Физическая основа электрокардиографии
Электрическая активность сердца генерирует сложное электромагнитное поле. Цепочка физических явлений выглядит так:
- Изменяющийся во времени местный ток создает вокруг себя переменное магнитное поле.
- Переменное магнитное поле индуцирует в тканях тела вихревое электрическое поле (его силовые линии замкнуты, а величина пропорциональна скорости изменения магнитного поля).
- Вокруг сердца формируется единое электромагнитное поле.
ЭКГ регистрирует исключительно электрическую составляющую этого поля. Вихревые токи изменяют заряды на поверхности тела, создавая разность потенциалов. Эта разность фиксируется аппаратом в виде зубцов.
Для описания поля используется понятие электрического вектора (ЭВ) — он характеризует напряженность электрической составляющей и направлен от минуса к плюсу. Из-за сложной архитектоники проводящих путей вектор постоянно меняет свою амплитуду и направление. Проекция этих мгновенных изменений на линии, соединяющие электроды, и формирует кривую ЭКГ.
Формирование зубцов и изоэлектрической линии
Зубцы на ЭКГ возникают только тогда, когда происходит процесс изменения заряда: деполяризация (возбуждение) или реполяризация (восстановление). Чтобы аппарат зафиксировал разность потенциалов, возбуждением должна быть охвачена значительная часть мышечных волокон.
Изоэлектрическая линия (прямая без зубцов) пишется в моменты, когда заряд клеточных мембран стабилен и разность потенциалов отсутствует. Это происходит в трех случаях:
- Потенциал покоя (возбуждения нет).
- Плато потенциала действия (заряд кардиомиоцитов поддерживается на постоянном уровне).
- Полный охват миокарда возбуждением.
Стоит отметить, что возбуждение самой проводящей системы сердца (СА-узел, АВ-узел, пучок Гиса) на поверхностной ЭКГ не отображается. В ней слишком мало атипичных кардиомиоцитов, чтобы создать электромагнитное поле достаточной мощности.
Связь ЭКГ с клеточным потенциалом действия
Суммарная электрическая активность сердца четко синхронизирована с фазами потенциала действия (ПД) отдельных кардиомиоцитов (при цикле 800 мс и ЧСС 75 уд/мин):
- Зубец P (~80 мс): Соответствует фазе 0 (деполяризации) кардиомиоцитов предсердий. Реполяризация предсердий на ЭКГ не видна, так как маскируется мощным комплексом желудочков.
- Комплекс QRS (~80 мс): Фаза 0 (деполяризация) рабочего миокарда желудочков.
- Сегмент ST (~120 мс): Фаза 2 (плато, медленная реполяризация). Желудочки полностью возбуждены и рефрактерны, пишется изоэлектрическая линия.
- Зубец T (~130 мс): Фаза 3 (быстрая конечная реполяризация). Восстановление потенциала покоя желудочков.
ЭКГ и механическое сокращение
ЭКГ отражает только электрофизиологические процессы (возбуждение и проведение) и не связана напрямую с механическим сокращением миокарда. Существует феномен электромеханической диссоциации — наличие электрической активности при отсутствии насосной функции.
Доказательства этого разобщения:
- Эксперимент с кальцием: Если через изолированное сердце пропустить раствор без ионов $Ca^{2+}$, механические сокращения прекратятся, но ЭКГ и ПД клеток будут регистрироваться без изменений.
- Умирающее сердце: В терминальных состояниях механическая остановка сердца часто наступает раньше, чем прекращается электрическая генерация импульсов (зубцы ЭКГ пишутся при отсутствующем пульсе).
Отведения и треугольник Эйнтховена
Клиническая ЭКГ использует 12 отведений для точной локализации нарушений в сердце:
- 3 стандартных (биполярных): Измеряют разность между двумя конечностями. Образуют треугольник Эйнтховена. I отведение: правая рука (ПР) — левая рука (ЛР). II: ПР — левая нога (ЛН). III: ЛР — ЛН. Вектор проецируется на стороны этого треугольника.
- 3 усиленных (униполярных): aVR, aVL, aVF. Активный электрод на одной конечности, а индифферентный объединен из двух других. Вектор проецируется на перпендикуляры, опущенные из углов треугольника к противоположным сторонам.
- 6 грудных (униполярных): V1 – V6. Активный электрод ставится в 6 точках грудной клетки.
Для избавления от помех используется заземление — отдельный электрод всегда накладывается на правую голень (ПН).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему на ЭКГ нет отдельного зубца реполяризации предсердий?
Реполяризация предсердий происходит одновременно с деполяризацией желудочков. Мощный сигнал комплекса QRS полностью маскирует слабый сигнал восстановления предсердий.
В чем отличие электрического вектора от электрической оси сердца (ЭОС)?
Вектор постоянно меняет амплитуду и направление в каждую долю секунды — это рисует зубцы. ЭОС — это константа для пациента, отражающая главное направление возбуждения. Они совпадают только в один момент — на пике зубца R.
Как определить положение электрической оси сердца?
Она определяется по амплитуде зубца R в любых двух стандартных отведениях. Величины откладывают как векторы на осях, проводят перпендикуляры, и их пересечение укажет главное направление во фронтальной плоскости.
Что ещё разобрать по теме
- Подробный анализ векторкардиограммы и петель P, QRS, T
- Локализация активных электродов V1-V6 на грудной клетке
- Расчет угла альфа для точного определения ЭОС
- Патологические изменения сегмента ST
Разберите тему целиком в курсе «Физиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Электрокардиография» и ещё 4 085 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 106 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Физиология сердца»
Бесплатные видеоуроки: физиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.