Разное / Всякое / Физика темы 1-52 расширенный курс / 22.Интегральный электрический вектор сердца. Общий вид ЭКГ

22.Интегральный электрический вектор сердца. Общий вид ЭКГ. Происхождение отдельных компонентов ЭКГ. Регистрация ЭКГ в различных отведениях. Принцип устройства и действия электрокардиографа. Основы обработки ЭКГ (лабораторная работа).

Проводящая система сердца

Совокупность АТМВ образует в сердце особую анатомическую структуру -  проводящую систему сердца . Она состоит из двух узлов. Один из них находится в ушке (аурикулюм) правого предсердия около места впадения полой вены (венозного синуса) и называется поэтому сино-аурикулярным  узлом. Другой узел помещается в перегородке между предсердиями и желудочками н называется  атриовентрикулярным узлом. От атриовентрикулярного узла в перегородке между желудочками отходит короткий пучёк АТМВ -  пучёк Гиса, который разделяется на две ветви - ножки пучка Гиса, идущие в левый и правый желудочки. Приближаясь к верхушке сердца ножки пучка Гиса распадаются на большое число отдельных волокон  (волокна Пуркинье), которые пронизывают всю мышечную стенку желудочков.

Волокна пучка Гиса, ножек и волокна Пуркинье  на боковых поверхностях не имеют электрических синапсов (коннексонов), . поэтому они именно только  проводят ПД, но  не передают их типичным (сократительным) волокнам миокарда. Такая передача происходит только  в окончаниях волокон Пуркинье Рапространение возбуждения по сердцу Возбуждение возникает в синоаурикулярном узле. В этом узле есть группа АТМВ примерно в 5 000 волокон, которая является  водителем ритма(пейсмейкером). . Частота потенциалов действия, возникающих в пейсмейкере,  больше, чем  во всех остальных АТМВ, поэтому  пейсмейкер навязывает свой ритм всей проводящей системе и, в конечном итоге, всему сердцу .Этот ритм принято называть синусовым. По сути дела, синусовый ритм -это нормальный ритм сердца. Однако, если по какой-то причине (например, после инфаркта) пейсмейкер выйдет из строя, его функцию может взять на себя другой участок проводящей системы, например, атриовентрикулярный узел. При этом частота сокращений сердца станет заметно меньше (30-40 сокращений в минуту). К пейсмейкеру подходят окончания нервов, влияющих на частоту автоматического ритма АТМВ, (см. выше), поэтому синусовый ритм меняется в широких пределах в зависимости от физической и психической нагрузки. С пейсмейкера возбуждение (потенциал действия) по электрическим синапсам переходит на другие клетки сино-аурикулярного узла, а с них на ТМВ предсердий.  Скорость распространения ПД по мышечным волокнам, связанным электрическими синапсами, пропорциональна плотности коннексонов  (числу коннексонов на единицу площади мембраны). В ходе эволюции выработалось такое распределение коннексонов по волокнам, при котором скорость распространения ПД тем больше, чем больше расстояние от синоаурикулярного узла до данной точки предсердия. Поэтому  потенциал действия доходит до всех точек предсердий практически одновременно, и вся мышца предсердий сокращается синхронно. Это обеспечивает быстрый переход крови из предсердий в желудочки с минимальной затратой энергии. Примерно в то же время  ПД доходит до атриовентрикулярного узла.Но кровь перетекает в желудочки не мгновенно; для заполнения желудочков необходимо некоторое время. Поэтому  распространение ПД необходимо задержать, чтобы желудочки не начали сокращаться раньше времени. Эта задержка, в основном, обеспечивается тем, что волокна в атриовентрикулярном узле лежат горизонтально, то есть поперёк направления распространения возбуждения, а на боковых сторонах у них мало коннексонов. Поэтому ПД проходит через узел не прямо, а по сложному зигзагообразному пути, и, насмотря на малые размеры узла, ПД тратит примерно 0,12 -0,16 с на его прохождение. За время этой  атриовентрикулярной задержки кровь успевает перетечь из предсердий в желудочки. В отличие от предсердий,  в желудочках возбуж-дение не может распространяться прямо по мышечной ткани. Дело в том, что возбуждение идёт сверху вниз, а мышцы желудочков должны выталкивать кровь  снизу вверх,к устьям клапанов. Поэтому в стенках желудочков имеется сложная проводящая система (пучёк Гиса, ножки пучка Гиса, волокна Пуркинье), и возбуждение переходит на ТМВ только с окончаний волокон Пуркинье. Распределение волокон Пуркинье по миокарду и скорости проведения возбуждения в разных участках проводящей системы согласованы так, что сокращение миокарда желудочков начинается с верхушки сердца и постепенно распространяется к основанию желудочков, то есть к клапанам. При этом распространение возбуждения по миокарду идёт синхронно широким фронтом. В результате выталкивание крови в аорту и лёгочную артерию происходит быстро и с минимальной затратой энергии. Скорость проведения ПД в пучке Гиса и его ножках составляет 2-3 м/с; в волокнах Пуркинье - около 6 м/с. Описанная картина характерна для здорового сердца. При различных патологических изменениях (например, инфарктах и микроинфарктах, кардиосклерозе и др.) скорость проведения возбуждения  в отдельных участках как проводящей системы, так и всего миокарда уменьшается, что нарушает синхронность сокращения мышцы сердца и может быть причиной серьёзных расстройств кровообращения.

Рассмотрим ещё один интересный пример патологического распространения возбуждения. Если в каком-то участке миокарда есть препятствие для распространения ПД (например, рубец после инфаркта), волна возбуждения может начать циркулировать вокруг этого препятствия. Так как возбуждение в миокарде, как и любой потенциал действия, распространяется _ без декремента ., эта циркуляция ПД, раз начавшись, может происходить достаточно долго. В миокарде возникает новый источник возбуждения со своим случайным ритмом. Подробный анализ этого явления, проведенный в институтах биофизики и кардиологии, позволил предложить эффективный метод борьбы с такими аритмиями. Принцип этого метода состоит в том, что больному вводят препарат, удлиняющий время рефрактерности миокардиальных волокон.

Биофизические основы электрокардиографии

Сердце можно рассматривать как генератор переменного электрического напряжения. Это напряжение создаёт в организме сложную систему токов, часть из которых доходит до поверхности тела. В результате  между различными точками поверхности тела возникает разность потенциалов,которую можно зарегистрировать с помощью специального электронного прибора -  электрокардиографа. При распространении токов в организме происходит диссипация энергии. Поэтому амплитуда разности потенциалов, регистрируемая на поверхности, гораздо меньше, чем амплитуда потенциалов действия в клетках (амплитуда ПД порядка 80-100 мВ, а максимальная разность потенциалов,поступающая на электрокардиограф, 1-2 мВ). Поэтому основной частью электрокардиографа является усилитель с большим коэффициентом усиления. Второй необходимой частью является  регистрирующее устройство. –самописец или электронный осциллограф.

Интегральный электрический вектор сердца (ИЭВС)

Разность потенциалов, возникающая в сердце, является результатом сложения большого количества потенциалов действия отдельных мышечных волокон. Поэтому сердце, как генератор принято харак-теризовать векторной суммой всех элементарных потенциалов действия, которая называется интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) . Этот вектор проводят по напралению от самой отрицательной точки миокарда к самой поло- жительной его точке в данный момент. (Интегральный электрический вектор сердца часто называют ещё сердечным диполем ). Для записи  электрокардиограммы  (ЭКГ) накладывают отводящие напряжение электроды на различные участки поверхности тела. Варианты размещения электродов принято называть  отведениями. Основоположник электрокардиографии В.Эйнтховен в 1912 г. предложил три отведения: I - с левой и правой рук; II - c правой руки и левой ноги и III - с левой руки и левой ноги. Важно понять, что запись ЭКГ в любом отведении  есть не что иное, как  проекция ИЭВС на прямую, соединяющую точки наложения электродов. Сняв ЭКГ в нескольких отведениях, можно построить ИЭВС (Вы будете делать это на практических занятиях).

В настоящее время обычно снимают ЭКГ в 10-12 отведениях. Различают биполярные отведения, когда регистрируется разность потенциалов между двумя определёнными электродами (например, названные три отведения по Эйнтховену - биполярные). В этом случае оба электрода равноправны, и по записи ЭКГ нельзя сказать, в какой половине сердца - правой или левой - имеются изменения. Лучше можно локализовать очаги изменения с помощью униполярных отведений., когда все электроды, кроме одного, соединяются вместе и заземляются. В этом случае характер ЭКГ определяется потенциалом  единственного не заземлённого электрода. Например, если в отведении с незаземлённым электродом  на левой  руке отклонения от нормы выражены сильнее, чем в отведении с незаземлённым электродом на правой руке, можно считать, что изменения находятся в  левой половине сердца. Анализ многих отведений позволяет довольно точно локализовать очаг изменений в миокарде, что особенно важно при операциях на сердце.

Типичный вид нормальной электрокардиограммы лучше всего представлен в "Практикуме" (стр. 311 и далее;  обязательно внимательно рассмотрите этот рисунок).

Наиболее характерными деталями ЭКГ являются  зубцы, которые принято обозначать буквами Р, Q, R, S и T. Зубец Р отображает проведение возбуждения (деполяризацию) предсердий, зубец R  - деполяризацию желудочков, интервал ST и  зубец Т -  реполяризацию желудочков. Существенно, что процесс реполяризации, то есть возвращения мышцы к исходному состоянию, связан с расходом энергии АТФ и, соответственно, с транспортом кислорода в клетки. Но кислород поступает с кровью, поэтому интервал ST и зубец Т отражают  состояние кровоснабжения сердечной мышцы, что крайне важно для клиники. Большое значение имеет измерение интервалов между зубцами, потому что их изменение указывает на изменение скорости проведения возбуждения по миокарду . Например, интервал PQ соответствует времени атрио- вентрикулярной задержки, поэтому его изменение указывает на какие-то патологические процессы в области атриовентрикулярного узла. ЭКГ представляет собой  сложное колебание. По теореме Фурье это сложное колебание можно разложить на сумму простых синусоидальных колебаний (гармоник) с частотами, кратными основной частоте. Другими словами, электрокардиограмме присущ определённый гармонический спектр. В случае ЭКГ основной частотой, очевидно, является частота сердечных сокращений (в норме 60-75 сокращений в минуту или 1 - 1,25 Гц). При заболеваниях сердца вид спектра меняется, поэтому сейчас некоторые электрокардиографы снабжены приставками для спектрального анализа. Изучение спектра ЭКГ расширяет возможности диагностики сердечнососудистых заболеваний. Кроме исследования биопотенциалов сердца, применяют запись потенциалов ряда других органов. Так, широко используется анализ биопотенциалов мозга - электроэнцефалография (ЭЭГ), скелетной мускулатуры - миография. В глазной клинике применяют запись потенциалов действия сетчатки глаза (электроретинография).