Электрокардиографические отведения
Лабораторная работа № 6
Электрокардиография. Изучение работы электрокардиографа
Цель работы: изучение теоретических основ электрокардиографии, изучение принципа работы электрокардиографа, снятие электрокардиограмм и их анализ.
Оборудование: лабораторная установка ФМБ-7К, имеющая сопряжение с персональным компьютером.
Теория вопроса и метод выполнения работы
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.
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, III. В случае отведений I, II, III 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, III) отведений.
Электрокардиографические отведения
Изменения разности потенциалов на поверхности тела, возникающие во время работы сердца, записываются с помощью различных систем отведений ЭКГ. Каждое отведение регистрирует разность потенциалов, существующую между двумя определенными точками электрического поля сердца, в которых установлены электроды. Таким образом, различные электрокардиографические отведения отличаются между собой, прежде всего участками тела, от которых отводится разность потенциалов.
Электроды, установленные в каждой из выбранных точек на поверхности тела, подключаются к гальванометру электрокардиографа. Один из электродов присоединяют к положительному полюсу гальванометра (это положительный, или активный, электрод отведения), второй электрод – к его отрицательному полюсу (отрицательный электрод отведения) (рис. 1).
Рис. 1.Формирование трех стандартных электрокардиографических отведений
от конечностей. Внизу – треугольник Эйнтховена, каждая сторона которого
является осью того или иного стандартного отведения
Стандартные отведения от конечностей регистрируют при следующем попарном подключении электродов:
I отведение – левая рука (+) и правая рука (-);
II отведение – левая нога (+) к правая рука (-);
III отведение – левая нога (+) и левая рука (-).
Знаками (+) и (-) здесь обозначено соответствующее подключение электродов к положительному или отрицательному полюсам гальванометра, т. е. указаны положительный и отрицательный полюс каждого отведения.
Как видно на рис. 1, три стандартных отведения образуют равносторонний треугольник (треугольник Эйнтховена), вершинами которого являются правая рука, левая рука и левая нога с установленными там электродами. В центре равностороннего треугольника Эйнтховена расположен электрический центр сердца, или точечный единый сердечный диполь, одинаково удаленный от всех трех стандартных отведений.
Нормальная электрокардиограмма (ЭКГ)
Любая электрокардиограмма состоит из нескольких зубцов, сегментов и интервалов, отражающих сложный процесс распространения волны по сердцу (рис. 2).
Рис. 2. Обозначения элементов нормальной 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.
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, a QRS – 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.
Величина зубцов и интервалов ЭКГ в норме.Для запоминания величины (высоты или глубины) основных зубцов необходимо знать: все аппараты, регистрирующие ЭКГ, настроены таким образом, что вычерчиваемая в начале записи контрольная кривая равна по высоте 10 мм, или 1 милливольту (мВ). Традиционно все измерения зубцов и интервалов принято производить во втором стандартном отведении, обозначаемом римской цифрой II. В этом отведении высота зубца R в норме должна быть равна 10 мм, или 1 мВ.
Высота зубца Т и глубина зубца S должны соответствовать 1/2-1/3 высоты зубца R или 0,5-0,3 мВ.
Высота зубца Р и глубина зубца Q будут равны 1/3-1/4 от высоты зубца R или 0,3-0,2 мВ.
В электрокардиографии ширину зубцов (по горизонтали) принято измерять не в миллиметрах, а в секундах, например, ширина зубца Р равняется 0,10 с. Эта особенность возможна потому, что запись ЭКГ производят на постоянной скорости протяжки ленты. Так, при скорости лентопротяжного механизма 50 мм/с, каждый миллиметр будет равен 0,02 с.
Для удобства характеристики продолжительности зубцов и интервалов запомните время, равное 0,10 
0,02 с. При дальнейшем изучении ЭКГ мы будем часто обращаться к этому времени.
Ширина зубца Р (за какое время синусовый импульс охватит возбуждением оба предсердия) равна в норме: 0,10 ± 0,02с.
Продолжительность интервала Р-Q (за какое время синусовый импульс пройдет атриовентрикулярное соединение) равна в норме: 0,10 ± 0,02 с.
Ширина желудочкового комплекса QRS (за какое время синусовый импульс охватит возбуждением желудочки) в норме равна: 0,10 ± 0,02 с.
Синусовому импульсу для возбуждения предсердий и желудочков потребуется в норме (учитывая при этом, что в норме к желудочкам он может попасть только через атриовентрикулярное соединение) 0,30 ± 0,02 с (0,10 - трижды).
Действительно, это время продолжительности возбуждения всех отделов сердца от одного синусового импульса. Эмпирически определено, что время реполяризации и время возбуждения всех отделов сердца приблизительно равно.
Следовательно, продолжительность фазы реполяризации равна приблизительно 0,30 ± 0,02 с.
Приборы и оборудование
Для изучения принципов работы аппарата ЭКГ и методов снятия электрокардиограммы предназначена учебная модель – лабораторная установка ФМБ-7К, имеющая сопряжение с персональным компьютером (ПК). Блок-схема учебной установки изображена на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальная блок-схема учебной
установки для изучения принципа работы аппарата ЭКГ
Конструктивно учебная лабораторная установка состоит из манекена человека и «БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ», эмулирующего работу аппарата ЭКГ. На манекене в соответствующих местах выведены контакты, показывающие условно электрокардиографические отведения. При подключении отведений манекена к «БЛОКУ УПРАВЛЕНИЯ» происходит симуляция снятия ЭКГ.
Для наглядности следует соблюдать цветовой код отведений: правая рука – красная маркировка; левая рука – желтая маркировка; левая нога – зеленая маркировка; правая нога – заземляющий черный провод. Для грудных отведений цвета значения не имеют. Используя стандартный соединительный осциллографический экранированный провод «тюльпан»-«jack» подключить БЛОК УПРАВЛЕНИЯ к Line In входу звуковой карты компьютера.
Аппарат позволяет эмулировать сигнал ЭКГ в трех стандартных и трех грудных отведениях для здорового человека; больного с гипертрофией левого желудочка; больного, перенесшего инфаркт миокарда и здорового человека с учащенным сердцебиением (тахикардия). Режим работы установки выбирается нажатием кнопок «ОТВЕДЕНИЯ» и «БОЛЕЗНИ». Для запуска генератора аппарата-симулятора ЭКГ используется кнопка «ЗАПУСК».
Порядок выполнения работы
1. Разберитесь с принципиальной блок-схемой опыта, в назначении кнопок, переключателей и ручек приборов.
2. Поставьте переключатель сеть на панели учебного модуля в положение «ВКЛ», при этом должен загореться сигнальный индикатор «СЕТЬ».
3. Загрузите операционную систему.
4. Запустите программу-осциллограф CoolEdit Pro для работы с учебной установкой для данного эксперимента пользуясь ярлыком на рабочем столе.
5. С помощью кнопок управления «БОЛЕЗНИ» на передней панели «БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ» выставить режим «Здоровый в покое», с помощью кнопки «ОТВЕДЕНИЯ» выбрать «Отведение 1» для изучения, и нажать кнопку «ЗАПУСК». При этом сигнал с первого отведения манекена поступает на вход «СИГНАЛ» блока управления, в котором усиливается и поступает на вход LINE IN звуковой карты ПК. Для индикации включения генератора используется периодически повторяющийся в такт сердечных сокращений звуковой сигнал.
6. В главном окне программы CoolEdit Pro командой File-New создать новый проект. В настройках проекта выбрать частоту дискретизации «Sample Rate» (рекомендуется 44100), Channel – режим «Mono» и Resolution – 16 Bit.
7. Для начала записи сигнала, поступающего на линейный вход ПК, нажмите кнопку «ЗАПИСЬ» на панели управления программы CoolEdit Pro.
8. Записывать ЭКГ необходимо в течение 5-10 секунд, после чего нажать на кнопку «STOP». В процессе работы в on-line режиме возможны задержки срабатывания кнопок управления программы до 5-10 секунд.
9. В результате работы программы должна быть получена кривая ЭКГ как на рисунке 4.
10. В программе предусмотрена возможность выделения нужного фрагмента (по горизонтальной оси 0X). Выделяем фрагмент, удерживая левую кнопку мыши. Можно изменить масштаб по оси 0X (времени) и 0Y (амплитуды) для наилучшего отображения сигнала. Текущее положение курсора указывается большими цифрами под графиком в формате: минуты, секунды, миллисекунды.
11. Начало, конец и длительность выделения указывается в табличке, расположенной в правом нижнем углу окна рабочей программы: Sel Begin, Sel End, Sel Length.
Рис. 4. Вид сигнала ЭКГ получаемого с помощью программы CoolEdit Pro
12. Сохраните результаты работы в файл mp3, воспользовавшись командой File – Save As...
13. Определите расстояние в секундах между зубцами R (расстояние R-R). Для этого установите курсор мыши на вершину зубца R и, удерживая левую кнопку мыши, выделите расстояние до следующего соседнего зубца R (см. рис. 5). Измеренное расстояние показывается в табличке, располагающейся справа от больших цифр в клетке «Sel Length» (выделена на рис. 5). В примере на рис. 5 измеренное время (фактически, период колебаний 
в секундах) равно 0,820 секунд.
Рис. 5.Определение ЧСС используя полученную ЭКГ
14. Т. к. частота колебаний ν по определению 
[Гц] или [ударах/секунду], то для определения ЧСС в ударах/мин получим формулу: 
[ударов/мин], где T = R-R – измеренное значение периода (расстояния между зубцами R-R) в секундах.
15. С помощью программы, определите ширину комплекса QRS, интервала Q-T, ширину зубца Р и продолжительность интервала Р-Q в секундах методом, аналогичному описанному выше.
16. Отключите генератор, нажав на кнопку «ЗАПУСК» на панели «БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ» и выберите кнопкой «ОТВЕДЕНИЯ» режим «Отведение 2» для изучения. Включите генератор, нажав на кнопку «ЗАПУСК» при этом должен быть слышен периодически повторяющийся в такт сердечных сокращений звуковой сигнал.
17. Получите кривую ЭКГ и сделайте ее анализ с помощью программы, аналогично действиям пп. 5-16.
18. Повторите аналогичные действия для всех электрокардиографических отведений «ЗДОРОВОГО В ПОКОЕ».
19. Отключите генератор, нажав на кнопку «ЗАПУСК» на панели «БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ» и выберите кнопкой «БОЛЕЗНИ» режим «ИНФАРКТ МИОКАРДА», а кнопкой «ОТВЕДЕНИЯ» Отведение 1 для изучения. Включите генератор, нажав на кнопку «ЗАПУСК».
20. Повторите действия, аналогичные пп. 5-19, описанных для ЭКГ здорового человека в покое для всех отведений при всех болезнях указанных в таблице 1.
Таблица 1. Интервалы времени между зубцами в отведениях
| Длительность интервала, с отведения | R - R | ЧСС | QRS | Q - T | P - Q | P |
| здоровый | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 | ||||||
| инфаркт миокарда | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 | ||||||
| гипертрофия левого желудочка | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 | ||||||
| синусная тахикардия | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 | ||||||
| желудочковая тахикардия | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 | ||||||
| мерцательная аритмия | ||||||
| отв 1 | ||||||
| отв 2 | ||||||
| отв 3 | ||||||
| V1 | ||||||
| V2 | ||||||
| V3 |
21. По окончании работы закройте программу-осциллограф.
22. Отключите установку от сети, поставив переключатели «СЕТЬ» на панели БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ в положение «ВЫКЛ».
Контрольные вопросы
1. Что называется электрокардиографией?
2. В чем состоит теория Эйнтховена?
3. Что такое диполь? Чем характеризуется поле диполя?
4. Какие величины откладываются по осям координат при снятии ЭКГ?
5. Перечислите возможные помехи, искажающие ЭКГ.
6. Назовите болезни сердца регистрируемые ЭКГ.
7. Какой сердечный ритм называется аритмией? При каких заболеваниях сердечный ритм учащен/замедлен?
8. Какая частота сердечных сокращений считается нормальной у здорового человека?