ЭКГ. Основы электрокардиографии. Электрофизиология сердца. Формирование нормальной ЭКГ.

Содержание

Основоположник электрокардиографии
Краткие основы электрофизиологии сердца
- Основные функции сердца
- Биоэлектрические явления в сердечной мышце
- Проводящая система сердца
Формирование нормальной электрокардиограммы
- Электрокардиографические отведения
- Элементы нормальной электрокардиограммы

Основоположник электрокардиографии

Открытие электрокардиографии (ЭКГ) стало одним из ярких событий в медицинской науке и практике начала ХХ столетия. То, что само тело человека может производить электричество, было новой мыслью в физиологии. В основу метода легло представление о том, что биотоки сердца имеют закономерное распределение на поверхности тела и могут быть зарегистрированы (отведены), усилены, а затем записаны в виде характерной кривой на ЭКГ. Впервые за рубежом это удалось сделать В. Эйнтховену (Einthowen W.) в 1903 г. (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Биллем Эйнтховен

Биллем Эйнтховен (Einthoven Willem) (1860-1927) - нидерландский физиолог, основоположник ЭКГ, сконструировал в 1903 г. прибор для регистрации электрической активности сердца, впервые в 1906 г. использовал ЭКГ в диагностических целях. Получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1924 г.
Эйнтховен впервые официально ввел термин «электрокардиограмма», придумал и три стандартных отведения ЭКГ, попарно размещая электроды и измеряя разность потенциалов от левой руки к правой, от правой руки к левой ноге и от левой ноги к левой руке. Это получило название «треугольник Эйнтховена». Он же ввел стандартное название зубцов кардиограммы: P, Q, R, S, T.
За цикл работ, посвященных ЭКГ, W. Einthowen был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине с формулировкой «За открытие техники электрокардиограммы». Однако современный вид ЭКГ приобрела гораздо позже, когда в 1942 г. E. Goldberger предложил усиленные однополюсные отведения от конечностей, а F. Wilson в 1946 г. - однополюсные грудные отведения в горизонтальной плоскости (см. «Электрокардиографические отведения»).
В 1909 г. в России впервые применил ЭКГ для исследования больных и организовал кабинеты ЭКГ (в Казани и Москве) А.Ф. Самойлов (1867-1930) - физиолог, доктор медицины (1891), профессор (1903).
Таким образом, ЭКГ представляет собой запись колебаний разности потенциалов, возникающих на поверхности тела (грудной клетки, конечностей) при распространении волны возбуждения по сердцу.

Краткие основы электрофизиологии сердца

Основные функции сердца
К основным функциям сердца, определяющим особенности его работы, относятся автоматизм, возбудимость, проводимость, рефрактерность и сократимость.
► Автоматизм - уникальная способность клеток спонтанно вырабатывать электрические импульсы без внешних раздражителей.
► Возбудимость - способность клеток возбуждаться электрическими импульсами.
► Рефрактерность - временная невозбудимость клеток, когда электрические импульсы неспособны вызвать возбуждение.
► Проводимость - способность клеток проводить электрические импульсы.
► Сократимость - способность клеток сокращаться при возбуждении.
Ясно, что без четкого представления студентов о сущности и закономерностях электрофизиологических процессов, происходящих в миокарде, нельзя рассчитывать на осмысленное восприятие всего последующего материала.
ЭКГ может в той или иной мере отразить все эти функции, кроме функции сократимости, которую исследуют с помощью эходоплеркардиографии.
Функцией автоматизма обладают клетки синоатриального (СА) узла и специализированной проводящей системы сердца. Каждый отдельно взятый кардиомиоцит (и сократительный миокард) в норме лишен функции автоматизма. При этом градиент автоматизма зависит от скорости спонтанной диастолической деполяризации. В норме максимальным автоматизмом обладают клетки СА-узла (60-80 в минуту), меньшим автоматизмом - зона перехода атриовентрикулярного (АВ) узла в пучок Гиса (40-60 в минуту). Самая низкая способность к автоматизму характерна для нижней части пучка Гиса, его ножек, ветвей и волокон Пуркинье (20-40 в минуту). Соответственно, эти участки проводящей системы сердца названы центрами автоматизма первого, второго и третьего порядка (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Градиент автоматизма клеток проводящей системы сердца

В норме СА-узел является доминирующим водителем ритма, подавляющим активность всех нижележащих потенциальных («аварийных») центров.
NB! Возбуждение СА-узла не отражается на обычной ЭКГ.
Проводимостью обладают как волокна специализированной проводящей системы сердца, так и клетки сократительного миокарда, однако скорость проведения импульса в последнем значительно меньше. Скорость проведения импульсов в предсердиях составляет 1 м/с, в АВ-узле - 0,2 м/с, в пучке Гиса - 1 м/с, а в ножках Гиса и волокнах Пуркинье - 3-4 м/с.
Функция возбудимости также свойственна и волокнам специализированной проводящей системы сердца, и клеткам сократительного миокарда. Возбуждение сердечной мышцы сопровождается образованием единого сердечного диполя и электродвижущей силы (ЭДС) всего сердца. В разные фазы трансмембранного потенциала действия (ТМПД) возбудимость клеток и волокон миокарда различна: в период систолы (абсолютный рефрактерный период) клетки полностью невозбудимы, в конечной фазе реполяризации дополнительный сильный импульс способен возбудить клетки, в период диастолы (покоя) клетки миокарда возбудимы, а рефрактерность отсутствует. Функцией сократимости обладает в основном сократительный миокард. В результате последовательного и асинхронного сокращения предсердий и желудочков осуществляется насосная функция сердца.

Биоэлектрические явления в сердечной мышце
В основе электрофизиологических явлений в сердце лежит мембранная теория возникновения биопотенциалов, суть которой сводится к трансмембранному перемещению с помощью специального фермента ионов К+, Na+, Са2+ и Cl- и ритмичной перезарядке внутри- и внеклеточной среды (рис. 1.3). 
Рис. 1.3. Фазы трансмембранного потенциала действия кардиомиоцита и трансмембранные ионные потоки (упрощенная схема) (Катцунг Б.Г., 1998)

Поскольку на практике отведение токов сердца осуществляется с поверхности тела, для регистрации ЭКГ доступны лишь те электрические явления, которые проистекают на внешней стороне мембран миокардиоцитов. Они и должны интересовать нас в первую очередь.
В электрофизиологическом отношении клеткам миокарда свойственны три чередующихся и повторяющихся состояния: покой (фаза 4 ТМПД), или поляризация, возбуждение (фаза 0,1 ТМПД), или деполяризация, и восстановление потенциала покоя, или реполяризация (фаза 2, 3 ТМПД). В норме в состоянии покоя (фаза 4 ТМПД) в СА-узле происходит медленная спонтанная диастолическая деполяризация и возникает электрический импульс (см. выше). Деполяризация, или активация, клетки под влиянием электрического импульса приводит к перезарядке мембран - внешняя сторона возбужденного участка (клетки, волокна всего миокарда) приобретает отрицательный заряд. Его появление и стремительное распространение, сопровождающееся нейтрализацией положительного заряда покоя, создает разность потенциалов и формирует ЭДС - ток деполяризации («минус гонит перед собой плюс»). По завершении деполяризации разность потенциалов исчезает, так как вся поверхность миокарда становится электроположительной. Сущность реполяризации заключается в восстановлении готовности к очередному возбуждению, то есть в реставрации положительного заряда внешней стороны клеточных мембран. Постепенное замещение им отрицательного заряда вновь создает ЭДС, на этот раз - ток реполяризации («плюс гонит перед собой минус»). Здесь необходимо обратить внимание на ряд очень важных особенностей. Ток деполяризации идет в направлении изнутри (от эндокарда) кнаружи (к эпикарду), а ток ре-поляризации, наоборот, идет от эпикарда к эндокарду.
Если обратиться к физике, де- и реполяризация являют собой типичные примеры диполя.
Под диполем понимают сосуществование и перемещение двух равных по величине, но разных по знаку зарядов, находящихся на бесконечно малом расстоянии друг от друга.

Под влиянием импульса возбуждения в сердце начинает функционировать бесчисленное количество микродиполей одиночных мышечных волокон - элементарных источников ЭДС. Суммируясь, они образуют все более укрупняющиеся макродиполи отдельных фрагментов миокарда, камер сердца и в конечном счете - единый сердечный диполь и ЭДС всего сердца. ЭДС является векторной величиной и характеризуется не только величиной тока, но и результирующим направлением, которое указывают стрелкой. Основание стрелки соответствует отрицательному заряду диполя, а вершина ее - положительному. В дальнейшем мы будем часто оперировать термином «вектор ЭДС». Здесь уместно запомнить несколько правил для результирующего вектора ЭДС, с помощью которых мы будем в дальнейшем объяснять генез и морфологию зубцов и комплексов ЭКГ при нарушениях функций возбудимости и проводимости в сердце:
► в норме результирующий вектор деполяризации желудочков примерно соответствует анатомической оси сердца; (+) - полюс обращен к верхушке, (-) - полюс обращен к основанию;
► если вектор ЭДС направлен к положительному регистрирующему электроду, то на ЭКГ записывается положительное отклонение (зубец), а его амплитуда зависит от величины ЭДС (чем больше величина ЭДС, тем выше амплитуда зубца);
► если вектор ЭДС направлен к отрицательному регистрирующему электроду, то на ЭКГ записывается отрицательное отклонение (зубец);
► таким образом, один и тот же вектор ЭДС, регистрирующийся противоположными электродами, отразится на ЭКГ разнонаправленными (дискордантными) зубцами.

Проводящая система сердца
Образование и упорядоченное проведение электрического импульса к миокарду обеспечивают структуры специализированной проводящей системы, клетки которой обладают в норме не только возбудимостью и проводимостью, но и способностью к спонтанной генерации ритмических импульсов - автоматизмом. В норме проводящая система сердца для проведения электрических импульсов от СА-узла включает: кардиомиоциты предсердий, межпредсердный пучок Бахмана, межузловые тракты (Бахмана, Венкебаха и Тореля), АВ-узел, пучок Гиса, правую и левую ножки пучка Гиса, переднюю и заднюю ветви левой ножки пучка Гиса, волокна Пуркинье. Конечные волокна Пуркинье контактируют с миофибриллами рабочего миокарда (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Элементы проводящей системы сердца

Стартовав в СА-узле, импульсы проводятся от правого предсердия на левое предсердие по пучку Бахмана, затем по межузловым трактам проводятся на АВ-узел. По АВ-узлу электрические импульсы проводятся с низкой скоростью - происходит задержка проведения. Эта задержка физиологична - в итоге систола желудочков наступает после систолы предсердий. От АВ-узла электрические импульсы проводятся на пучок Гиса, ножки пучка Гиса, волокна Пуркинье и далее на кардиомиоциты желудочков. В желудочках электрические импульсы распространяются от средней части межжелудочковой перегородки на верхушку правого желудочка, затем на верхушку левого желудочка, затем на базальную часть желудочков и перегородки.

Формирование нормальной электрокардиограммы

Электрокардиографические отведения
В настоящее время в клинической практике повсеместно используют 12 ЭКГ-отведений: три общепризнанных и обязательных стандартных, или классических, три усиленных однополюсных отведения от конечностей и шесть грудных отведений. Для успешного освоения ЭКГ и полного ее представления очень важно с самого начала выработать у студентов привычку к одновременной оценке 12 отведений. Электроды накладывают следующим образом (рис. 1.5).
I отведение: левая рука L (+) и правая рука R (-).
II отведение: левая нога F (+) и правая рука R (-).
III отведение: левая нога F (+) и левая рука L (-).
Рис. 1.5. Треугольник Эйнтховена

NB! Черный провод (заземление) традиционно накладывают на правую ногу (можно на любую оголенную часть тела).
NB! Очень важно не перепутать цвета проводов на конечностях!
Оси этих отведений образуют во фронтальной плоскости треугольник Эйнтховена (см. рис. 1.5).
В 1942 г. E. Goldberger предложил усиленные однополюсные отведения от конечностей:
► усиленное отведение от правой руки (aVR) - активный электрод на правой руке;
► усиленное отведение от левой руки (aVL) - активный электрод на левой руке;
► усиленное отведение от левой ноги (aVF) - активный электрод на левой ноге.
Какое практическое значение имеют усиленные отведения от конечностей? Усиленные отведения от конечностей находятся в определенном соотношении со стандартными, дополняют полученную информацию и повышают специфичность ЭКГ-изменений.
Так, отведение aVL в норме имеет сходство с I отведением, aVR - с зеркально перевернутым II отведением, aVF - сходно с II и III отведениями.
Преобладающее направление вектора ЭДС к левой руке обусловлено гипертрофией (перегрузкой) левых отделов сердца, что проявляется выраженными положительными зубцами ЭКГ в отведении aVL и (дополнительно) подтверждает изменения в I отведении. Когда результирующий вектор ЭДС направлен к левой ноге, это свидетельствует о гипертрофии (перегрузке) правых отделов сердца, что проявляется выраженными положительными зубцами ЭКГ в отведении aVF и (дополнительно) подтверждает изменения в III отведении. Ситуация, когда результирующий вектор ЭДС направлен из центра сердца к правой руке, встречается чрезвычайно редко, поэтому в отведении aVR значительно преобладают отрицательные зубцы ЭКГ.
В 1946 г. F. Wilson предложил однополюсные грудные отведения в горизонтальной плоскости (вокруг сердца), в которой вектор ЭДС сердца располагается на уровне четвертого-пятого межреберья. Отведения обозначаются буквой V - физическим символом напряжения. В основном регистрируют шесть грудных отведений:
► V1 - активный электрод ставят в четвертое межреберье справа от грудины;
► V2 - активный электрод ставят в четвертое межреберье слева от грудины;
► V3 - активный электрод ставят на середине расстояния между электродами V2-V4;
► V4 - активный электрод ставят в пятое межреберье по средне-ключичной линии;
► V5 - активный электрод ставят в пятое межреберье по передней подмышечной линии;
► V6 - активный электрод ставят в пятое межреберье по средней подмышечной линии.
В практической кардиологии отведения Vp V2 называют правыми грудными отведениями, отведения V5, V6 - левыми грудными отведениями, а отведения V3, V4 соответствуют переходной зоне. Именно поэтому при преобладании ЭДС правых отделов сердца увеличивается амплитуда положительных зубцов в правых грудных отведениях V1, V2 и, наоборот, преобладание ЭДС левых отделов сердца приводит к увеличению амплитуды соответствующих зубцов ЭКГ левых отделов сердца в отведениях V5, V6. В норме направление суммарного вектора ЭДС сердца почти полностью совпадает с положительной частью оси грудного отведения V4, поэтому амплитуда зубца R будет постепенно нарастать в V1, V2, V3, а в отведении V4 (верхушка сердца) достигнет максимальной величины.
В особых случаях, для диагностики инфаркта миокарда (ИМ) заднебазальных отделов левого желудочка, регистрируют ЭКГ с дополнительными грудными отведениями V7-V9. При этом активный электрод V7 ставят в пятое межреберье по задней подмышечной линии, V8 - в том же межреберье по лопаточной линии, а V9 - в том же межреберье по паравертебральной линии. В диагностике гипертрофии правых отделов сердца или инфаркта правого желудочка могут помочь правые грудные отведения V3R и V4R. Электроды ставят на точки, соответствующие V3 и V4, но располагают их на правой половине грудной клетки. В норме левый желудочек всегда влияет на формирование ЭКГ в большей мере, чем правый (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Регистрация однополюсных грудных отведений V1-V6 в горизонтальной плоскости(вокруг сердца)

Элементы нормальной электрокардиограммы
Описание методики регистрации ЭКГ и специализированной аппаратуры не представляется нам очень важной информацией для студентов, так как в общих чертах она почти всем известна. Регистрация ЭКГ существенно не изменилась, аппаратура постоянно совершенствуется, а возможность самому увидеть съемку ЭКГ всегда представится на курации или практике. Очень существенным моментом для обучения анализу ЭКГ является представление о нормальной ЭКГ и ее элементах (образец, паттерны, шаблон, система). Конечно, этот образ запоминается не сразу, а после многократных тренировок и интерпретаций большого количества ЭКГ. Преподаватели клинических кафедр должны сами занимать активную позицию, популяризировать ЭКГ, заинтересовать студентов в интерпретации ЭКГ, выделять время на каждом занятии для систематических тренировок, ситуационных задач, просмотров оригинальных пленок ЭКГ на заданную тему и т.д.
В клинической ЭКГ существует большое количество различных вариантов нормальной ЭКГ и ее отдельных компонентов, знание которых необходимо квалифицированным специалистам функциональной диагностики. По нашему глубокому убеждению и опыту преподавания, не следует усложнять начальный этап освоения ЭКГ, особенно для студентов III-IV курсов. Ниже мы в общих чертах объясняем происхождение и приводим характеристику основных зубцов, интервалов и сегментов ЭКГ, необходимых для учебного анализа (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Происхождение зубцов и интервалов нормальной электрокардиограммы

NB! На обычной ЭКГ возбуждение СА-узла и структур проводящей системы не отражается.
Зубец Р отражает деполяризацию (охват возбуждением) обоих предсердий. Длительность его не превышает 0,1 с, амплитуда (высота) в разных отведениях - 1,5-2,5 мм.
Интервал P- Q (R) - время распространения возбуждения по предсердиям, АВ-узлу, пучку Гиса и его разветвлениям, которое колеблется от 0,12 до 0,20 с и обратно пропорционально зависит от частоты сердечных сокращений (ЧСС).
Сегмент PQ (R) измеряется от конца зубца Р до начала зубца Q или R (не путать с одноименным интервалом!). Сегмент представлен на ЭКГ изолинией (не сопровождается появлением ЭДС), отражает время прохождения импульса по АВ-соединению (не >0,1 с).
Комплекс QRS отражает деполяризацию желудочков и состоит из трех остроконечных зубцов: всегда отрицательных Q и S и всегда положительного зубца R. В зависимости от направления вектора ЭДС и отведений ЭКГ форма и амплитуда комплекса и составляющих его зубцов различна, но студентам необходимо знать несколько очень важных параметров:
► в норме зубцы Q менее 0,04 с по длительности и не более 3 мм по глубине. Зубец Q - необязательный элемент ЭКГ, у многих лиц он отсутствует;
► в норме высота зубца R достигает 20 мм в отведениях от конечностей и 25 мм в грудных. Если зубец R отсутствует, то комплекс обозначают как зубец QS;
► иногда комплекс QRS расщеплен и имеет два или даже три зубца R, что указывает на патологию, которая описана ниже;
► в норме в отведении aVR всегда преобладают отрицательные зубцы Q, S или QS, а в отведении V желудочковый комплекс иногда превращается в QS;
► максимальная длительность комплекса QRS не превышает 0,10 с (чаще 0,07-0,09 с).
Сегмент RS-T - отрезок от конца зубца R или S до начала зубца Т, соответствующий полному охвату возбуждением обоих желудочков (нет ЭДС), поэтому в норме сегмент расположен на изолинии (±0,5 мм). Переход комплекса QRS в сегмент RS-T называется точкой J (Junction - «точка соединения»). Отклонение точки J от изолинии является количественной оценкой элевации (подъема) или депрессии (снижения) сегмента S-T.
NB! Все, кто изучает основы ЭКГ, должны помнить о высокой диагностической значимости этого показателя в диагностике острого коронарного синдрома (ОКС) или ИМ (и других ургентных состояний) на догоспитальном этапе.
Зубец Т отражает конечную реполяризацию желудочков. В норме (в большинстве отведений) чем выше амплитуда зубца R, тем выше зубец Т. Максимальной высоты зубец Т достигает в грудных отведениях - 15-17 мм. В отведении aVR зубец Т всегда отрицательный, в отведениях III, aVL и V1 зубец Т может быть положительным, двухфазным или отрицательным. Изменения зубца Т неспецифичны и не являются надежным ЭКГ-признаком, присутствуют как у здоровых лиц, так и при различных заболеваниях.
Интервал Q-T охватывает период деполяризации и реполяризации желудочков, поэтому называется электрической систолой желудочков. Длительность интервала Q-T зависит от ЧСС. На рис. 1.8 указаны границы нормального, удлиненного и опасного интервала Q-T для мужчин и женщин.
Рис. 1.8. Схематическое изображение нормальной электрокардиограммы с указанием нормальной длительности зубцов, интервалов и сегментов

Интервалы Р-Р и R-R в норме отражают автоматизм синусного узла, правильный (регулярный) синусовый ритм сердца.
Таким образом, из шести зубцов ЭКГ P, R и T положительные и являются обязательными зубцами для нормальной кривой, а Q и S - отрицательные и на нормальной ЭКГ могут отсутствовать. Шестой зубец - [/-положительный и встречается крайне редко.
NB! Для быстрого усвоения нормальной длительности важных элементов ЭКГ рекомендуется следующая мнемоническая формула (Зудбинов Ю.И.):
► предсердия возбуждаются (зубец Р) за 0,10±0,02 с;
► задержка проведения импульса в АВ-узле (сегмент PQ) - 0,10±0,02 с;
► интервал P-Q < 0,20±0,02 с (то есть 0,10 с - дважды);
► желудочки возбуждаются (комплекс QRS) за 0,10±0,02 с;
► разница между соседними R-R должна быть не более 0,10±0,02 с;
► длительность периода деполяризации предсердий + желудочков (с учетом задержки импульса в АВ-узле) составляет в норме 0,30±0,02 с (то есть 0,10 с - трижды);
► эмпирическим путем определено, что период деполяризации предсердий + желудочков примерно равен периоду ре-поляризации желудочков, поэтому длительность последней также равна 0,30±0,02 с (то есть 0,10 с - трижды).


Источник: Электрокардиография: учебное пособие / Н.И. Волкова, И.С. Джериева, А.Л. Зибарев [и др.]. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2022.

Похожие материалы:
Электрокардиография / ЭКГ / Общая схема расшифровки ЭКГ.
Электрокардиография. ЭКГ. Отведения и точки наложения электродов для снятия ЭКГ.