Кардиография (введение )

1. ВВЕДЕНИЕ

Современная функциональная диагностика располагает самыми различными инструментальными методами исследования. Некоторые из них доступны только узкому кругу специалистов. Самым распространенным и доступным методом исследования является электрокардиография, используемая в основном в кардиологии. Однако она с успехом применяется и при исследовании больных с заболеваниями легких, почек, печени, эндокринных желез, системы крови, а также в педиатрии, гериатрии, онкологии, спортивной медицине и т. д. Ежегодно производят десятки миллионов электрокардиографических исследований. Этот метод в настоящее время стал достоянием широкого круга врачей – не только специалистов, занимающихся функциональной диагностикой, но и кардиологов, терапевтов, педиатров, спортивных врачей, физиологов и т. д.

Медицинскую практику можно представить как многоэтапный многократно повторяющийся лечебно-диагностический процесс, целью которого является выявление симптомов заболевания и устранение их причин. Одним из важных моментов этапа сбора данных о состоянии здоровья пациента является снятие и анализ электрокардиограммы (ЭКГ). Существует большая гамма приборов для снятия, а в ряде приборов и анализа, ЭКГ. Следует отметить, что особенно эффективное использование медицинской аппаратуры на современном этапе стало возможно благодаря появлению микрокомпьютеров, поскольку приборы на основе микро-ЭВМ способны производить сложную математическую обработку данных.Кроме того, такие приборы позволяют представить большой объём информации различной степени сложности в ясной и доступной для медицинского персонала форме, что является непременным условием для быстрого принятия необходимых решений.

1.1 ОПИСАНИЕ ПЛАНА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СНЯТИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ

Основным инструментом исследования динамики развития сердечно-сосудистых заболеваний является электрокардиограф, так как он позволяет изучать сердечную деятельность пациента в любых условиях без проникновения непосредственно в область сердца, т.е. неинвазивным путём.

При помощи электрокардиографа можно:

- определить частоту сердечных сокращений и таким образом,
своевременно выявлять любые нарушения ритма сердца;

- обнаруживать нарушения электрической проводимости сердца
(типичная диагностика), которые могут приводить к снижению его
насосной функции и даже к ее полному прекращению;

- выявлять дефекты или повреждения в сердечной мышце,
вызванные хроническим или острым заболеванием.

Принципы действия электрокардиографа состоят в регистрации электрических сигналов, возникающих при сокращении сердечной мышцы, причём величина этих сигналов характеризует электрическую активность сердца.

Для измерения сигналов используют, как минимум, два электрода, которые располагают на поверхности тела пациента.

Нормально работающее сердце генерирует электрические импульсы, создающие электрическое поле. Математически это поле может быть представлено в виде вектора определенной величины и направления. Векторное представление электрических потенциалов сердца впервые было разработано известным датским физиологом Эйнтховеном: измеряя разности потенциалов между руками и между каждой рукой и левой ногой (т.е. вдоль каждой из сторон треугольника Эйнтховена), можно определить величину и направление вектора электрического поля сердца.

Разности потенциалов между вершинами равностороннего треугольника называют стандартными передними отведениями и обычно обозначают римскими цифрами I, II, Ш. Усиленные униполярные отведения позволяют измерять разности потенциалов между одной из вершин треугольника и средними значениями потенциалов на двух других вершинах. В случае отведений I, II, Ш изучается изменение вектора электрического поля сердца во фронтальной плоскости; в случае шести дополнительных отведении, называемых грудными, изучаются изменения вектора электрического поля сердца в поперечной плоскости.

Опытному терапевту для диагностирования любой сердечной патологии, как правило, достаточно стандартной 12-канальной записи ЭКГ, т.е. шести грудных, трёх усиленных униполярных (aVR, aVF, aVL) и трёх стандартных (I, II, Ш) отведений.

Нормальная электрокардиограмма (ЭКГ):

Зубец Р характеризует охват возбуждением мускулатуры предсердий. Начальная часть зубца Р соответствует возбуждению правого предсердия, за­тем следует возбуждение левого предсердия. Про­цесс реполяризации предсердий не находит отобра­жения на ЭКГ, так как он наслаивается по времени на процесс деполяризации желудочков (комплекс QRS) К концу зубца Р предсердия максимально возбужде­ны, и начинается распространение волны возбужде­ния по АВ-узлу и пучку Гиса. Зубец Q свидетельству­ет о возбуждении межжелудочковой перегородки, которое быстро распространяется по волокнам Пуркинье на желудочки сердца Конечная часть комплекса QRS соответствует полной деполяризации желудоч­ков. Охват желудочков возбуждением предшествует их механическому сокращению. Сегмент ST опреде­ляется от конца зубца S и в норме изоэлектричен Зубец Т отражает процесс быстрой реполяризации желудочков. Значение зубца U неясно.

Таблица 1. Обозначения элементов нормальной ЭКГ.

Р-зубец соответствует сокращению предсердий, вызванному электрическим импульсом, который возникает в синоатриальном узле и по проводящей системе сердца достигает предсердий; P-R - интервал соответствует возбуждению атриовентрикулярного узла, aQRS - комплекс - сокращению желудочков; Т-зубец соответствует фазе восстановления желудочков. С помощью ЭКГ могут быть установлены различные нарушения в проводящей системе сердца, а, следовательно, и их причины.

1.2 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ И РЕГИСТРАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ

Одним из наиболее распространенных средств записи информации являются самописцы, снабженные специальными перьями, наполненными чернилами. При движении перо оставляет чернильный след на градуированной бумажной ленте. В некоторых самописцах используются перья с подогревом: такое перо, соприкасаясь с термочувствительной бумагой, также оставляет на ней след. Другим часто используемым средством визуализации является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). В этом случае форма ЭКГ - сигнала высвечивается на экране дисплея. В приборе такого типа предусмотрена электронная память в сочетании с цифровыми и аналоговыми схемами для запоминания и воспроизведения полного сигнала.

В некоторых воспроизводящих устройствах в качестве индикатора сердечных сокращений или сигнализатора тревоги применяется звук. При выборе устройств со звуковой сигнализацией следует учитывать такие факторы, как степень воздействия звукового сигнала на больных и возможность спутать данный сигнал с другими звуковыми сигналами, поступающими на пост медицинской сестры.

Стетоиндикаторы, используемые для воспроизведения информации о состоянии больного, должны быть легко различимыми и не должны раз­мещаться слишком близко друг к другу. С появлением компьютеров, обладающих большими вычислительными возможностями и имеющих сравнительно низкую стоимость, в медицине появились компьютерные системы 4-го
поколения, в которых широко применяется сложная математическая
обработка измеренных физиологических параметров. Это в первую
очередь относится к области электрокардиографии, где начали широко
использоватьсямногоканальные диагностические системы,обеспечивающие:

измерение биоэлектрических потенциалов в большом числе точек на поверхности грудной клетки пациента,

вычислительную обработку результатов измерения с использованием различных математических моделей,

представление окончательных результатов вычислений на экране монитора ЭВМ в виде топографических карт с привязкой к анатомическим ориентирам. Такой способ отображения, получивший название «картирование» или «мапинг», позволяет обеспечить более надежную и точную диагностику по сравнению с традиционной электрокардиографией.

В последние годы за рубежом появилось большое количество подобных систем. В области электрокардиографии - система ИРМ-7100 фирмы FUKUDADENSHI (Япония) и система CARDIAC -112.2 фирмы 2РА (Чехия). Эти системы выполнены в виде стационарных устройств, причем исследуемый пациент связан с ними множеством проводов. Вместе с тем существует настоятельная необходимость изучать организм пациента при различных видах деятельности, а также при физических нагрузках. Учитывая эти обстоятельства, в настоящее время разрабатываются диагностические многоканальные электрокардиографические системы с телеметрическим каналом связи.

На базе этого комплекса можно будет создавать системы, аналогичные по своим параметрам системам SPECTRUM-32 и CARDIAG-112.2, но предназначенные для исследования физиологических характеристик пациента, не соединенного проводами с измерительной аппаратурой.

С этой целью вся система выполняется из двух частей, а именно, измерительно-передающего блока (ИПБ) с массой не более 0,7кг, удобно закрепляемая на пациенте, и приемно-регистрирующего комплекса (ПРК). Связь между ИПБ и ПРК осуществляется беспроводным (телеметрическим) способом посредством передачи электромагнитных сигналов.

В основу работы комплекса положен метод МУЛЬТЭКАРТО, который состоит в том, что с помощью оптимальной системы отведений, состоящей, например, из 48 электродов, располагаемых равномерной сеткой на поверхности грудной клетки пациента по схеме, учитывающей симметрию тела и анатомические ориентиры, синхронно измеряют электрические потенциалы, генерируемые сердцем. По результатам измерения электрических потенциалов, решают обратную электродинамическую задачу и определяют эпикардиальное распределе­ние потенциала, а затем, на основе тонкостенной модели желудочков сердца как электрического генератора, определяют распределение на поверхности сердца основных электрофизиологических состояний стенки желудочков в процессе возбуждения и рассчитывают основные электрофизиологические характеристики:время прихода деполяризации, длительность активации, длительность реполяризации и др.

Существует также метод непрерывной записи ЭКГ на магнитную ленту в течение длительного периода времени (сутки и более) Продолжительная запись ЭКГ осуществляется с помощью портативного электрокардиографа или карманного кассетного магнитофона, питающегося от батареек.

Скорость движения ленты в магнитофоне 2,4 см/с, что и позволяет производить длительную регистрацию ЭКГ. Магнитофон может работать по заранее заданной программе, периодически включаясь на короткий период через определенный промежуток времени. Например, прибор может записывать ЭКГ в течение 14 с, автоматически включаясь через каждые полчаса. Длительность регистрации ЭКГ и интервалы между записями определяются врачом и осуществляются с помощью переключателя программ. Кроме того, больной может сам начать запись в любой момент времени, нажав соот­ветствующую кнопку. Это дает ему возможность зарегистрировать ЭКГ во время появления приступа стенокардии, нарушений ритма, одышки, головокружений, обморочного состояния и т. д. Одновре­менно у исследуемого имеется возможность устно записать свои ощущения в этот или любой другой период времени. Особенно удо­бен кассетный регистратор при преходящих мимолетных измене­ниях самочувствия больного, вероятность возникновения которых при пребывании больного на приеме у врача или во время обыч­ной регистрации ЭКГ в больнице чрезвычайно мала. Устные ком­ментарии больного дают возможность проводить корреляцию субъективных симптомов с изменениями ЭКГ.

Один из аппаратов — кардиокассета фирмы «Cardiodyne» (США) —может быть запрограммирован на автоматическое вклю­чение в периоды 3, 5, 7, 14 или 28 с с интервалами между включе­ниями 15, 30, 60, 120 мин. Прибор может работать непрерывно по заданной программе в течение недели или больше. Его можно но­сить в кожаном футляре, перекидывая на ремне через плечо или прикрепляя к поясу. Электроды фиксируются с помощью липкого пластыря.

При записи ЭКГ применяют в большинстве случаев двухполюс­ные отведения, причем активным является красный электрод, ин­дифферентным — белый, а зеленый служит заземлением. Для выявления нарушений коронарного кровообращения красный электрод помещают в пятом межреберье слева по среднеключичной или передней подмышечной линии, белый — над рукояткой грудины или под ключицей справа и зеленый — над V или VI реб­ром справа по среднеключичной линии. Получают видоизменен­ное отведение V₄ . Для диагностики аритмий лучше помещать крас­ный электрод на нижнюю часть грудины вблизи от мечевидного отростка, белый — над рукояткой грудины, зеленый — над V реб­ром по среднеключичной линии. Это видоизменное отведение V₁ . При таком расположении электродов лучше выявляется зубец Р.

Записанную па магнитную ленту ЭКГ в последующем воспро­изводят с помощью обычного электрокардиографа и подвергают тщательному анализу. Можно воспроизвести ее на экране любого осциллоскопа, например векторэлектрокардиоскопа. При обнару­жении на осциллоскопе патологических изменении ЭКГ их можно зарегистрировать на обычном электрокардиографе. Кроме того, обработка магнитной ленты может быть произведена с помощью ЭВМ с подробным анализом ее. При анализе ЭКГ врач может быстро определить, связаны ли жалобы больных с нарушениями сердечной деятельности и каков характер этих нарушений.

Запись ЭКГ с помощью портативного электрокардиографа поз­воляет проводить длительную амбулаторную регистрацию ЭКГ во время обычной деятельности больного: физической нагрузки, профессиональной деятельности, отдыха, сна, во время занятий спор­том и т. д.

Запись ЭКГ на магнитную ленту с помощью портативного маг­нитофона можно рекомендовать для регистрации преходящих на­рушений ритма и проводимости, для оценки применяемой противоаритмической терапии, для диагностики и оценки нарушений рит­ма и проводимости у больных острым инфарктом миокарда и влия­ния на них антиаритмических средств. Кроме того, ее можно использовать при постоянных формах нарушения ритма для оцен­ки влияния на них различных бытовых и профессиональных фак­торов, имеющихся в повседневной жизни больного. Иногда такая методика записи ЭКГ применяется при проведении пробы с фи­зической нагрузкой. Длительная регистрация ЭКГ помогает также в выявлении скрытой коронарной недостаточности, а также фак­торов, вызывающих ухудшение ЭКГ во время обычной повседнев­ной жизни больного, у больных с заведомо имеющейся ишемической болезнью сердца.

Непрерывное длительное наблюдение ЭКГ с помощью мониторов. Современные мониторы предоставляют возможность длительно­го наблюдения за ЭКГ на экране осциллоскопа. Для регистрации ЭКГ используют при этом различные отведения: стандартные, грудные, отведения по Небу и т. д. Длительное электрокардиогра­фическое наблюдение (в течение нескольких часов или дней) в ос­новном используется для диагностики различных нарушений рит­ма и проводимости. При появлении на экране осциллоскопа арит­мии ее можно зарегистрировать с помощью электрокардиографа. Большинство современных мониторных установок имеет специаль­ное сигнальное устройство — сигнал тревоги, которое автоматиче­ски включается (свет или звук) при появлении аритмии, значи­тельном замедлении или учащении ритма. В некоторых аппара­тах одновременно автоматически производится запись ЭКГ.

Мониторное электрокардиографическое наблюдение наиболее часто используют при остром инфаркте миокарда. Его проводят обычно в отделениях или палатах интенсивной терапии в первые дни после возникновения инфаркта, при наличии преходящих нарушений ритма и проводи­мости, которые требуют срочных терапевтических мероприятий, а также для уточнения диагноза аритмии. Кроме того, его ис­пользуют иногда при проведении массивной противоаритмической или сердечной терапии, а также при применении отдельных диаг­ностических процедур, которые могут приводить к возникновению аритмий (например, проба с физической нагрузкой, зондирование сердца, ангиокардиография и т. д.). Нередко ЭКГ записывают на магнитную ленту, что позволяет вводить и анализировать ЭКГ с помощью ЭВМ.

Современная медицина базируется на широком использовании разнообразной аппаратуры, которая в большинстве своем является физической по конструкции. Поэтому в курсе медицинской и биологической физике рассматриваются устройство и принципы работы основной медицинской аппаратуры.

2. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

2.1 МЕМБРАННАЯ ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ

В основе возникновения электрических явлений в сердце лежит, как известно, проникновение ионов калия (К⁺ ), натрия (Na⁺ ), кальция (Са ²⁺ ), хлора (СГ) и др. через мембрану мышечной клетки. В электрохимическом отношении клеточная мембрана представляет собой оболочку, обладающую разной проницаемостью для различных ионов. Она как бы разделяет два раствора электролитов, существенно отличающихся по своему составу. Внутри клетки, находящейся в невозбужденном состоянии, концентрация К⁺ в 30 раз выше, чем во внеклеточной жидкости. Наоборот, во внеклеточной среде примерно в 20 раз выше концентрация Na⁺ , в 13 раз выше концентрация СГ и в 25 раз выше концентрация Са²⁺ по сравнению с внутриклеточной средой. Такие высокие градиенты концентрации ионов по обе стороны мембраны поддерживаются благодаря функционированию в ней ионных насосов, спомощью которых ионы Na, Ca и Сl выводятся из клетки, а ионы К входят внутрь клетки. Этот процесс осуществляется против концентрационных градиентов этих ионов и требует затраты энергии.

А Б

Клетка миокарда в покое (А) и во время деполяризации (Б).

В невозбужденной клетке мембрана более проницаема для К⁺ и СГ. Поэтому ионы К⁺ в силу концентрационного градиента стремятся выйти из клетки, перенося свой положительный заряд во внеклеточную среду. Ионы СГ, наоборот, входят внутрь клетки, увеличивая тем самым отрицательный заряд внутриклеточной жидкости. Это перемещение ионов и приводит к поляризации клеточной мембраны невозбужденной клетки: наружная ее поверхность становится положительной, а внутренняя - отрицательной. Возникающая таким образом на мембране разность потенциалов препятствует дальнейшему перемещению ионов (К - из клетки и С1 - в клетку), и наступает стабильное состояние поляризации мембраны клеток сократительного миокарда в период диастолы. Если мы теперь с помощью микроэлектродов измерим разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны, то зарегистрируем так называемый трансмембранный потенциал покоя (ТМПП), имеющий отрицательную величину, в норме составляющую около - 90 mV.

При возбуждении клетки резко изменяется проницаемость ее стенки по отношению к ионам различных типов. Это приводит к изменению ионных потоков через клеточную мембрану и, следовательно, к изменению величины самого ТМПП. Кривая изменения трансмем­бранного потенциала во время возбуждения получила название трансмембранного потенциала действия (ТМПД). Различают несколько фаз ТМПД миокардинальной клетки (рисунок 1).

Фаза 0. Во время этой начальной фазы возбуждения - фазы деполяризации - резко увеличивается проницаемость мембраны клетки для ионов Na, которые быстро устремляются внутрь клетки (быстрый натриевый ток). При этом, естественно, меняется заряд мембраны: внутренняя поверхность мембраны становится положительной, а наружная - отрицательной. Величина ТМПД изменяется от -90 mV до +20 mV, т.е. происходит реверсия заряда - перезарядка мембраны. Продолжительность этой фазы не превышает 10 мс.

Фаза 1. (фаза начальной быстрой реполяризации) Как только величина ТМПД достигает примерно +20 mV, проницаемость мембраны для Na⁺ уменьшается, а для СГ. Это приводит к возникновению небольшого тока отрицательных ионов С1 внутри клетки, которые частично нейтрализуют избыток положительных ионов Naвнутри клетки, что ведет к некоторому падению ТМПД примерно до 0 или ниже.

Рисунок 1. Трансмембранный потенциал действия (ТМПД). АРП и ОРП - абсолютный и относительный рефракторный периоды.

Фаза 2. (фаза плато) В течение этой фазы величина ТМПД поддерживается примерно на одном уровне, что приводит к формированию на кривой ТМПД своеобразного плато. Постоянный уровень величины ТМПД поддерживается при этом за счет медленного входящего тока Са²⁺ и Na⁺ направленного внутрь клетки, и тока К⁺ из клетки. Продолжительность этой фазы велика и составляет около 200 мс. В течение фазы 2 мышечная клетка остается в возбужденном состоянии, начало ее характеризуется деполяризацией, окончание - реполяризацией мембраны.

Фаза 3. (конечной быстрой реполяризации) К началу фазы 3 резко уменьшается проницаемость клеточной мембраны для Na⁺ и Са²⁺ и


8-09-2015, 20:51