Понятие о природе электрографических сигналов. Физические основы электрокардиографии

У человека и животных органы, состоящие из возбудимых тканей (их обычно называют электрически активными), при своей работе создают в окружающем пространстве электрические поля с определенным распределением потенциала, которое отражает функциональное состояние этих органов.

Кривая, которая отображает изменение во времени разности потенциалов на поверхности органа, ткани, всего тела человека или животного, происходящее вследствие возбуждения соответствующих органов и тканей, называется электрограммой.

Электрокардиограмма (ЭКГ) – следствие распространения возбуждения по сердечной мышце, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – по головному мозгу, электромиограмма (ЭМГ) – по скелетным мышцам и т.д.

Рассмотрим метод исследования электрической активности сердца – электрокардиографию.

Её родоначальником является голландский врач Эйнтховен, лауреат Нобелевской премии 1924г. Он первый предложил рассматривать сердце как диполь с дипольным моментом и назвал его интегральным электрическим вектором сердца. Этот вектор расположен в центре равностороннего треугольника во фронтальной плоскости тела и известен теперь как «треугольник Эйнтховена». Его вершинами являются правое R(right) и левое L(left) плечо и основание торса F(foot) (рис. 5). Однако в целях удобства пациентов и персонала для наложения электродов при снятии ЭКГ используются не эти точки, а запястья рук и голень левой ноги, при этом сами конечности играют лишь роль естественных «проводников» примерно равной длины.

Разность потенциалов U _I между правой рукой и левой рукой называют I отведением Эйнтховена, U _II между правой рукой и левой ногой – II отведением и U _III между левой рукой и левой ногой – III отведением. При этом выполняется закон Эйнтховена: в любой момент времени алгебраическая сумма напряжений первого (I) и третьего (III) отведений должна быть равна напряжению второго (II) отведения:

U _I + U _III = U _II (1)

На практике кроме этих 3-х стандартных отведений регистрируют еще 9 отведений: 3 усиленных и 6 грудных.

Типичный вид электрокардиограммы (ЭКГ) в одном из отведений приведен на рис. 6, где латинскими буквами P, Q, R, S, T обозначены ее основные зубцы, и указаны временные интервалы между ними.

Для понимания происхождения ЭКГ коротко рассмотрим некоторые электрофизиологические свойства сердца.

В соответствии с двумя функциями сердца – механической и электрической – мышца сердца состоит из сократительного (рабочего) миокарда и проводящей системы. Сократительный миокард обеспечивает, главным образом, механическое сокращение сердца и движение крови по сосудистому руслу. Проводящая система предназначена для формирования и проведения электрических импульсов возбуждения. Для сердца в норме основным генератором электрических импульсов, вызывающих возбуждение, является синусовый узел, расположенный в правом предсердии.

Показано, что все клетки сердечной мышцы (мышечные волокна) обладают способностью и к электрическому возбуждению и к механическому сокращению. Однако, по анатомическим и физиологическим свойствам клетки проводящей системы выполняют, главным образом, первую функцию. Клетки сократительного миокарда – и первую, и вторую. Сокращение здесь является ответом на возбуждение.

Вернемся к рис. 6. Здесь выделяют предсердный и желудочковый комплексы. Предсердный комплекс начинается с зубца Р. Он соответствует распространению возбуждения по обоим предсердиям. Далее следует сегмент PQ, в течение которого все отделы предсердий охвачены возбуждением; QRS – комплекс отражает распространение возбуждения по желудочкам (деполяризацию желудочков). Сегмент ST соответствует возбужденному состоянию всех их отделов; зубец T характеризует переход желудочков в невозбужденное состояние (реполяризацию желудочков). Время деполяризации и реполяризации желудочков равно длительности их потенциала действия (примерно 0,3-0,4 с).

Форма ЭКГ, амплитуды зубцов и интервалы между ними являются диагностически значимыми. Амплитуды зубцов в норме лежат в пределах 0,1-5 мВ. Сохранение во времени формы, фазы и амплитуды рассмотренной кривой означает нормальную, уверенную работу сердца. Различные отклонения от нормы характеризуют те или иные нарушения сердечной деятельности.

Рис. 7. Восстановление нормальной ЭКГ после дефибрилляции

На рис.7 слева от стрелки показана ЭKГ при фибрилляции желудочков, справа – нормальная ЭКГ после дефибрилляции.

Электрокардиограмму получают с помощью прибора, называемого электрокардиограф.

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ПОЛУЧЕНИЕ И ОБРАБОТКА ЭКГ»

Цель работы:

1. Изучить устройство и принцип работы портативного
электрокардиографа.

2. Получить ЭКГ- сигнал и определить его количественные
характеристики.

Запись ЭКГ производится электрокардиографом, который состоит из:

· электродов, налагаемых на тело пациента и соединенных с кардиографом проводами или через ИК-порт (ИК­­­­­­­­ –­­­ инфракрасный). Электроды должны быть изготовлены из одинакового металла или сплава, легко фиксироваться на теле, не раздражать кожу пациента;

· дифференциального усилителя, позволяющего усиливать снимаемый с тела пациента сигнал, ЭКГ, до уровня, обеспечивающего его регистрацию, и уничтожать сигнал помехи;

· регистрирующего устройства, записывающего усиленный сигнал ЭКГ на бумажный носитель или сохраняющий его в электронном виде.

В данной работе используется портативный электрокардиограф ЭК1Т–03М.

Порядок выполнения работы:

I. Подготовка прибора ЭКТ1-03М к работе:

1. Установите:

· переключатель отведений в положение «1мВ»;

· переключатель чувствительности в положение «10мм/мВ»;

· скорость записи «25мм/с».

2. Используя кабель отведений подключите и наложите электроды на внутреннюю поверхность предплечий и голеней пациента.

Провода кабеля отведений соединяются с электродами в следующем порядке:

· красный – к электроду на правой руке;

· желтый – к электроду на левой руке;

· зеленый – к электроду на левой ноге;

· черный – к электроду на правой ноге;

Как видим, цветные провода подключаются к вершинам треугольника Эйнтховена, а черный провод – к правой ноге, не участвующей в этих отведениях. Но его подключение обязательно, поскольку необходимо для работы дифференциального усилителя.

Для уменьшения переходного сопротивления между электродом и кожей поместите прокладки из марли, смоченные физиологическим раствором.

3. Включите электрокардиограф в сеть.

II. Запись электрокардиограммы и ее обработка.

1. Включите запись, нажав кнопку включения лентопротяжного механизма «М», и, нажимая кнопку «1мВ», запишите несколько калибровочных импульсов;

2. Запишите ЭКГ в трех стандартных отведениях, изменяя положение переключателя отведений. Если амплитуда ЭКГ в каком-либо из отведений выходит за пределы поля записи или слишком мала, то измените чувствительность, поставив переключатель чувствительности, соответственно, в положение «5» или «20мм/мВ», и снова запишите калибровочные сигналы;

3. Для всех трех отведений произведите измерение максимальной высоты h зубцов ЭКГ. По измеренной высоте и высоте записанных калибровочных импульсов вычислите разность потенциалов U=(h/l)·1мВ, соответствующую каждому зубцу, l – высота калибровочного сигнала, 1мВ – его амплитуда­;

4. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Высота сигнала калибровки l = … мм.

5. Произведите измерение длительности временных интервалов ЭКГ. Для этого расстояния S между соответствующими зубцами (см. рис.6), измеренные по полученной ЭКГ, разделите на скорость v движения ленты (скорость записи):

t = S/ v;

6. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Скорость движения ленты (скорость записи) v = … мм/с.

7. Определите частоту пульса пациента по длительности интервала RR.