Fizika_l_r_Chast_2

1

Лабораторная работа №10

Электрокардиография

Основные понятия и определения: электрическое поле, диполь,

биопотенциалы действия, электрокардиографии, векторкардиоскопия и векторкардиография.

Цель работы: Подготовить ЭКГ к работе. Выполнять некоторые проверки правильности функционирования ЭКГ, накладывать электроды и производить запись ЭКГ. Определять амплитуду и длительность зубцов ЭКГ, частоту сердечных сокращений по записанной электрокардиограме.

Краткая теория

Электрокардиография – это метод регистрации электрических процессов, протекающей в сердечной мышце при еѐ возбуждении. Запись этих процессов – электрокардиограмма, в зависимости от вида регистрирующего прибора может быть получена на экране электроннолучевой трубки или на бумажной диаграммной ленте.

Задача электрокардиографии заключается в том, чтобы оценить работу сердца (электрические процессы в сердце) по биопотенциалам, регистрируемым с поверхности тела человека.

Теория, касающаяся вопросов происхождения зубцов и интервалов при электрокардиографическом методе исследования основывается на двух концепциях: мембранной теории биоэлектрических явлений и концепции сердечного диполя.

В настоящее время установлено, что основные биоэлектрические процессы в различных возбудимых тканях протекают по одним и тем же законам, т. е. в нервной клетке центральной нервной системы и в мышечном волокне, в том числе и в сердечной мышце, возникновение биотоков в покое и при возбуждении обусловлено одними и теми же механизмами.

Между внутренней и наружной поверхностями клеточной мембраны всегда существует разность электрических потенциалов, которая обусловлена неравномерным распределением различных ионов. В состоянии физиологического покоя эта разность потенциалов называется мембранным потенциалом покоя ( мп). Экспериментально было установлено, что для различных клеток в состоянии покоя мп лежит в пределах 50 – 100 мВ, причѐм цитоплазма имеет отрицательный потенциал

2

по отношению к потенциалу межклеточной жидкости (рис.1).

Рис. 1. Трансмембранный потенциал изолированной мышечной клетки: а) стадия поляризации клетки в состоянии покоя; б) стадия деполяризации при возбуждении клетки; в) стадия полной деполяризации; г) стадия реполяризации клетки; д) стадия поляризации клетки.

В состоянии физиологического покоя соотношение зарядов, обусловливающих мембранный потенциал покоя, сохраняется достаточно постоянным. Это является результатом динамического равновесия между клеткой и межклеточной средой при двух противоположных процессах – диффузии через мембрану, главным образом, таких ионов, как Na+, K+ и Cl-, и переноса их в противоположном направлении при активном транспорте, например, при работе калий-натриевого насоса.

Мембрана клеток возбудимых тканей в отличие от всех остальных клеток, обладает свойством под действием раздражителя менять свою проницаемость по отношению к ионам Na+ и К+ в сотни раз.

Это приводит к резкому увеличению скорости перемещения ионов Na+ из внеклеточного пространства внутрь клетки, а ионов К+ – из цитоплазмы наружу, т.е. идет перемещение ионов из области большей концентрации в область с меньшей концентрацией. Так как разность концентраций ионов натрия Na+ в пятьдесят раз выше, чем для ионов калия К+, то начальный поток через раскрытую мембрану представлен ионами Na+. Попадая внутрь клетки Na+ нейтрализует отрицательный заряд цитоплазмы (деполяризует мембранный потенциал покоя), и меняет

3

его на положительный. Этот процесс длится около 0,5 миллисекунды, после чего поры мембраны уменьшаются в диаметре так, что более крупные ионы Na+ уже не могут проникать свободно, в отличие от ионов К+, которые имеют меньший диаметр. Поэтому в следующие 1 – 1,5 миллисекунды ионы калия К+ устремляются изнутри наружу, тем самым реполяризуя (восстанавливая) исходный уровень мембранного потенциала. Разность потенциалов между внешней и внутренней поверхностями мембраны, записанная в момент возбуждения, называют мембранным потенциалом возбуждения мв.

Как в отдельной клетке, где возбуждение сопровождается отрицательным зарядом на поверхности мембраны, так и в любой возбудимой ткани (в макромасштабах) возбужденный участок становится электроотрицательным по отношению к невозбужденному. В этом случае между возбужденным и невозбужденным участками возникает разность потенциалов, которая может быть зарегистрирована. Величина разности потенциалов нервной ткани равна десяткам и сотням микровольт; в мышечной, в том числе и сердце, достигает одного-двух милливольт.

Таким образом, при распространении возбуждения между возбуждѐнными и невозбуждѐнными участками ткани возникает динамическая система из отрицательного и положительного объѐмных зарядов, которую можно рассматривать как токовый диполь с изменяющимся во времени и пространстве дипольным моментом.

Это положение является одним из основных в теории Эйнтховена, предложившего современную систему отведений для снятия ЭКГ.

Сердце, в отличие от скелетной мышцы, обладает свойством автоматии, т.е. будучи вырезанным из организма, оно продолжает сокращаться под действием импульсов, возникающих в нем самом. Эти импульсы возникают в проводящей системе сердца, которая состоит из синусного узла, атриовентрикулярного узла и пучка Гиса.

Водителем ритма сердца в нормальных условиях является синусный узел. Импульс, возникающий в нем, проводится через мышечные волокна на предсердия, затем возбуждение через атриовентрикулярный узел распространяется по пучку Гиса и переходит на желудочки. Вместе с распространением возбуждения по сердечной мышце перемещается и отрицательный потенциал возбужденных участков от основания до верхушки сердца, как в объемном проводнике.

Поскольку тело человека является электропроводящей средой, внутри которой расположен источник биопотенциалов – сердечная мышца,

4

то разность потенциалов будет возникать не только непосредственно на сердце, но и на поверхности тела.

Измеряя потенциалы различных точек тела, можно определить линии одинакового потенциала – эквипотенциальные линии (рис.2).

Рис. 2. Эквипотенциальные поверхности. О-О – линия нулевого потенциала; А-А – электрическая ось сердца.

Это дает возможность регистрировать биопотенциалы не только при непосредственном расположении отводящих электродов на сердце, но и в том случае, когда они находятся на поверхности тела.

Разность потенциалов, регистрируемая между двумя точками на поверхности тела, в физиологии называется отведением.

Рис. 3. Система стандартных отведений Эйнтховена.

5

В настоящее время приняты три основные стандартные отведения, предложенные в начале ХХ века Эйнтховеном (рис. 3). 1 отведение – правая рука – левая рука; 2 отведение – правая рука – левая нога и 3 отведение – левая рука – левая нога. Вдоль этих отведений регистрируются наибольшие разности потенциалов.

При дальнейшем развитии электрокардиографии стали применять грудные, пищеводное и другие отведения.

При регистрации биопотенциалов сердца записывается кривая, получившая название электрокардиограммы, которая состоит из пяти основных зубцов P, Q, R, S и Т (рис. 4), где Р – предсердный зубец и QRS – желудочковый комплекс. Зубец Р отражает возбуждение предсердий: восходящая часть зубца соответствует распространению возбуждения из синусного узла на правое предсердие, нисходящая часть зубца – распространению возбуждения по левому предсердию. Зубец Q обусловлен возбуждением внутренней поверхности желудочков, правой сосочковой мышцы и верхушки сердца, а зубец R – возбуждением поверхности и основания обоих желудочков. К окончанию зубца S оба желудочка охвачены возбуждением, т.е. в этом случае отсутствуют разности потенциалов между различными участками желудочков сердца, что соответствует прямолинейному ST. Зубец Т связывают с биохимическими процессами, протекающими после возбуждения желудочков.

Кроме указанных основных пяти зубцов P, Q, R, S и Т, может быть шестой зубец U (положительный или отрицательный), который встречается сравнительно редко. Происхождение его окончательно не выяснено. Предполагают, что он связан с ионными процессами в миокарде. Зубец U располагается после зубца Т, чаще всего без предварительного интервала, имеет форму, приближающуюся к треугольнику с закругленной вершиной. Наиболее отчетливо зубец U наблюдается во втором отведении. Полагают, что начало волны U совпадает с концом систолы желудочков и захлопыванием полулунных клапанов.

6

Рис. 4. Нормальная электрокардиограмма.

калибровка – отметка напряжения (контрольный милливольт);

зубец Р – деполяризация предсердий;

зубец Q – реполяризация предсердий и деполяризация межжелудочной перегородки (может отсутствовать);

зубец R – деполяризация боковых стенок и верхушки желудочков;

зубец S – деполяризация оснований желудочков;

зубец Т – реполяризация желудочков;

интервал P-Q отражает время, необходимое для деполяризации предсердий;

интервал QRS – время деполяризации желудочков;

интервал QRST – время, проходящее от начала деполяризации до конца реполяризации желудочков (в переносе на механическую работу сердца соответствует систоле);

интервал Т-Р – состояние покоя;

интервал R-R – время одного сердечного цикла.

Горизонтальные участки линий между отдельными зубцами

соответствуют нулевой разности потенциалов между точками.

Форма, высота и длительность зубцов являются основными характеристиками ЭКГ и деятельности сердца. Так как электрические процессы в сердечной мышце происходят циклически, то группы зубцов при записи ЭКГ повторяются. По расстоянию между группами зубцов (зубцовыми комплексами) можно судить о частоте сердечных сокращений (ЧСС) и ритмичности сердечной деятельности.

Амплитуду зубцов при анализе ЭКГ измеряют в милливольтах, а ширину зубцов и продолжительность интервалов в секундах.

7

величину и направление. Эту разность потенциалов и изображают в виде вектора в направлении от минуса к плюсу по ходу распространения возбуждения. Так как само сердце объемный орган, то в нем имеется множество возбуждающихся участков, и в каждый момент существует множество векторов различных по величине и с различной ориентацией. Все векторы, возникающие в определенный момент сердечного цикла, есть моментные векторы. Их можно суммировать в один результирующий вектор. Обычно суммируют моментные векторы в какой-либо определенный промежуток времени, например, в период формирования на электрокардиограмме зубца Р или R. Эти векторы выражают величину и направление вектора дипольного момента сердца при возникновении того или иного зубца.

В. Эйнтховен в 1912 году, рассматривая сердце как источник биотоков в объемном проводнике, предложил концепцию равностороннего треугольника (рис. 8), углы которого образуют три конечности: правая рука, левая рука и левая нога.

10