Биоэлектричество и медицинская электроника: Учебное пособие, страница 24

4.3. Формирование электрокардиограммы

Распространение возбуждения по мышце сердца приводит к возникновению в точках на поверхности тела изменяющихся потенциалов. Эти потенциалы отражают определенные процессы в сердечной мышце. Типичный вид кардиосигнала, фиксируемого на кожных покровах человека, демонстрируется на рис. 39. Информационную ценность представляют как параметры зубцов P, Q, R, S, T, так и интервалы между ними, а также характер изменения потенциала в этих интервалах. При изменении положения точек контроля на теле параметры зубцов ЭКГ могут изменяться.

Происхождение зубца Р связывают с процессами деполяризации предсердий. Его средние параметры: амплитуда – не более 0,25 мВ, длительность – менее 0,1 с. Интервал P-Q, измеренный от начала зубца Р, отражает распространение возбуждения по проводящей системе предсердий, АВ-узлу и пучку Гиса. Длительность интервала – 0,12–0,20 с. Сигнал, фиксируемый во внешней цепи в этот период, очень мал вследствие того, что возбуждены только проводящая система и предсердия, объем которых, а, следовательно, и электрические проявления, несущественны в сравнении с соответствующими параметрами мышечной ткани желудочков. Комплекс QRS формируется при возбуждении желудочков сердца. Его продолжительность составляет 0,06-0,1 с, а амплитуда зубца R может доходить до 3-5 мВ. Сегмент RS-T отсчитывается от конца комплекса QRS до начала зубца Т. Он соответствует состоянию, когда оба желудочка сердца полностью охвачены возбуждением, так что разности потенциалов между различными точками, а значит, и условия для макроскопического переноса ионов межклеточной жидкости, отсутствуют. Длительность  этого состояния обычно находится в интервале 0,06-0,15 с. Реполяризации желудочков соответствует зубец Т. Протяженность его во времени составляет 0,1-0,25 с, а амплитуда находится в диапазоне 0.4-1,0 mВ. Процесс реполяризации предсердий обычно совпадает по времени с процессом формирования комплекса QRS. Вследствие этого на ЭКГ он обычно не наблюдается.

Особенностью электрического поля, создаваемого на поверхности тела человека при возбуждении сердечной мышцы, является его достаточно хорошее совпадение с полем электрического диполя. Начало электрического вектора сердца неподвижно и находится в АВ-узле, а его длина и направление изменяются во времени в зависимости от фазы возбуждения сердца. На рис. 40 схематично приведено положение упомянутого вектора для различных моментов времени от начала возбуждения. В кардиографической диагностике большое значение имеет средний за период электрический вектор сердца. По направлению он близок к вектору, соответствующему моменту времени, равному 0,04 с от начала возбуждения. Практическое его значение связано с тем, что с большой вероятностью его направление совпадает с анатомической осью сердца. Положение же анатомической оси, в свою очередь, отражает особенности функционирования сердца.

4.4. Электрокардиографические отведения

Совокупность двух точек, между которыми измеряется разность электрических потенциалов, сопровождающих работу сердца, называется кардиоотведением (или просто ‑ отведением).

В настоящее время широко используются двенадцать основных отведений. Первые три из них, именуемые стандартными, были предложены в 1913 г. голландским ученым Эйнтховеном (за работы в области электрокардиографии он был удостоен Нобелевской премии 1924 года). Стандартные отведения нумеруются римскими цифрами I, II, III. В первом отведении определяется разность потенциалов между правой и левой руками (электроды накладываются на внутренние стороны нижних частей предплечий). Во втором – сигнал снимается между правой рукой и левой ногой (внутренней стороной нижней части голени). В третьем – измеряется разность потенциалов между упомянутыми областями левой руки и левой ноги. Правая нога во всех случаях подсоединяется к общей шине («заземляется»). Область съема потенциала с правой руки обозначается буквой R, с левой – L, с левой ноги – F, с правой – N (от английского right, left, foot, neutral). Эйнтховен предложил рассматривать точки съема потенциалов как вершины равностороннего треугольника, в центре которого начало электрического вектора сердца (рис. 41). Эта идеализация в огромном большинстве случаев оказывается весьма полезной. Во-первых, она позволяет установить связь между потенциалами в отведениях, а, во-вторых, определить направление среднего за период электрического вектора сердца, что, как уже упоминалось, приводит к достаточно достоверной оценке расположения сердца в грудной клетке. Причем точки подключения электродов считаются находящимися на вершинах треугольника, даже если руки при этом расположены вдоль туловища (именно с таким расположением рук при горизонтальном положении тела обычно и снимается кардиограмма).

Определим количественные соотношения между потенциалами в отведениях, а также получим формулу для направления электрического вектора сердца. Для этого повернем изображение на рис. 41 на 180° вокруг горизонтальной оси и построим прямоугольную систему координат с осью абсцисс, совпадающей с направлением первого отведения и началом координат в точке съема потенциала с правой руки (рис. 42).

Проведем через начало координат прямую, параллельную направлению третьего отведения. На плоскости положение вектора в любой системе координат определяется двумя проекциями. Направление электрического вектора сердца принято отсчитывать от горизонтальной оси. Обозначим этот угол a. Если бы система координат была прямоугольной, то проекции определялись простыми соотношениями:

.

Учитывая, что угол между направлением второго отведения и осью X на p/6 меньше p/2, а угол между направлением третьего отведения и той же осью больше на столько же, для соответствующих проекций E_II и E_III получаем:

.

После преобразований, учитывая E_x = E_I, а также заменяя E_I, E_II, E_III на U_I, U_II, U_III – разность потенциалов в соответствующих отведениях (это можно сделать из-за равносторонности треугольника), приходим к соотношениям: