішнього вмісту, заряджена негативно.
Ця поперечна різниця потенціалів є потенціалом спокою. Якщо до зовнішньої і внутрішньої сторін поляризованої мембрани докласти микроэлектроды, то в зовнішньому ланцюзі виникає струм. Запис отриманої різниці потенціалів дає монофазную криву. При виникненні порушення мембрана порушеної ділянки втрачає полунепроницаемость, деполяризуется і поверхня її стає электроотрицательной. Реєстрація двома микроэлектродами потенціалів зовнішньої і внутрішньої оболонки деполяризованной мембрани також дає монофазную криву.
Внаслідок різниці потенціалів між поверхнею порушеної деполяризованого ділянки і поверхнею поляризованого, що знаходиться у спокої, виникає струм дії - потенціал дії. Коли збудження охоплює всі м'язове волокно, поверхня її стає электроотрицательной. Припинення збудження викликає хвилю реполяризації, і відновлюється потенціал спокою м'язового волокна (рис. 2).

Рис. 2. Схематичне зображення поляризації, деполяризації і реполяризації клітини.

Якщо клітина знаходиться в стані спокою (1), то з обох боків клітинної мембрани відзначається електростатичне рівновагу, що складається в тому, що поверхня клітини є электроположительной (+) по відношенню до її внутрішній стороні (-).
Хвиля збудження (2) моментально порушує цю рівновагу, і поверхня клітини стає электроотрицательной по відношенню до її внутрішній стороні; таке явище називають деполяризацией або ж, вірніше, інверсійної поляризацією. Після того, як порушення пройшло по всьому м'язового волокна, воно стає повністю деполяризированным (3); вся його поверхня володіє однаковим негативним потенціалом. Таке нове рівновагу не триває довго, так як після хвилі збудження слід хвиля реполяризації (4), яка відновлює поляризацію стану спокою (5).
Процес збудження в нормальному людському серці - деполяризація - йде наступним чином. Виникає синусовом вузлі, розташованому в правому передсерді, хвиля збудження поширюється зі швидкістю 800-1000 мм в 1 сек. променеподібно по м'язовим пучкам спочатку правого, потім лівого передсердя. Тривалість охоплення збудженням обох передсердь 0,08-0,11 сек.
Перші 0,02 - 0,03 сек. порушено тільки праве передсердя, потім 0,04 - 0,06 сек.- обидва передсердя і останні 0,02 - 0,03 сек.- тільки ліве передсердя.
По досягненні атрио-вентрикулярного вузла поширення збудження сповільнюється. Потім з великою і поступово зростаючою швидкістю (від 1400 до 4000 мм в 1 сек.) воно направляється по пучку Гіса, його ніжок, їх гілкам і разветвлениям і досягає кінцевих закінчень провідникової системи. Досягнувши скорочувального міокарда, порушення зі значно зменшеною швидкістю (300-400 мм у 1 сек.) поширюється по обох шлуночках. Так як периферичні розгалуження провідникової системи розсіяні переважно під эндокардом, раніше всього приходить в збудження внутрішня поверхня серцевого м'яза. Подальший хід збудження шлуночків не пов'язаний з анатомічним розташуванням м'язових волокон, а спрямований від внутрішньої до зовнішньої поверхні серця. Час виникнення порушення в м'язових пучках, розташованих на поверхні серця (субэпикардиальные), визначається двома факторами: часом збудження найбільш близько розташованих до цих пучкам розгалужень провідникової системи і товщиною м'язового шару, що відокремлює субэпикардиальные м'язові пучки від периферичних розгалужень провідникової системи.
Раніше всього порушуються міжшлуночкова перегородка і права сосочковая м'яз. В правому шлуночку збудження спочатку охоплює поверхню його центральній частині, так як м'язова стінка в цьому місці тонка і її м'язові шари тісно пов'язані з периферичними розгалуженнями правої ніжки провідникової системи. В лівому шлуночку раніше все приходить в збудження верхівка, так як стінка, що відокремлює її від периферичних розгалужень лівої ніжки, тонка. Для різних точок поверхні правого і лівого шлуночків нормального серця період збудження настає в строго певний час, причому раніше все приходить в збудження більшість волокон на поверхні тонкостінного правого шлуночка і лише невелика кількість волокон на поверхні лівого шлуночка завдяки їхній близькості до периферичних разветвлениям провідникової системи (рис. 3).

Рис. 3. Схематичне зображення нормального збудження міжшлуночкової перегородки і зовнішніх стінок шлуночків (за Соди-Пальяресу з співр.). Збудження шлуночків починається на лівій стороні перегородки в середній її частині (0,00 - 0,01 сек.) і потім може досягти підстави правою сосочкової м'язи (0,02 сек.). Після цього порушуються субэндокардиальные м'язові шари зовнішньої стінки лівого (0,03 сек.) і правого (0,04 сек.) шлуночків. Останніми порушуються базальні частини зовнішніх стінок шлуночків (0,05-0,09 сек.).


Процес припинення збудження м'язових волокон серця - реполяризації - не можна вважати повністю вивченими. Процес реполяризації передсердь збігається здебільшого з процесом деполяризації шлуночків і частково з процесом їх реполяризації.
Процес реполяризації шлуночків йде значно повільніше і в дещо іншій послідовності, ніж процес деполяризації. Пояснюється це тим, що тривалість збудження м'язових пучків поверхневих шарів міокарду менше тривалості порушення субендокардіальних волокон і сосочкових м'язів. Запис процесу деполяризації і реполяризації передсердь і шлуночків з поверхні людського тіла і дає характерну криву - ЕКГ, що відображає електричну систолу серця.
Запис ЕРС серця проводиться в даний час дещо іншими методами, чим реєструвалася Эйнтховеном. Ейнтховен реєстрував струм, що виникає при з'єднанні двох точок поверхні людського тіла. Сучасні апарати - електрокардіографи - реєструють безпосередньо напруга, обумовлене електрорушійної силою серця.
Напруга, обумовлене серцем, рівну 1-2 мВ, посилюється радиолампами, напівпровідниками або електроннопроменева трубкою до 3-6, в залежності від підсилювача і реєструючого апарату.
Чутливість вимірювальної системи встановлюють таким чином, щоб різниця потенціалів в 1 мВ давала відхилення в 1 див. Запис проводиться на фотопапері або фотоплівці або безпосередньо на папері (чернильнопишущие, з тепловим записом, зі струминного записом). Найбільш точні результати дають запис на фотопапері або фотоплівці і струменевий запис.
Для пояснення своєрідної форми ЕКГ були запропоновані різні теорії її генезу.
А. Ф. Самойлов розглядав ЕКГ як результат взаємодії двох монофазних кривих.
Враховуючи, що при реєстрації двома микроэлектродами зовнішньої і внутрішньої поверхні мембрани в стані спокою, збудження і пошкодження виходить монофазні крива, М. Т. Удельнов вважає, що монофазні крива відображає основну форму біоелектричної активності міокарда. Алгебраїчна сума двох монофазних кривих дає ЕКГ.
Патологічні зміни ЕКГ обумовлені зрушеннями монофазних кривих. Ця теорія генезу ЕКГ носить назву диференційної.
Зовнішню поверхню мембрани клітини в періоді порушення можна представити схематично як що складається з двох полюсів: негативного і позитивного.
Безпосередньо перед хвилею збудження в будь-якому місці її поширення поверхню клітини є электроположительной (стан поляризації в стані спокою), а безпосередньо за хвилею збудження поверхню клітини є электроотрицательной (стан деполяризації; рис. 4). Дані електричні заряди протилежних знаків, що групуються в пари з однієї й іншої сторони кожного місця, охопленого хвилею збудження, утворюють електричні диполі (а). Реполяризація також створює незліченна кількість диполів, але, на відміну від вищевказаних диполів, негативний полюс знаходиться спереду, а позитивний полюс - ззаду по відношенню до напрямку поширення хвилі (б). Якщо деполяризація або реполяризація закінчена, поверхня всіх клітин володіє однаковим потенціалом (негативним або позитивним); диполі повністю відсутні (див. рис. 2, 3 і 5).

Рис. 4. Схематичне зображення електричних диполів при деполяризації і реполяризації (б), що виникають з обох сторін хвилі збудження і хвилі реполяризації в результаті зміни електричного потенціалу на поверхні волокон міокарда.
Рис. 5. Схема рівностороннього трикутника за Эйнтховену, Фару і Варту.

М'язове волокно є маленьким двополюсним генератором, який продукує маленьку (елементарну) ЕРС - елементарний диполь.
У кожен момент систоли серця відбувається деполяризація та реполяризація величезного числа волокон міокарда, розташованих в різних частинах серця. Сума утворилися елементарних диполів створює відповідну величину ЕРС серця в кожен момент систоли. Таким чином, серце-як би один сумарний диполь, змінює протягом серцевого циклу свою величину і напрямок, але не змінює місця розташування свого центру. Потенціал у різних точках поверхні людського тіла має різну величину в залежності від розташування сумарного диполя. Знак потенціалу залежить від того, по яку сторону від лінії, перпендикулярної до осі диполя і проведеної через його центр, розташована дана точка: на стороні позитивного полюса потенціал має знак"+", а на протилежній стороні - знак -.
Більшу частину часу збудження серця поверхню правої половини тулуба, правої руки, голови і шиї має негативний потенціал, а поверхню лівої половини тулуба, обох ніг і лівої руки - позитивний (рис. 1). Таке схематичне пояснення генезу ЕКГ згідно теорії диполя.
ЕРС серця протягом електричної систоли змінює не тільки свою величину, а й напрям; отже, вона є векторною величиною. Вектор зображується відрізком прямої лінії певної довжини, розмір якої за певних даних реєструючого апарату вказує на абсолютну величину вектора.
Стрілка на кінці вектора вказує напрям ЕРС серця.
Виникли одночасно вектори ЕРС окремих волокон серця підсумовуються за правилом додавання векторів.
Загальний (інтегральний) вектор двох векторів, розташованих паралельно і спрямованих в одну сторону, дорівнює за абсолютною величиною сумі його складових векторів і спрямований у ту ж сторону.
Сумарний вектор двох векторів однакової величини, розташованих паралельно і спрямовані в протилежні сторони, дорівнює 0. Сумарний вектор двох векторів, спрямованих один до одного під кутом, що дорівнює діагоналі паралелограма, побудованого з його складових векторів. Якщо обидва вектори утворюють гострий кут, то їх сумарний вектор спрямований у бік його складових векторів і більше будь-якого з них. Якщо обидва вектори утворюють тупий кут і, отже, спрямовані в протилежні сторони, то їх сумарний вектор спрямований у бік найбільшого вектора і коротше. Векторний аналіз ЕКГ полягає у визначенні за зубців ЕКГ просторового напрямку і величини сумарної ЕРС серця в будь-який момент його порушення.