79. Понятие о мультипольном эквивалентном электрическом генераторе сердца. Электрокардиограф.

Электрокардиограмма - это кривая изменения электрической активности сердца, характеризующая деятельность сердечной мышцы во времени. На графике, изображающем ЭКГ, по вертикали регистрируются значения напряжения (разности биопотенциалов), изменяющегося в соответствии с колебаниями величины и направления электрического поля сердца, по горизонтали - время в секундах. В соответствии с двумя функциями - 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. Возбуждение - это способность клеток к быстрому ответу на электрическое, механическое либо химическое раздражение. Для сердца в норме основным генератором электрических импульсов, вызывающих возбуждение, является синусовый узел, расположенный в правом предсердии.

Прибор, с помощью которого производится запись электрокардиограммы, называется электрокардиографом. Электрокардиограф состоит из следующих основных частей: электродов, накладываемых на тело больного, широкополосного дифференциального усилителя, позволяющего получить электрокардиографический сигнал такой величины, который позволяет привести в действие электромагнитный преобразователь, осуществляющий преобразование электрического сигнала в перемещение пера; лентопротяжного механизма; эталонного (калибровочного) источника напряжения, указывающего масштаб измеряемого напряжения, и комплекта проводов, соединяющих электроды с кардиографом. Сигнал с электрокардиографа фиксируется на специальной бумажной ленте путем подачи чернил через перо, либо с помощью теплового пера. Существует много различных марок электрокардиографов. Остановимся подробнее на методике снятия электрокардиограммы. Регистрируемый сигнал имеет малую амплитуду, а его гармонический спектр охватывает диапазон частот от 0,5 до 400 Гц. Как видим, он включает и частоту 50 Гц промышленной электросети. Последнее обстоятельство приводит к большим электрическим помехам, которые могут исказить получаемую информацию. Помехи являются, прежде всего, следствием существования собственного электромагнитного излучения обычных проводов на частоте 50 Гц. Это требует применения в электрокардиографах дифференциального усилителя и предопределяет методику регистрации сигнала. Дифференциальный усилитель (рис.10) имеет три входных клеммы, одна из которых является опорной для двух других. Один входной сигнал может быть приложен между клеммой 1 и опорной, другой - между клеммой 2 и опорной. При этом выходной сигнал является усиленной копией разности (difference - разность) двух входных сигналов.

При исследовании зависимости потенциалов от r на небольшом удалении от сердца обнаруживается, что регистрируемые величины при небольших  уменьшаются с ростом r значительно резче, чем это должно быть по уравнению (16). Это объясняется тем, что в теории для небольших  и r потенциал элементарных конечных диполей занижен в процессе упрощения выражения (13). Второй член этого разложения называется квадрупольным потенциалом, следующий член, пропорциональный 1/r², октупольным потенциалом и т.д. Эти члены актуальны только при малых значениях r, поскольку они гораздо более резко падают с увеличением расстояния, чем дипольный потенциал.

Квадрупольный, октупольный и другие члены рассматриваемого мультипольного разложения потенциала можно получить в виде потенциала внешнего электрического поля более сложных, чем диполь, электрических генераторов: точечных квадруполя, октуполя и т.д.

Физико-математическая модель, описывающая потенциал внешнего электрического поля сердца мультипольным разложением выражения типа (13), в котором каждый член соответствует потенциалу точечного мультиполя, называется мультипольным эквивалентным электрическим генератором сердца. На практике оказывается достаточным принимать в расчет только дипольный и квадрупольный члены.