Формування нормальної електрокардіограми

Формування електрограми одиночного м’язового волокна Коливання величини ТМПД відображають динаміку процесів де-і реполяризації в різних ділянках серцевого м’яза. Проте в клінічній електрокардіографії електроди розташовують на значній відстані від міокардіальноі клітини, і тому вимірювання ТМПД неможливо. Електричні потенціали реєструються звичайно з поверхні збудливої тканини або провідного середовища, навколишнього серце (епікардіальній поверхні серця, поверхні тіла, кінцівок, стравоходу тощо).

Електрокардіограма — запис коливань різниці потенціалів, що виникають на поверхні збудливої тканини або навколишнього серце провідного середовища при поширенні хвилі збудження по серцю.

Різниця потенціалів, що створюється джерелом струму, характеризує напругу, або електрорушійну силу (ЕРС), джерела струму.

Спочатку розглянемо процес формування різниці потенціалів на поверхні одиночного м’язового волокна і ґенез електрограми (ЕГ) волокна. Як відомо, в стані спокою вся зовнішня поверхня клітинної мембрани заряджена позитивно. Між будь-якими двома точками цієї поверхні різниця потенціалів відсутня. На ЕГ одиночного м’язового волокна, зареєстрованої за допомогою двох електродів, розташованих на поверхні клітини, записується горизонтальна нульова (ізоелектрична) лінія.

Малюнок 7. Деполяризація в одиночному м’язовому волокні А — клітина міокарда або одиночне м’язове волокно в стані спокою, або статичної поляризації. Кожному позитивного заряду вздовж клітинної мембрани відповідає негативний заряд; Б — початок деполяризації в одиночному м’язовому волокні у ендокарда: В — просування хвилі деполяризації від ендокарда до епікарді; Г — велика частина м’язового волокна охоплена збудженням; Д — все м’язове волокно охоплено збудженням Різниця потенціалів відсутня. 1-ендокард; 2 — епікардом; 3 — частина клітини в стані деполяризації (негативне електричне поле) 4 — висока провідність клітинної мембрани 5 — напрямок поширення хвилі деполяризації (вектор порушення): 6 — частина клітини в стані спокою (позитивне електричне поле) 7 — висока резистентність клітинної мембрани; 8 — фронт хвилі деполяризації (нульова лінія) При порушенні міокардіального волокна зовнішня поверхня деполяризованої ділянки заряджається негативно по відношенню до поверхні ділянки, що перебуває ще в стані спокою (поляризації), між ними з’являється різниця потенціалів, яка і може бути зареєстрована на ЕГ у вигляді позитивного відхилення, спрямованого вгору від ізолінії, — зубця R ЕКГ. Зубець R приблизно відповідає фазі 0 ТМПД.

Коли всі волокно опиниться в стані збудження і вся його поверхня буде заряджена негативно, різниця потенціалів між електродами знову виявиться рівною нулю, і на ЕГ буде записуватися ізолінія. Швидка деполяризація одиночного м’язового волокна на ЕГ, зареєстрованої за допомогою поверхневих електродів, супроводжується швидким позитивним відхиленням — зубцем R.

Далі протягом деякого часу на ЕГ записується горизонтальна, близька до ізоелектричної, лінія. Оскільки всі ділянки міокардіального волокна знаходяться у фазі 2 ТМПД (фазі плато), поверхня волокна залишається зарядженої негативно, і різниця потенціалів на поверхні м’язової клітини відсутня або дуже мала. Це сегмент RS — Т ЕГ.

Протягом часу, відповідного повного охоплення збудженням волокна міокарда, на ЕГ реєструється сегмент RS — Т, у нормі розташований приблизно на рівні ізолінії.

Процес швидкої кінцевої реполяризації одиночного м’язового волокна (фаза 3 ТМПД) починається в тій же ділянці, що та хвиля деполяризації. При цьому поверхня ре-поляризованого ділянки заряджається позитивно, і між двома електродами, розташованими на поверхні волокна, знову виникає різниця потенціалів, яка на ЕГ проявляється новим відхиленням від ізолінії - зубцем Т ЕГ. Оскільки до електрода, з'єднаному з «+» електрокардіографа, тепер звернена поверхню з негативним, а не з позитивним зарядом, як при поширенні хвилі деполяризації, на ЕГ буде реєструватися не позитивний, а негативний зубець Т. Крім того, у зв’язку з тим, що швидкість поширення процесу реполяризації значно менше швидкості переміщення фронту деполяризації, тривалість зубця Т ЕГ більше такої зубця R, а амплітуда — менше. Процес швидкої кінцевої реполяризації одиночного волокна на ЕГ реєструється у вигляді негативного зубця Т.

Слід зазначити, що на форму зубців ЕГ впливає не тільки електрична активність самого м’язового волокна, але й місце розташування позитивного і негативного електродів відведення, за допомогою якого реєструється ЕГ. Про це і піде мова в наступному розділі.

Дипольні властивості хвилі деполяризації і реполяризації на поверхні одиночного м’язового волокна. Поняття про вектор У клінічній електрокардіографії електричні явища, що виникають на поверхні збудливою середовища (волокна серця), прийнято описувати за допомогою, так званої дипольної концепції розповсюдження збудження в міокарді. Це значно спрощує трактування всіх електрокардіографічних змін, тому необхідно більш докладно розглянути деякі властивості серцевого диполя.

Процес поширення хвилі деполяризації і хвилі реполяризації з одиночного м’язового волокна можна умовно представити як переміщення подвійного шару зарядів, розташованих на кордоні порушеної (-) та збудженому (+) ділянок волокна.

Ці поза ряди, рівні за величиною і протилежні за знаком, знаходяться на нескінченно малій відстані один від одного і позначаються як елементарні серцеві диполі. Позитивний полюс диполя (+) завжди звернений у бік збудженому, а негативний полюс (-) — у бік порушеної ділянки міокардіального волокна. Диполь створює елементарну ЕРС. ЕРС диполя — векторна величина, яка характеризується не тільки кількісним значенням потенціалу, але й напрямком — просторової орієнтацією від (-) до (+).

Умовно прийнято вважати, що вектор будь-якого диполя спрямований від його негативного полюса до позитивного.

Щоб описати, як буде виглядати форма ЕГ при будь-яких напрямках руху хвилі де — і реполяризації, нам необхідно добре запам’ятати всього три загальних правила.

Правило перше. Якщо в процесі поширення порушення вектор диполя спрямований у бік позитивного електрода відведення, то на ЕГ ми отримаємо відхилення вгору від ізолінії - позитивний зубець ЕГ.

Правило друге. Якщо вектор диполя направлений у бік негативного електрода відведення, то на ЕГ ми зафіксуємо негативне відхилення, вниз від ізолінії, тобто негативний зубець ЕГ.

Правило третє. Нарешті, якщо вектор диполя розташований перпендикулярно до осі відведення, то на ЕГ записується ізолінія, тобто відсутні позитивні або негативні відхилення ЕГ.

Електричне поле джерела струму. Поняття про сумації й розкладанні векторів Електрорушійну силу (ЕРС) будь-якого джерела струму (одиночного м’язового волокна або цілого серця) можна зареєструвати, встановлюючи електроди не тільки на поверхні збудливої тканини, але і в провідному середовищі, навколишнього джерело. Це можливо завдяки існуванню навколо кожного джерела струму електричного поля. Диполь створює в навколишньому його середовищі силові лінії, що йдуть від позитивного до негативного заряду диполя. По нормалі до них розташовуються ізопотенціальние лінії з однаковим позитивним чи негативним потенціалом. На кордоні між позитивною і негативною половинами електричного поля розташовується лінія нульового потенціалу.

Помістивши електроди в будь-які точки електричного поля, можна зареєструвати різницю потенціалів, що несе певну інформацію про ЕРС джерела струму. Слід підкреслити, що основні закономірності формування ЕГ, властиві одиночного м’язового волокну, залишаються справедливими і для електричного поля джерела струму в цілому і для формування ЕКГ. Це означає, що конфігурація ЕКГ перш за все буде залежати від напрямку вектора диполя по відношенню до електродів відведення, точніше по відношенню до напрямку осі електрокардіографічного відведення. У розглядаємо нами випадках віссю однополюсного електрокардіографічного відведення можна назвати гіпотетичну лінію, що сполучає позитивний електрод, розташований у вибраній точці електричного поля, з електродом, розташованим в центрі джерела струму (у центрі диполя), — негативний полюс відведення.

Однак осі електрокардіографічних відведень можуть розташовуватися в електричному полі не тільки паралельно і перпендикулярно напрямку диполя. Щоб у цих випадках визначити величину і конфігурацію електрокардіографічних комплексів, не обходимо скористатися добре відомим правилом розкладання векторів.

Амплітуда і форма електрокардіографічних комплексів за будь-якої локалізації електродів в електричному полі визначаються величиною і напрямком проекції ЕРС джерела струму (вектора диполя) на вісь даного електрокардіографічного отвори.

У серці одночасно (в кожен момент систоли) відбувається збудження багатьох ділянок міокарда, причому напрямок векторів деполяризації і реполяризації в кожному з цих ділянок може бути різним і навіть прямо протилежним. При цьому електрокардіограф записує деяку сумарну, або результуючу, ЕРС серця для даного моменту порушення.

Сумарний моментний вектор серця визначається як алгебраїчна сума усіх векторів, його складових.

Теоретично можна уявити собі три випадки підсумовування векторів і отримання сумарного результуючого вектора:

• 1. якщо два вектора джерела струму спрямовані в один бік і
• 2. паралельні один одному, то результуючий вектор являє собою
• 3. суму векторів і спрямований у ту ж сторону;
• 4. якщо два вектори джерел струму спрямовані в протилежні сторони, то результуючий вектор дорівнює їх різниці і орієнтований в бік більшого вектора;
• 3) якщо два вектори джерел струму спрямовані під кутом один до одного, то результуючий вектор (ЕРС) дорівнює за величиною і напрямку діагоналі паралелограма, сторонами якого є два вектори. При цьому допускається, що обидва вектора виходять з однієї точки.

На закінчення слід зазначити, що істотний вплив на амплітуду електрокардіографічних зубців робить також відстань від досліджує електрода до джерела струму. Величина зубців ЕКГ обернено пропорційна квадрату відстані від електроду до джерела струму. Це означає, що чим далі розташований електрод від джерела струму, тим менше амплітуда зубців комплексів електрокардіограми. Однак при видаленні електродів більш ніж на 12 см від серця подальша зміна амплітуди зубців виявляється нікчемним.

Формування електрокардіограми при поширенні хвилі збудження по серцю Поширення хвилі деполяризації і реполяризації по серцю є незрівнянно більш складним процесом, ніж рух фронту порушення з одиночного м’язового волокна. Це пояснюється тим, що в серці одночасно функціонує велика кількість елементарних джерел струму — серцевих диполів, кожен з яких обумовлений порушенням окремих міокардіальних волокон і відрізняється від інших таких же диполів як за величиною, так і за напрямком. Однак, згідно дипольної концепції електрокардіографії, при певних припущеннях серце можна умовно розглядати як один точкове джерело струму — єдиний серцевий диполь, що створює в навколишньому його об'ємному провіднику (теле) електричне поле, яке і може бути зареєстровано за допомогою електродів, розташованих на поверхні тіла. Вектор єдиного серцевого диполя є не що інше, як сумарний моментний вектор всіх елементарних джерел струму, що існують у даний момент.

Як видно в процесі порушення серцевого м’яза вектор єдиного серцевого диполя постійно змінює свою величину і орієнтацію, причому будь-якого моменту розповсюдження збудження по серцю відповідає свій сумарний моментний вектор (1,2, ., 8). Поєднавши стрілки послідовних моментних векторів, отримаємо так звану векторну петлю, дуже наочно графічно відображає хід збудження в серцевому м’язі. Якщо тепер, згідно з відомим правилом, підсумувати всі окремі моментні вектори, одержимо один середній результуючий вектор ЕДС серця, що відображає середню напрямок і величину ЕРС серця протягом усього періоду деполяризації шлуночків. Ці поняття — моментний вектор і середній результуючий вектор ЕДС серця — мають велике практичне значення при описі різних змін ЕКГ, в чому Ви самі незабаром зможете переконатися. Середній результуючий вектор деполяризації шлуночків позначається AQRs,. деполяризації передсердь — АР, а реполяризації шлуночків — AT.

1. Моментний вектор єдиного серцевого диполя — це алгебраїчна сума усіх векторів елементарних серцевих диполів, що існують у той чи інший момент поширення збудження по серцю.

Малюнок 7. Електричне поле єдиного серцевого диполя через 0,04 с після початку збудження шлуночків.

2. Середній результуючий вектор відображає середню величину і орієнтацію ЕРС серця протягом усього періоду поширення хвилі збудження або реполяризації за відповідними відділів серця (А QRS, AP, AT).

У нормі середній результуючий вектор деполяризації шлуночків орієнтований вліво вниз під кутом 30−70 ° до горизонталі, проведеної через електричний центр серцевого диполя. Це приблизно відповідає орієнтації анатомічної осі серця, тому просторове розташування двох полюсів єдиного серцевого диполя під час збудження шлуночків таке, що позитивний полюс диполя звернений до верхівки, а негативний — до основи серця. Внаслідок цього ізопотенціальні лінії з позитивним потенціалом протягом майже всього періоду порушення розташовуються в основному в лівій і нижній частині тіла, а негативні ізопотенціальні лінії - у правій і верхньої частини тіла. Лінія нульового потенціалу орієнтована перпендикулярно напрямку середнього результуючого вектора.

Малюнок 8. Моментальні вектори ЕРС єдиного серцевого диполя під час деполяризації шлуночків і середній результуючий вектор збудження шлуночків.

Встановлюючи електроди на поверхні тіла, ми зможемо зареєструвати на ЕКГ зміни електричного поля серця під час деполяризації і реполяризації міокарда, зумовлені змінами величини і орієнтації серцевого диполя протягом всього збудження серця.

Розглянемо процес формування ЕКГ, зареєстрований за допомогою поверхневих електродів, що застосовуються в клінічній електрокардіографії. Припустимо, що на поверхні тіла встановлені електроди двох відведень (малюнок 9). Вісь одного відведення розташована горизонтально (позначимо його I), вісь іншого відведення йде під кутом до горизонталі, як це видно на малюнку (позначимо це відведення III).

Деполяризація передсердь. У нормі хвиля збудження поширюється по передсердям зверху вниз від області СА-вузла до верхньої межі АВ-вузла. Спочатку порушується праве передсердя. Деполяризація передсердь реєструється на ЕКГ у вигляді зубця Р.

Малюнок 9. Формування зубця Р ЕКГ при деполяризації передсердь.

Перший момент вектор деполяризації правого передсердя (P ₁₎ спрямований вниз і злегка вліво, а другий моментальний вектор деполяризації переважно лівого передсердя (Р ₂₎ — вліво. У відведенні I проекції Pi і Р ₂ на вісь цього відведення орієнтовані в бік позитивного полюса відведення. Тому на ЕКГ отримаємо позитивне відхилення — позитивний зубець Р. В відведенні III проекція PI орієнтована в бік позитивного електрода. У результаті цього у відведенні III фіксується невелика початкове позитивне відхилення — початкова позитивна фаза зубця Р. Невелика за величиною проекція другий моментального вектора на вісь відведення III спрямована в бік негативного електрода, у зв’язку з чим на ЕКГ може іноді реєструватися друга невелика негативна фаза зубця Р, обумовлена кінцевим ізольованим порушенням лівого передсердя.

Слід зазначити, що процес реполяризації передсердь зазвичай не знаходить відображення на ЕКГ, так як він нашаровується за часом на процес деполяризації шлуночків (комплекс QRS).

З передсердь електричний імпульс направляється в АВ-вузол, де відбувається повільне поширення хвилі збудження. Потім порушується пучок Гіса, ніжки і гілки пучка Гіса і волокна Пуркіньє. Величина різниці потенціалів, що виникає в цей період в серці, дуже мала, оскільки збуджується тільки атріовентрикулярна провідна система. Тому на ЕКГ записується ізоелектричної сегмент Р-Q ®.

Деполяризація шлуночків. Процес деполяризації міокарда шлуночків на ЕКГ реєструється у вигляді комплексу QRS. Для правильного розуміння генезу різних зубців комплексу QRS необхідно добре пам’ятати нормальну послідовність охоплення збудженням міокарда шлуночків. Зазвичай виділяють три послідовні фази поширення збудження по шлуночків, кожній з яких відповідає свій сумарний моментний вектор.

Початковий моментний вектор відповідає 0,01−0,03 з QRS. Позначимо його як вектор 0,02 с. Процес збудження шлуночків починається з деполяризації переважно лівої частини міжшлуночкової перегородки в середній її третини. Фронт збудження при цьому рухається направо і вперед. При цьому позитивний полюс єдиного серцевого диполя звернений до позитивного електрода III відведення. У відведенні III буде фіксуватися позитивне відхилення — невеликий зубець р. Навпаки, цей вектор спрямований до негативного електроду I відведення, і у відведенні I ми отримаємо негативне відхилення — невеликий зубець д. Невелика амплітуда зубців гід обумовлена тим, що різниця потенціалів, що виникає при порушенні міжшлуночкової перегородки, невелика.

Потім відбувається збудження апікальної області правого і лівого шлуночків. Тут порушення поширюється від ендокарду до епікарді, і хвиля деполяризації поступово прямує вниз направо і потім вниз вліво. У результаті деполяризації верхівок правого і лівого шлуночків і їх передній, бічний і задньої стінок виникає середній моментний вектор QRS (0,04−0,05 с). Позначимо його як вектор 0.04 с. Моментний вектор деполяризації шлуночків 0,04 с є результуючим двох векторів: правожелудочковому, спрямованого зліва направо, що має малу величину, і лівошлуночкового, орієнтованого справа наліво, що має незрівнянно більшу величину. Суммация цих двох векторів, згідно з відомим правилом, дає сумарний моментний вектор, спрямований справа наліво і вниз. Він орієнтований у бік позитивного електрода I відведення, внаслідок чого в цьому відведенні з’являється позитивне відхилення високої амплітуди — зубець R.

Малюнок 10. Формування сегмента Р-Q ®.

Навпаки, моментний вектор 0,04 с деполяризації шлуночків звернений у бік негативного полюса III відведення. Тут у цей момент буде фіксуватися глибоке негативне відхилення — зубець 5.

Кінцевий моментний вектор відповідає 0,06−0,08 з QRS. Позначимо його як вектор 0,06 с. Останніми в період 0,06−0,08 з порушуються базальні відділи міжшлуночкової перегородки, правого і лівого шлуночків. При цьому фронт хвилі збудження і відповідно моментний вектор 0,06 з деполяризації шлуночків спрямовані вгору і злегка вправо, тобто в бік негативних електродів I і III відведень. Отже, на ЕКГ в I відведення в цей момент буде фіксуватися невелике негативне відхилення — зубець Si. У відведенні III орієнтація моментного вектора 0,06 з також у бік негативного полюса буде сприяти ще більшого поглиблення зубця 8щ.

Таким чином, генез зубців комплексу QRS в I і III відведеннях відображає різні етапи збудження шлуночків: на початку — збудження міжшлуночкової перегородки (зубці q ₁ і r _III), потім — деполяризацію верхівок і стінок шлуночків, переважно лівого шлуночка (реєструється основний зубець комплексу QRS, наприклад, зубець R ₁₎ і, нарешті, збудження базальних відділів шлуночків (зубець S _{I, III).}

Реполяризації шлуночків. У період повного охоплення збудженням шлуночків різниця потенціалів відсутня, а на ЕКГ реєструється ізоелектрична лінія — сегмент RS-Т.

Процес швидкої кінцевої реполяризації шлуночків відповідає на ЕКГ зубця Т. Поширення фронту реполяризації по міокарду шлуночків істотно відрізняється від руху хвилі реполяризації в одиночному м’язовому волокні.

Малюнок 11. Формування сегмента RS-Т в період повного охоплення збудженням шлуночка.

Якщо в останньому випадку напрямку переміщення хвиль реполяризації та деполяризації збігаються, то в цілому серце в нормі вони спрямовані в протилежні сторони: деполяризація походить від ендокарда до епікарді, а реполяризації - від епікарда до ендокарда. Це обумовлено тим, що тривалість ТМПД в субепікардіальний відділах шлуночків на 0,03−0,04 с менше, ніж у субендокардіальних ділянках, і процес реполяризації раніше почнеться саме в субепікардіальний відділах. Оскільки під час реполяризації ці відділи набувають позитивний заряд, а субендокардіальних відділи ще порушені, тобто заряджені негативно, орієнтація векторів єдиного серцевого диполя (від негативного до позитивного полюса) виявиться такою ж, як і в період деполяризації (від ендокарда до епікарді), і електроди, встановлені на поверхні, будуть фіксувати переважно позитивне відхилення — позитивний зубець Т.

Добре знаючи послідовність охоплення збудженням шлуночків, а також загальні закономірності формування шлуночкових комплексів ЕКГ, можна визначити конфігурацію ЕКГ при будь-якому розташуванні досліджують активних електродів. Навпаки, використовуючи аналіз відомих ЕКГ у різних відведеннях, можна описати величину і напрям окремих моментних векторів, середнього результуючого вектора — ЕРС серця і відповідно хід порушення та реполяризації міокарда. Це і є так званий векторний принцип аналізу ЕКГ, яким ми незабаром скористаємося.