Физические основы электрокардиографии

План.

ЛЕКЦИЯ №5.

Свойства ревербераторов.

Ревербераторы в неоднородных средах.

Ревербераторы как источники спиральных волн возбуждения – могут возникнуть в неоднородных активных средах без отверстий. Этот процесс происходит на границе раздела участков активной среды с разными параметрами элементов этой фазы, разными рефрактерностями.

1. Главная особенность ревербераторов заключается в том, что в активной среде, в которой нет собственных источников возбуждения, возникает источник, посылающий волны возбуждения в окружающую среду.

2. Время жизни ревербератора в неоднородной активной среде конечно. Чем больше неоднородность, тем короче время жизни ревербератора, тем меньше импульсов возбуждения пройдет через активную среду от этого источника.

3. Частота волн, посылаемых ревербератором, является максимально возможной частотой возбуждения данной среды.

4. Ревербераторы могут размножаться на границах неоднородностей активной среды.

Из вышеперечисленного следует:

1. Если скорость размножения ревербераторов больше скорости их исчезновения, начинается цепной процесс увеличения количества ревербераторов (аналогично цепной реакции при взрыве урановой бомбы). Вся активная среда покрывается источниками спиральных волн с разными частотами. Это соответствует фибрилляции миокарда сердца.

2. На основе анализа математической модели установлено, что цепные процессы размножения ревербераторов возникают, когда число возникших ревербераторов больше некоторого критического (если масса сократительного миокарда меньше критической, то в ней одновременно может появиться только малое число источников спиральных волн. Оно будет недостаточно для образования цепной реакции их размножения.

ТЕМА: Электрическая активность органов.

1. Внешние электрические поля органов.

2. Физические основы электрокардиографии.

3. Исследование электрической активности головного мозга.

Литература:

1) Антонов В. Ф. Биофизика. Учебник для вузов. М.: Владос, 2000

2) Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. Учебник для медвузов. М.,Медицина, 1991

При функционировании тканей и органов, отдельных клеток, сопровождающимся электрической активностью, в организме создается электрическое поле.

В процессе жизнедеятельности электрическая активность органа меняется с течением времени.

Два электрода, приложенные к разным участкам тела, регистрируют разность потенциалов. Зависимость от времени разности потенциалов, возникающей при функционировании данного органа или ткани, называется электрограммой.

Название электрограмм указывают на органы или ткани, функционирование которых – приводит к появлению—регистрируемой разности потенциалов: сердца—электрокардиограмма (ЭКГ), головного мозга – элетроэнцефалограмма (ЭЭГ), мышц—элекромиограмма (ЭМИ).

Электрограммы получают чаще всего, измеряя потенциалы на поверхности органов и тела.

Основные задачи изучения электрограмм:

1. прямая (первая)— расчет распределения электрического потенциала на поверхности тела по заданным характеристикам эквивалентного электрического генератора.

2. обратная (диагностическая)— выявление состояния органа по характеру его электрограмм.

При изучении механизма возникновения электрограмм—ткани и органы, как источники электрического поля представляют в виде эквивалентного электрического генератора, под которым подразумевается модельная физическая система, которая должна удовлетворять двум требованиям:

1) расчетные потенциалы электрического поля эквивалентного генератора в разных точках организма должны быть равны реальным, регистрируемым потенциалам.

2) при варьировании параметров эквивалентного генератора—должны происходить, такие же изменения электрического поля, как и в реальных электрограммах при соответствующем сдвиге функционирования органа.

Пространственная структура электрического поля, создаваемого во внешней среде генератором, определяется положением его полюсов.

Для расчета потенциалов этого поля – генератор представляют в виде токового электрического диполя – системы из положительного полюса

(истока электрического тока) и отрицательного полюса (стока), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Охват возбуждением огромного количества клеток рабочего миокарда, вызывает появление отрицательного заряда на поверхности этих клеток. Сердце становится мощным электрогенератором. Ткани тела, обладая высокой электропроводностью, позволяют регистрировать электрические потенциалы сердца с поверхности тела. Такая методика исследования электрической активности введенная в практику В. Эйнтховеном в

1924 г получила название – электрокардиографии, а регистрируемые с

ее помощью кривые называются электрокардиограммами.

Сокращения сердца наблюдаются вследствие периодически возникающих процессов возбуждения в сердечной мышце. Сердечная мышца обладает свойствами, которые обеспечивают ей непрерывную, ритмическую деятельность: возбудимость, автоматию, проводимость, сократимость, рефрактерность.

Возбудимость —способность при действии раздражителей приходить в состояние возбуждения, при котором изменяются биохимические и биофизические свойства мышечной ткани. Возбуждение в сердце возникает периодически, под влиянием процессов, протекающих в нем самом. Это явление называется – автоматия. Способностью к автоматии обладают определенные участки миокарда, состоящие из специфической мышечной ткани, бедной миофибриллами, богатой саркоплазмой. Специфическая мускулатура образует в сердце проводящую систему.

Синусно-предсердный (синоатриальный) узел и предсердно -желудочковый узел — водители ритма сердца. От предсердно- желудочкового узла – берет начало предсердно-желудочковый пучок (пучок Гиса), который прободает предсердно-желудочковую перегородку и разветвляется на правую и левую ножки, которые следуют вдоль межжелудочковой перегородки. В области верхушки сердца ножки пучка пучка Гиса загибаются вверх и переходят в сердечные приводящие миоциты (волокна Пуркинье), которые охватывают рабочий миокард желудочков.

В естественных условиях клетки миокарда постоянно находятся в состоянии возбуждения.

В потенциале действия различают фазы:

1. быстрая начальная деполяризация фаза 0-1.

2. медленная реполяризация-плато фаза 2.

3. быстрая реполяризация фаза 3.

4. фаза покоя или медленной диастолической деполяризации фаза 4.

Фаза 0-1 – как и восходящая фаза потенциала действия нервных и скелетных мышечных волокон – обусловлена повышением натриевой проницаемости, сменой заряда мембраны.

Деполяризация мембраны активирует медленные натрий-кальциевые каналы. Поток Ca+ внутри клетки по этим каналам приводит к развитию плато потенциала действия – фаза 2, в этот период натриевые каналы инактивируются и клетка переходит в состояние абсолютной рефрактерности. Одновременно активируются калиевые каналы. Выходящий из клеток поток К+ обеспечивает быструю реполяризацию мембраны (фаза 3), во время которой кальциевые каналы закрываются, что ускоряет процесс реполяризации, так как падает входящий кальциевый поток.

Реполяризация мембраны вызывает постепенное закрывание калиевых и реактивацию натриевых каналов. В результате возбудимость миокардиальной клетки восстанавливается – этот период относительной рефрактерности.

Автоматизм— способность сердца вырабатывать электрические импульсы при отсутствии внешних раздражений. Функцией автоматизма обладают клетки синоатриального и атриовертикулярного узлов— они называются водителями ритма, в них наблюдается спонтанная диастолическая деполяризация (фаза 4), при достижениикритического уровня котрой возникает новый потенциал действия.

На этом механизме основана авторитмическая активность синоатриального узла, особенности:

1. малая крутизна подъема потенциала действия.

2. медленная деполяризация (фаза 2), плавно переходящая в фазу быстрой реполяризации (фаза 3).

В норме максимальной автматической активностью обладают клетки синоатрального узла, который вырабатывает электрические импульсы с частотой 60-80 в минуту – центр автоматизма первого порядка.

Атриовентрикулярный узел и пучок Гиса — являются центрами автоматизма второго порядка, и продуцируют импульсы с частотой 40-60 в минуту. Центр автоматизма третьего порядка, с самой низкой способность к автоматизму – 25—45 импульсов в минуту – нижняя часть пучка Гиса, его ножки и волокна Пуркинье.

Если поражается синоатриалный узел, то водителем ритма может стать атриовентрикулярный узел. Если выйдет из строя он, то водителем ритма могут стать волокна пучка Гиса—ЧСС будет – 30-40 в минуту. Если выйдет из строя и этот водитель ритма, то процесс возбуждения может возникнуть в клетках волокон Пуркинье — ритм будет 20 в минуту.

Особенностью проводящей системы сердца является наличие в ее клетках большого количества тесных межклеточных контактов—нексусов—это место перехода возбуждения с одной клетки на другую. Благодаря наличию таких контактов миокарда работает как единое целое и обеспечивается надежность проведения возбуждения в миокарде.

В атриовентрикулярном узле за счет небольшой толщины мышечных волокон возникает задержка проведения возбуждения, вследствие чего возбуждение доходит до пучка Гиса и волокон Пуркинье после того, как мускулатура предсердий успевает сократиться и перекачать кровь из предсердий в желудочки. Таким образом, атриовентрикулярная задержка обеспечивает необходимую координацию сокращений предсердий и желудочков.

Проводящая система обеспечивает такие свойства сердца:

1. Ритмическую генерацию потенциалов действия.

2. Необходимую последовательность сокращений предсердий и желудочков.

3. Синхронное вовлечение в процесс сокращения клеток миокарда желудочков, что увеличивает эффективность систолы.

Вследствие определенного положения сердца в грудной клетке и формы

тела человека электрические силовые линии, неравномерны. Поэтому в зависимости от места приложения электродов форма ЭКГ и вольтаж ее зубцов будут различны. Вследствие определенного положения сердца в грудной клетке и формы

тела человека электрические силовые линии, неравномерно. Поэтому в зависимости от места приложения электродов форма ЭКГ и вольтаж ее зубцов будут различны. ЭКГ отражает суммарные электрические токи, возникающие в многочисленных волокнах миокарда по время возбуждения. Так как в процессе побуждения суммарная электродвижущая сила сердца изменяет величину и направление, она является векторной величиной. Вектор сердца схематически изображается стрелкой, указывающей направление электродвижущей силы, длина стрелки соответствует величине этой силы.

Электрокардиографический вектор ориентирован в строну положительного полюса суммарного диполя – сердечной мышцы. Если возбуждение распространяется по направлению к положительному электроду, то на ЭКГ регистрируется положительный (направленный вверх) зубец, если возбуждение направлено от положительного электрода, то регистрируется отрицательный зубец.

Суммарный вектор электродвижущей силы сердца образуется путем суммирования его составных частей по правилу сложения векторов. Если направление суммарного вектора соответствует (параллельно) оси какого-либо отведения ЭКГ, то в данном отведении амплитуда отклонения (зубцов) кривой будет наибольшей. Если результирующий вектор расположен перпендикулярно оси отведения, то вольтаж зубцов будет минимальным.

Вектор сердца движется в грудной клетке в трехмерном пространстве: во фронтальной, горизонтальной и сагиттальной плоскостях. Изменения вектора в указанных плоскостях находят наибольшее отражение при записи ЭКГ в ортогональных отведениях.

По отведениям от конечностей можно проанализировать проекцию вектора сердца на фронтальную плоскость, а по грудным отведениям – на горизонтальную плоскость. Наибольшее практическое значение имеет направление вектора во фронтальной плоскости. Для этого необходимо проанализировать положение вектора сердца по отношению к осям отведений от конечностей в шестиосевой системе координат, когда оси отведений от конечностей проходят через центр треугольника Эйнтговена.

Отведения от конечностей не могут отразить положение вектора сердца в горизонтальной плоскости. Отклонения вектора в этой плоскости регистрируются в грудных отведениях.

Как указывалось выше, импульс возбуждения, зарождаясь в синусовом узле, распространяется на правое, а затем па левое предсердия. Предсердный вектор во фронтальной плоскости в норме ориентирован вниз и влево. Его направление совпадает с осью второго отведения, поэтому зубец Р в этом отведении имеет обычно наибольшую амплитуду.

Наиболее низким зубец Р будет в том отведении, ось которого перпендикулярна оси II отведения, т.е. в aVL. Зубец Р в отведении aVR отрицательный, так как оси отведений II и aVR имеют противоположную полярность. Предсердный вектор направлен почти перпендикулярно горизонтальной плоскости, поэтому амплитуда зубцов Р в грудных отведениях ниже, чем в отведениях от конечностей.

Одновременная запись изменений величины разности потенциалов и направления электрической оси называется – векторэлектрокардиограмма или векторкардиограмма: (вектор + кардиограмма) проекция на плоскость кривой, описываемой в пространстве концом суммарного вектора электродвижущих сил, возникающих при деполяризации и реполяризации миокарда в процессе сердечного цикла.

Для регистрации ЭКГ используют три стандартных отведения:

1- Правая рука – левая рука.