Глава 4. Биоэлектрические основы электрокардиографии

Электрокардиографическое исследование сердца — доступный и информативный диагностический метод, с помощью которого обнаруживают нарушения сердечного ритма и проводимости, гипертрофию миокарда желудочков и предсердий, электролитные, ишемические, дегенеративные изменения в сердечной мышце. От быстрого и правильного анализа электрокардиограммы во многом зависит успешность диагностической и лечебной работы.

Электрокардиограмма (ЭКГ) — это зарегистрированная с помощью преобразующих приборов (электрокардиографов) электрическая активность сердца, которая проявляется в колебании разности потенциалов, возникающих в результате прохождения импульса по проводящей системе сердца и последовательного процесса деполяризации — реполяризации миокарда.

Активация структур сердца, подобно активации одной клетки, начинается с процесса деполяризации, за которым немедленно следуют реполяризация (восстановление разности потенциалов на клеточной мембране) и более поздняя по времени фаза покоя. В фазе покоя (в период диастолы клетка сердечной мышцы поляризована: на поверхности клеточной мембраны существует положительный потенциал (в основном за счет ионов Na+ и Са2+), а внутри клетки — отрицательный (преимущественно за счет протеина- тов и аспаратов). Разность между электрическими зарядами внутри и снаружи клетки называют трансмембранным потенциалом покоя. При отсутствии внешнего воздействия указанный потенциал составляет приблизительно —90 МВ. При возбуждении клетки резко меняется проницаемость клеточной мембраны для ионов Na+, которые быстро поступают внутрь, изменяя трансмембранный потенциал до положительных значений. С этого процесса деполяризации начинает развиваться трансмембранный потенциал действия (фаза 0). После короткой фазы 0 проницаемость мембраны для ионов Na+ уменьшается, а для К+ увеличивается, что приводит к выходу последних из клетки и небольшому падению трансмембранного потенциала действия (фаза 1). На следующей стадии достигается равновесие между разнонаправленными токами ионов. Ионы К+ продолжают выходить из клетки, а ионы Са2+ поступать внутрь нее. Данная фаза (фаза 2) — наиболее про должительная. Процесс деполяризации завершается перемещением ионов К+ из клетки и уменьшением проницаемости мембраны для других ионов, в результате чего постепенно восстанавливается поляризация клеточной мембраны (фаза 3). В момент деполяризации клетки миокарда нечувствительны к повторным стимулам. Это обусловлено длительными периодами абсолютной и относительной рефрактерности, которые физиологически необходимы, так как в это время полости сердца опорожняются и затем вновь наполняются кровью.

Клетки узлов автоматизма не нуждаются во внешних стимулах, чтобы вырабатывать трансмембранный потенциал действия. В этих специализированных клетках отрицательный заряд внутренней поверхности мембраны спонтанно уменьшается и возникает автоматическая активность.

В норме электрический импульс, вызывающий сокращение сердца, генерируется в синоатриальном (СА) узле. Возбуждение распространяется по предсердиям через кардиомиоциты, благодаря тому, что соседние клетки соединены друг с другом контактными мостиками с низким сопротивлением (вставочными дисками). Когда деполяризация достигает атриовентрикулярного (АВ) узла, прохождение электрического импульса задерживается, так как трансмембранный потенциал действия в узлах автоматизма развивается медленно. Задержка волны деполяризации способствует более полному сокращению предсердий и препятствует прохождению слишком частых импульсов от предсердий при предсердных тахикардиях. Электрический импульс, выйдя из АВ узла, проходит по системе пучка Гиса, волокнам Пуркинье и клеткам миокарда желудочков, обеспечивая координированное сокращение желудочков.

Сокращение сердечной мышцы обеспечивают специализированные белки: актин и миозин, выполняющие механическую функцию сокращения; тропомиозин и тропонин, регулирующие процесс сокращения. Во время фазы 2 ионы Са2+ проникают внутрь клетки и стимулируют массовое высвобождение кальция из концевых цистерн саркоплазматического ретикулюма.

Ионы Са2+ запускают процесс сокращения кардиомиоцита. В завершении фазы 2 кальциевые каналы закрываются и концентрация ионов Са2+ внутри клетки уменьшается. В результате связь сократительных белков блокируется и клетка расслабляется. С началом развития каждого следующего потенциала действия цикл сокращения и расслабления кардиомиоцита повторяется. Известно, что внутриклеточная концентрация Са2+ прямо пропорциональна силе сокращения.

Деполяризация проходит по клетке волной, неся на своем гребне положительный заряд. Границы возбужденного и невозбужденного участка имеют равные по величине, но противоположные по знаку заряды, которые находятся на бесконечно малом расстоя нии друг от друга. Объединение этих зарядов дает элементарный сердечный диполь.

ЭДС диполя — векторная величина, которая характеризуется не только количественным значением потенциала, но и пространственной ориентацией (от минуса к плюсу). Электрограмма этих процессов зависит от направления вектора диполя по отношению к положительному электроду. Если в процессе распространения вектор диполя направлен в сторону положительного электрода отведения, то на электрограмме возникает положительный зубец, если в сторону отрицательного, то фиксируется отрицательный зубец. Если вектор диполя расположен перпендикулярно оси отведения, то регистрируется изолиния.

В сердце в каждый момент систолы в процессе возбуждения вовлекаются многие участки миокарда, при этом векторы часто направлены в разные стороны. Суммарный (результирующий) вектор —это алгебраическая сумма всех векторов элементарных сердечных диполей, существующих в сердце в данный момент времени. Это понятие имеет ключевое значение для понимания происхождения зубцов электрокардиограммы. Сердце можно рассматривать как один точечный источник тока или единый сердечный диполь. Деполяризация и реполяризация каждого отдела сердца имеют свои результирующие векторы с определенными величиной и направлением. Установив электроды на поверхности тела, можно зарегистрировать на ЭКГ изменения величины и ориентации сердечного диполя на протяжении всего процесса возбуждения сердца.

Как при фотографировании объемного объекта делают несколько снимков под разным углом, так и электрические силы сердца записывают при разном расположении электродов. Сердце — трехмерный орган, и поскольку трехмерное изображение не может быть зарегистрировано на плоской поверхности, то используют такие отведения, которые позволяют получить проекцию электрических сил в двух плоскостях. В настоящее время в ветеринарной кардиологии наиболее часто используют 10 отведений ЭКГ: три стандартных двухполюсных, три усиленных однополюсных от конечностей и четыре грудных отведения.

Двухполюсные (биполярные) отведения (I, II, III) регистрируют разность потенциалов между двумя точками тела и имеют два полюса: положительный и отрицательный, а соединяющая их линия названа осью отведения.

Для записи стандартных двухполюсных отведений необходимо наложить три электрода (рис. 8): на правой грудной конечности — электрод с красной маркировкой, на левой грудной — с желтой, на левой тазовой — с зеленой. Четвертый электрод с черной маркировкой закрепляют на правой тазовой конечности для подключения заземляющего провода.

Рис. 8 — Формирование трех стандартных электрокардиографических отведений от конечностей. Внизу треугольник Эйнтховена, каждая сторона которого является осью того или иного стандартного отведения.

В графическом изображении оси трех стандартных отведений образуют равносторонний треугольник (треугольник Эйнтховена), вершинами которого являются обе грудные конечности и левая тазовая с установленными на них электродами. В середине этого треугольника расположен электрический центр сердца.

Усиленные однополюсные отведения от конечностей регистрируют разность потенциалов между одной из конечностей, на которой закреплен электрод, и средним потенциалом двух других конечностей. Оси этих отведений получают, соединяя электрический центр сердца с местом наложения активного положительного электрода данного отведения.

Существует три усиленных отведения: aVR — от правой грудной конечности, aVL — от левой грудной и aVF — от левой тазовой (рис. 9). При графическом совмещении осей трех стандартных и трех усиленных отведений от конечностей, проведенных через электрический центр сердца, получается так называемая шестиосевая система координат Бейли (Bayley). Электрический центр сердца делит ось каждого отведения на положительную и отрицательную части (рис. 10).

Рис. 9 - Формирование трех усиленных отведений от конечностей. Внизу треугольник Эйнтховена и расположение осей трех усиленных однополюсных отведений от конечностей:
К — электрод с красной маркировкой; Ж — с желтой; 3 — с зеленой.

Рис. 10 Формирование шестиосевой системы координат (по Бейли)

При последовательном возбуждении каждого отдела сердца возникают средние или результирующие векторы: вектор деполяризации желудочков A QRS, деполяризации предсердий А Р, реполяризации желудочков А Т с определенными величиной и направлением. По проекции этих векторов на оси отведений системы Бейли определяют конфигурацию кривой ЭКГ при заданном положении электрической оси сердца (ЭОС). Стандартные и усиленные отведения регистрируют изменения электрического поля сердца во фронтальной плоскости, грудные однополюсные (рис. 11) — разность потенциалов между активным положительным электродом, расположенным в определенной точке на поверхности грудной клетки, и отрицательным объединенным электродом Вильсона, который образуется через дополнительное соединение трех конечностей. В ветеринарной кардиологии используют четыре грудных отведения: V4 (CV6LU), V2 (CV6LL), rV2 (CY5RL) и V10. Осями грудных отведений служат линии, начинающиеся у точки расположения активного электрода на грудной стенке и проходящие через электрический центр сердца.

Рис. 11 Расположение электродов грудных отведений

Формирование зубцов, сегментов и интервалов ЭКГ в различных отведениях зависит от величины и проекции каждого моментального вектора на оси этих отведений (рис. 5). Если проекция вектора направлена на положительную часть отведения, то на ЭКГ регистрируется положительный зубец (отклонение вверх от изолинии), если проекция направлена на отрицательную часть отведения, то отмечают отрицательный зубец (отклонение вниз от изолинии). Если моментный вектор перпендикулярен оси отведения, то его проекция на указанную ось равна нулю, и на ЭКГ регистрируется прямая линия или два разнонаправленных, но равных по амплитуде зубца (алгебраическая сумма которых равна нулю).

Рис. 12 - Формирование узлов ЭКГ во II стандартном отведении:
СА узел — синоатриальный; АВ узел — атриовентрикулярный; ЛИ—левое предсердие; ПП — правое предсердие; ЛЖ —левый желудочек; ПЖ — правый желудочек, Р, Q, R, S — зубцы ЭКГ.

При регистрации электрокардиограммы каждого сердечного цикла вычерчивается кривая, в которой выделяют зубцы, интервалы и сегменты.

Зубцы ЭКГ носят следующие названия по порядку их появления: Р, Q, R, S, Т. Зубец Р соответствует деполяризации предсердий, комплекс QRS — деполяризации желудочков и зубец Т — реполяризации желудочков. Интервал Р — R (Р —Q) отражает продолжительность проведения импульса через АВ узел, сегмент RS — Т соответствует полной деполяризации желудочков, интервал Q — Т — электрической систоле желудочков (время охвата возбуждением всех отделов желудочков).

Форма комплекса QRS может быть различной, но название зубцов определяется их полярностью и отношением к первому положительному зубцу комплекса, то есть к зубцу R. Следующий за ним зубец S — отрицательный. Если амплитуда зубцов достаточно велика и превышает 5 мм, их обозначают заглавными буквами, если менее 5 мм, то строчными. Однако если низкоамплитудный зубец преобладает над другими, то его также помечают заглавной буквой. Единичное отрицательное отклонение обозначают комплексом QS.

Анализ ЭКГ необходимо начинать с проверки правильности техники ее регистрации.