Материал: file000089

да это начинается, происходит и заканчивается не одновременно. Поэтому можно говорить о волнах деполяризации и реполяризации, распространяющихся по сердцу в целом и по отдельным его частям – предсердиям, желудочкам, перегородкам.

2. Электрический диполь. Токовый диполь. Интегральный электрический вектор сердца

Представлениям о сердце как органе, по которому распространяются волны деполяризации и реполяризации, соответствует модель, согласно которой сердце – это электрический токовый диполь, электрическое поле которого ощутимо за пределами сердца, и может регистрироваться с помощью системы электродов, помещенных на поверхности тела.

Ниже рассматриваются две модели диполя, и обе – электрические. Электрический диполь – это система из двух равных по величине зарядов

+q и – q, находящихся в непроводящей среде и разделенных промежутком L – плечом диполя (рис. 1). Дипольный момент электрического диполя – это вектор, модуль которого р = qL. Направление вектора электрического диполя: от отрицательного полюса (-) к положительному (+). Эта система зарядов, как целое, электрически нейтральна: +q – q = 0.

На рис. 2, справа, по замкнутой цепи протекает электрический ток силой I. Участок 1 – 2 с током I, имеющий протяженность L, можно рассматривать как токовый диполь:

-точка 1 для него – положительный полюс, «исток»;

-точка 2 – отрицательный полюс, «сток»;

-участок 1-2, имеющий длину L, называется плечом токового диполя.

Токовый диполь – это двухполюсная система в проводящей среде, с положи-

тельным полюсом – истоком и отрицательным – стоком тока.

Дипольный момент токового диполя – это вектор, направленный от истока

(+) к стоку (-) и численно равный произведению силы тока на плечо диполя:

РТ = IL.

На рис. 2, слева, сплошные линии – это силовые линии электрического поля, создаваемого полюсами диполя в однородной проводящей среде; пунктирные линии – это линии, на каждой из которых электрический потенциал – константа (линии равного потенциала; эквипотенциальные линии).

25

Электрический и токовый диполь – это электрические модели, призванные упростить понимание реальных процессов.

Электрический диполь – модель, хорошо соответствующая строению молекул, некоторым видам их взаимодействия друг с другом, их поведению в постоянных и переменных внешних электрических полях.

Электрический дипольный момент имеет в системе СИ единицу измерения 1 Кл·м, но это – очень большая величина, и для молекул применяется внесистемная единица – дебай: 1 Д = 3,33·10-30 Кл·м.

Для электрокардиографии более подходящей оказалась модель токового ди-

поля. Эта модель дает возможность рассматривать электрические процессы, происходящие при работе сердца, с учетом того, что большинство тканей организма хорошо проводит электрический ток. Процессы деполяризации и реполяризации клеток можно рассматривать как токи в проводящей среде.

В токовом диполе на схеме рис. 2, протекание тока происходит за счет ЭДС источника тока, имеющегося в цепи. Электрические процессы в живых клетках обеспечиваются химической энергией молекул АТФ, синтезируемых в их митохондриях. Можно сказать, источники тока вживлены в мышечные волокна миокарда.

Векторная сумма дипольных моментов токовых диполей всех клеток сердца – это вектор дипольного момента сердца – интегральный электрический вектор сердца (ИЭВС). На рис. 3 представлены некоторые характеристики его электрического поля.

Рис. 3 Электрическое поле токового диполя сердца. (см. для сравнения рис.2, схема слева).

Линия 0-0 – линия нулевого потенциала. ИЭВС лежит на перпендикуляре к линии 0-0. Правильное направление (из двух вариантов) определите сами.

Кривые – эквипотенциальные линии с положительными и отрицательными значениями потенциала.

В ходе сердечного сокращения ИЭВС меняется как по величине, так и по направлению в пространстве. Так что на рис. 3 представлена некоторая усредненная картина.

Отведением в электрокардиографии называется система из двух электродов, установленных на поверхности тела пациента и подключенных к электрокар-

26

диографу. Регистрируемая в любом отведении разность потенциалов является проекцией ИЭВС на линию, соединяющую электроды этого отведения.

Задачу воссоздания вектора ИЭВС по двум его проекциям вам предстоит решать графически в ходе выполнения данной работы.

Опытный кардиолог имеет навыки оценки ИЭВС и его угла наклона, анализируя лишь его проекции – записи ЭКГ в отведениях, и не прибегая к графическим построениям.

Но есть принципиальная возможность наблюдать этот вектор в ходе обследо-

вания в режиме реального времени. Задача о непрерывном воссоздании вектора ИЭВС по его меняющимся проекциям решается методом вектор-

электрокардиографии (ВЭКГ). На мониторе вектор-кардиографа наблюдается замкнутая петлеобразная кривая, состоящая из трех петель. Ее описывает конец вектора ИЭВС за время цикла сердечного сокращения. Характер кривой представлен на рис. 4.

Рис. 4. Вектор-электрокардиограмма.

Большую петлю описывает конец вектора ИЭВС в то время, когда обычный электрокардиограф записывает зубцы Q, R, S, соответствующие стадии сокращения желудочков. (см. схему на рис. 6). Петля 2 соответствует стадии реполяризации (зубец Т на обычной записи ЭКГ). Небольшая петля 1 соответствует зубцу Р. На линии 3 место вектору ИЭВС.

Отклонения от нормы при работе сердца отслеживаются на ВЭКГ деформациями петель, их угловыми смещениями, нарушениями симметрии.

3. Элементы практической электрокардиографии

Стационарные электрокардиографы обеспечивают одновременную запись на широкой бумаге электрических потенциалов во многих отведениях: устанавливаются 4 электрода на конечностях и шесть грудных электродов.

В данной работе Вы знакомитесь с портативным прибором, применяемым при выездах врача к пациенту (рис. 5).

27

Рис. 5. Одноканальный кардиограф ЭК1Т-1/3-07 «Аксион».

Схема стандартных отведений, предложенная основателем данного метода – Вильгельмом Эйнтховеном, состоит в следующем: на теле пациента устанавливаются три электрода: на предплечьях и на левой голени.

Треугольник Эйнтховена – схема отведения электрических потенциалов, создаваемых работающим сердцем: если пациент лежит, раскинув руки и ноги, то закрепленные на них электроды образуют равносторонний треугольник, в центре которого – сердце, приблизительно равноудаленное от сторон и от вершин этого треугольника.

При снятии ЭКГ пациент может иметь и другую позу. При этом если сгибаются руки или ноги, то изгибаются и силовые линии электрического поля в проводящих тканях пациента. Так что изменения его позы практически не изменяют характера записей в отведениях. Их всё равно можно интерпретировать в привязке к треугольнику Эйнтховена. Однако пациенту рекомендуется сохранять спокойное неподвижное состояние: при сокращении скелетных мышц их электрическая активность может при вести к искажениям записываемых сигналов.

Путаница в размещении и подключении электродов недопустима, и вообще, снятие ЭКГ-процедура, в которой нет мелочей.

Принятая нумерация отведений: I – (правая рука – левая рука)

II – (правая рука – левая нога)

III – (левая рука – левая нога)

При использовании аппарата ЭК1Т – 1/3 – 07 предусмотрена установка дополнительного электрода – на правой голени. Это даёт некоторое повышение качества кардиограммы, но существо схемы Эйнтховена при этом не меняется.

Обозначения зубцов электрической активности на кардиограммах также предложены Эйнтховеном, и сохраняется поныне (см. рис. 6).

Рис. 6. ЭКГ в первом отведении (схема).

28

Взаимное соответствие зубцов на ЭКГ и состояния участков сердца:

Зубец Р – возбуждение обоих предсердий.

Зубец Q – возбуждение левой половины межжелудочковой перегородки. Зубец R – возбуждение желудочков.

Зубец S – возбуждение основания левого желудочка. Зубец Т – соответствует процессам реполяризации.

Зубец U регистрируется не всегда, и его происхождение не изучено.

4.Электрокардиограф

Вработе используется электрокардиограф ЭК1Т – 1/3 – 07 "Аксион", изготовленный в России в 2015 году. Приводим его краткое техническое описание.

Блок питания прибора обеспечивает работу как от сети 220В, так и от встроенного аккумулятора.

Кабель пациента. Служит для подключения к прибору электродов, размещаемых на теле пациента. В комплект кардиографа входят четыре прижимных электрода для установки на конечностях и шесть грудных электродов на присосках.

Кардиограф можно настроить на поочерёдную запись сигналов от всех десяти электродов или от любой их группы, по усмотрению врача.

Кабель пациента имеет узел защиты входных цепей кардиографа от воздействия импульсов дефибриллятора.

Усилитель биопотенциалов. Электрический сигнал, создаваемый сердцем, меняется в ходе каждого сердечного сокращения от долей милливольта до значения порядка 1,5мВ. Усилитель биопотенциалов имеет коэффициент усиления 5000. Так что если на входе усилителя потенциал равен 1,5мВ, то на выходе – в 5000 раз больше, т.е. 1,5 мВ·5000 = 7,5 В.

Микроконтроллер. Получает усиленный электрический сигнал как некоторую функцию времени, и первое, что здесь происходит, – преобразование этой функции из аналоговой формы в цифровую. График функции становится не плавной кривой, а ступенчатой фигурой, состоящей из «монетных столбиков» с высотой "монет" 5мкВ/бит. Этот показатель аналого-цифрового преобразовате-

ля (АЦП) называется шагом квантования.

Любому усиленному значению биопотенциала соответствует определенное количество ступенек высотой 5 мкВ. Например, значению усиленного потенциала 7,5 вольт АЦП назначит цифровое значение: 7,5 В / (5 мкВ/бит) =

1500 бит.

Преобразование сигнала в цифровую форму обеспечивает возможность использования современных технологий передачи, хранения и анализа данных, и не только "вообще", но и в ходе взаимодействия контроллера со следующим важным электронным блоком кардиографа – ЦПУ.

Центральное процессорное устройство (ЦПУ) управляет работой кардио-

графа во всех режимах его работы в соответствии с программами, загружен-

ными в микроконтроллер. В том числе обеспечивает:

- визуализацию кардиограмм на цветном графическом дисплее кардиографа;

29