Физические основы электрокардиографии

Физические основы ЭКГ являются фундаментом понимания сущности и значения данного метода диагностики. Известно, что при проведении ЭКГ измеряется электрическая активность сердца с помощью электродов, размещаемых на определенных местах тела обследуемого пациента. Электроды регистрируют разности потенциалов между точками, расположенными на поверхности тела. Результатом исследования является электрокардиограмма – график, отражающий электрическую активность сердца.

В качестве основного источника электрических импульсов, заряжающих сердечную мышцу, выступает синусовый узел, расположенный в правом предсердии. Именно сокращение мышцы обусловливает ритмичный сердечный цикл – так знакомое каждому человеку «тук-тук» (биение сердца в груди). Каждый электронейтральный ток в сердце создает электрический потенциал, который может быть запечатлен с помощью электродов ЭКГ. Этот потенциал является результатом взаимодействия между протонами, ионами натрия, калия и кальция внутри сердечных клеток.

Электрическое поле сердца является результатом суперпозиции электрических полей многих кардиомиоцитов. Необходимо подчеркнуть, что мембранные потенциалы клеток, находящихся в состоянии покоя, не вызывают появления электрических потенциалов в любой точке тела, а среди клеток, передающих импульсы, выделяются покоящиеся и активные: покоящиеся имеют неизменный мембранный потенциал, а у активных потенциал равен потенциалу действия. В определенный момент каждый возбужденный кардиомиоцит становится диполем, характеризующимся элементарным дипольным моментом постоянной величины и направления. В момент возбуждения дипольные моменты отдельных клеток суммируются и образуют дипольный момент сердца как единой системы. Суммарный дипольный момент сердца является результатом суперпозиции дипольных моментов клеток, поэтому сердце можно рассматривать как дипольный электрический генератор.

Направление суммарного дипольного момента сердца называется электрической осью сердца. Этот дипольный момент определяет величину разности потенциалов, регистрируемой на поверхности тела. Потенциал, измеряемый в любой точке, удаленной от источника, в наибольшей степени зависит от величины общего дипольного момента сердца и угла между его направлением и осью отведений.

Для проведения ЭКГ используются специальные электроды, которые позволяют регистрировать электрические сигналы. Их размещение на теле пациента является критическим фактором для достоверности результатов ЭКГ. Стандартные позиции размещения электродов включают правый и левый предсердные электроды, электроды на конечностях и грудной электрод. При записи ЭКГ со стандартными отведениями конечности рассматриваются как проводники тока; в точках прикрепления регистрируются биоэлектрические потенциалы – их запись называется электрокардиограммой. Эта синусоидальная кривая отражает ход сердечного возбуждения, распространяющегося от синусового узла ко всему сердцу и регистрируемого электрокардиографом.

На электрокардиограмме выделяются зубцы, сегменты и интервалы. Основные зубцы маркируются латинскими буквами P, Q, R, S, T: зубец P отвечает за возбуждение (деполяризацию) и сокращение предсердий; зубец Q отвечает за возбуждение (деполяризацию) межжелудочковой перегородки; зубец R − за возбуждение (деполяризацию) верхушки сердца; зубец S – за возбуждение (деполяризацию) основания желудочков. Таким образом, комплекс зубцов QRS отвечает за возбуждение (деполяризацию) и сокращение желудочков, а зубец Т –за расслабление (реполяризацию) желудочков. В норме зубец Р имеет амплитуду не более 2,5 мм и длительность в пределах 0,1 с; для комплекса QRS характерны амплитуда до 5 мм в стандартных и до 8 мм в грудных отведениях, длительность не более 0,1 с. В норме зубец Q не должен быть глубже, чем зубец S, а в отведениях V1 и V2 зубец Q может отсутствовать.

Зубец R в норме по размеру начинает возрастать в отведениях V1-V4, далее может уменьшаться либо не изменяется. Однако чем ближе к верхушке, тем больше амплитуда зубца R.

Зубец S в норме может отсутствовать, переходная зона S=R наблюдается в отведении V3.

Зубец Т имеет в норме амплитуду более 1/7 зубца R, а длительность в пределах 0,16-0,24 с.

Теперь охарактеризуем сегменты электрокардиограммы: сегмент РQ имеет время не больше 0,1 с; сегмент ST может подниматься и опускаться при различных заболеваниях, но в норме может наблюдаться депрессия этого сегмента в отведениях V5 и V6 до значения 0,5 мм и подъем на 1-2 мм в отведениях V1 иV2.

В норме интервал РQ может быть от 0,12 до 0,2 с; интервал ST имеет те же свойства, что и сегмент ST; для интервала QT характерна длительность 0,38-0,42 с; для интервала RR − 0,6−1,2 с. Различия между разными интервалами RR не должна быть более 0,15 с.

Таким образом, анализ электрокардиограммы основан на оценке наличия зубцов, их последовательности, направления, формы, амплитуды, измерении длительности зубцов и интервалов, анализе их положения относительно изолинии и расчете иных показателей. По результатам этой оценки делают заключение о частоте сердечных сокращений, источнике и правильности ритма, наличии или отсутствии признаков ишемии миокарда, наличии или отсутствии признаков гипертрофии миокарда, направлении электрической оси сердца и других показателях функции сердца.

Для правильного измерения и трактовки показателей ЭКГ важно, чтобы она была качественно записана в стандартных условиях: отсутствие шумов и смещения уровня записи от горизонтального, соблюдение требования стандартизации. Необходимо отметить, что в процессе проведения ЭКГ множество факторов могут вызвать отклонения и помехи. Это могут быть простые мышечные артефакты либо серьезные нарушения проводимости сердца и др. Интерпретация этих отклонений должна проводиться доктором, имеющим большой опыт.

Развитие метода ЭКГ привело к выделению его разновидностей, выбор которых определяется симптомами и жалобами пациента, особенностями проведения того или иного метода. Приведем в качестве примера ряд методов:

1. Тредмил-тест (регистрация ЭКГ с нагрузочной пробой) выполняется во время физической нагрузки пациента на беговой дорожке. С помощью этого метода можно получить информацию о том, как сердце человека реагирует на физическую нагрузку.
2. Метод Холтера (суточное мониторирование ЭКГ) предполагает длительную регистрацию ЭКГ с помощью носимых электродов – как правило, в условиях привычной жизнедеятельности пациента в течение 24 и более часов непрерывно. Носимый аппарат регистрирует сердечные импульсы, а пациент отмечает в дневнике различные эпизоды (подъем по лестнице, прием пищи, ночной сон и т.д.). Холтеровское мониторирование показано пациентам с болями в сердце − постоянными либо периодическими, возникающими внезапно либо при определенных физических нагрузках, испытывающим боли, тяжесть в груди, головокружения и обмороки, утреннюю слабость, дневную сонливость, одышку, отклонения в работе сердца при эмоциональных нагрузках и др. Таким образом, становится возможным проанализировать информацию о работе сердца во время сна, а также в периоды различной активности пациента во время бодрствования. Холтеровское мониторирование позволяет выявить скрытые патологии и возможные аритмические нарушения в тех случаях, когда это невозможно при использовании других методов.
3. Методы с применением кардиосаундера применяются для исследований, проводимых в течение нескольких дней или недель. Пациент носит небольшой прибор, который передает сигналы ЭКГ в аналитический центр с помощью современных технологий связи. Таким образом, пациент находится под постоянным наблюдением врача, в то время как находится вне стен клиники и не прерывает свою обычную деятельность.

При грамотном прочтении по электрокардиограмме можно судить о последовательности охвата отделов сердца возбуждением, скорости проведения возбуждения, однако результаты ЭКГ не дают информации о сократимости. Понимание принципов ЭКГ, правильная реализация методики позволяет получать достоверные данные и правильно интерпретировать результаты для диагностики и лечения заболеваний сердца регистрации электрической активности.