Изучение работы электрокардиографа

Лабораторная работа № 15

Приборы и принадлежности: электрокардиограф ЭКТТ – 07 «АКСОН», блок питания сетевой, кабель пациента, 4 прижимных электрода для конечностей, 6 грудных присасывающихся электродов, кабель выравнивания потенциалов, струбцина для подключения кабеля выравнивания потенциалов, футляр.

Цель работы: изучение принципа работы электрокардиографа и физических основ получения электрокардиограммы.

Свойства биологических объектов, проявляющиеся при прохождении электрического тока через эти объекты под действием приложенной извне разности потенциалов (внешнего электрического поля) называются пассивными и объединяются под общим названием электропроводности.

Свойства, являющиеся результатом жизнедеятельности самого организма и за счет которых осуществляется поддержание градиента потенциала, называются активными. Активные электрические свойства обеспечивают определенное движение и перераспределение ионов. К ним относят биоэлектрические потенциалы. Следовательно, биопотенциалами называют электрические потенциалы, которые возникают в клетках, тканях и органах живого организма и являются результатом его жизнедеятельности. В понятие “биопотенциал” вкладывается смысл понятия физической разности потенциалов или напряжения.

Биопотенциал — это разность потенциалов, снимаемая между двумя точками. Биопотенциалы имеют ионную природу и образуются вследствие разницы концентраций положительных и отрицательных ионов по обе стороны мембран клеток, тканей и органов живого организма. Биопотенциалы очень тонко и точно отражают функциональное состояние органов и тканей в норме и в патологии, поэтому регистрация их с последующим анализом является весьма распространенным приемом при физиологических исследованиях и при диагностике заболеваний.

В медицинской практике широкое распространение получил метод регистрации биопотенциалов сердца, называемый электрокардиографией.

Регистрация биопотенциалов сердца производится с помощью аппарата — электрокардиографа, который состоит в основном из усилителя напряжений и регистрирующего устройства. Основные электроды при исследовании накладываются на поверхность тела в определенных точках: предплечье левой руки (ЛР), предплечье правой руки (ПР) и голень левой ноги (ЛН). Совокупность двух таких точек называется отведением.

На рисунке 1 показана блок-схема (а) записи электрокардиограммы (ЭКГ), цифрами I, II и III и стрелками — отведения, (б) — график нормальной ЭКГ. С помощью переключателя П (рис. 1 а) подается разность потенциалов между двумя из трех электродов (отведений). Электрокардиограмма фиксируется регистратором Р, и представляет собой график изменения во времени разности потенциалов, образующейся между двумя электродами соответствующего отведения, за цикл работы сердца. Горизонтальная ось графика является осью времени, а также линией нулевого потенциала. Длительность одного цикла работы сердца зависит от частоты его сокращения и в среднем, при частоте пульса 60 — 80 ударов в 1 минуту, составляет 0,75 — 1,0 сек. ЭКГ представляет собой кривую, состоящую из трех характерных зубцов, обозначенных Р, QRS, и Т, разделенных интервалами нулевого потенциала.

Разность потенциалов, регистрируемая при электрокардиографии, образуется при возбуждении нервно-мышечного аппарата сердца. Потенциалы, возникающие в различных элементах нервно-мышечной системы сердца, суммируясь, образуют общую разность потенциалов между возбужденными (электроотрицательными) и невозбужденными (электроположительными) участками этой системы. В связи с тем, что возбуждение распространяется по различным отделам нервно-мышечной системы сердца с определенной последовательностью, результирующая разность потенциалов за цикл работы сердца изменяется как по величине, так и по расположению точек, между которыми она имеет наибольшее значение.

Регистрация этих изменений и составляет задачу электрокардиографии. Метод основан на теории Эйнтховена, которая устанавливает связь между разницей потенциалов сердца и разностями потенциалов, регистрируемых в соответствующих отведениях. В теории Эйнтховена сердце рассматривается как электрический диполь, находящийся в однородной среде, которой являются окружающие сердце ткани организма. Диполь образует электрическое поле, потенциалы которого можно обнаружить на поверхности тела. Вектор электрического момента этого диполя и рассматривается как вектор, характеризующий результирующую разность биопотенциалов сердца. Этот вектор называют интегральным электрическим вектором сердца (сокращенно ЭВС).

Из теории известно, что разность потенциалов между двумя любыми точками “а” и “б” поля диполя пропорциональна проекции вектора электрического момента диполя на линию, соединяющую эти точки

,

где k — коэффициент пропорциональности, р — электрический дипольный момент и a — угол наклона линии “ аb ” к оси диполя.

На этом положении и основывается предложенный Эйнтховеном метод регистрации биопотенциалов сердца с помощью электродов, наложенных на поверхность тела в трех точках, которые являются вершинами равностороннего треугольника, построенного в плоскости расположения ЭВС и центром в его начале, как показано на рис. 2. С известным приближением за эту плоскость принимается фронтальная плоскость тела, а электроды располагаются так, как это показано на рисунке 1. При этом регистрируются разности потенциалов, образующиеся между каждой парой из этих электродов:

I отведение: ЛР — ПР;

II отведение: ПР — ЛН;

III отведение: ЛН — ЛР.

Эти разности потенциалов прямо пропорциональны проекции вектора Е (ЭВС) на направления, образуемые сторонами треугольника (“треугольник” Эйнтховена) рис. 2. Сопоставляя величину проекций Е₁, Е₂, Е₃, можно судить как о величине ЭВС, так и о его расположении внутри треугольника (угол a).

Наиболее характерное положение ЭВС — вдоль анатомической оси сердца. В действительности мгновенные значения ЭВС за цикл работы сердца изменяются и по величине, и по направлению. Эти изменения обусловлены последовательным распространением возбуждения по нервно-мышечному аппарату сердца, которое сугубо схематично показано на рис.3.

На рис.3а векторы ЭВС сердца, соответствующие отдельным моментам распространения волны возбуждения на желудочки сердца, совмещены между собой. Точка приложения начала вектора ЭВС постоянна. Она называется электрическим центром сердца и расположена в нервном узле межпредсердной перегородки. Концы векторов описывают петлю QRS, плоскость которой (рис.3б) с известной степенью приближения может быть совмещена с площадью треугольника Эйнтховена и повторяет вид графика, представленного на рис.1б.

На рис.3а показана также линия проекции 00, соответствующая I отведению. На рис.3б построен график, в котором на равных промежутках на горизонтальной оси отложены отрезки, равные по величине проекции векторов на линию 00 с сохранением их направления (знака). Кривая, соединяющая концы отрезков, образует зубец QRS. Такова схема образования зубца QRS и на электрокардиограмме в первом отведении, показанной на рис.1. Аналогично образуются зубцы и в двух других отведениях. За полный цикл работы мгновенные значения ЭВС изменяются как по величине, так и по направлению таким образом, что при неизменной точке начала векторов концы описывают последовательно три петли, конфигурации которых показаны на рис. 4 а.

Соответственно этим трем петлям в ЭКГ в любом отведении (в норме) имеются три зубца: Р, QRS, Т, показанные на рис. 4б. С помощью аппарата разность потенциалов на электродах регистрируется на движущейся диаграммной ленте (показано на рис. 4б) и представляет собой функцию времени. Поэтому электрокардиограмму можно определить как график, отражающий изменение во времени (за цикл работы сердца) разности потенциалов, измеренной между электродами и соответствующей проекции вектора мгновенных значений ЭВС на линию соответствующего отведения. Это положение иллюстрируется схемой на рис. 2.

Рассмотренные три отведения являются основными. На практике число отведений увеличено за счет четвертого электрода, накладываемого на поверхность грудной клетки в области расположения сердца.

На практике, кроме описанных трех стандартных (классических) отведений (I, II, III), используются также усиленные однополюсные отведения от конечностей (aVF, aVL, aVR) и грудные отведения (V1 – V6), дающие дополнительную информацию о состоянии пациента.