Векторная теория возбуждения в сердце, генез ЭКГ. Физиологический анализ ЭКГ
Электрокардиограмма (ЭКГ) это запись электрической активности сердца с поверхности тела. По ЭКГ можно судить о том, в какой последовательности проходит по сердцу волна возбуждения -- откуда импульс выходит и как он распространяется по отделам сердца. Соответственно, можно выявить и локализовать патологические источники возбуждения и участки блокад проведения, обнаружить гипертрофии камер сердца и т. п. В то же время это простой и дешевый метод: кроме особых случаев, ЭКГ регистрируют с помощью обычных металлических электродов, наложенных на поверхность тела. В этом огромное клиническое значение ЭКГ.
Элементы ЭКГ
Важно отметить, что даже в норме некоторые зубцы могут отсутствовать либо их направление может быть различным.
На ЭКГ выделяют следующие элементы:
зубцы;
интервалы;
сегменты.
Зубцы ЭКГ
Выделяют шесть зубцов, обозначаемых последовательными латинскими буквами, начиная от P:
зубец P отражает возбуждение (то есть деполяризацию) предсердий;
зубцы Q, R и S отражают возбуждение желудочков, поэтому они составляют единый комплекс, называемый комплексом QRS. Подробнее о зубцах комплекса QRS см. ниже, разд. «Номенклатура зубцов комплекса QRS»;
зубец T отражает реполяризацию желудочков;
зубец U непостоянный; происхождение его спорно.
Сегменты ЭКГ
Сегментом ЭКГ называют расстояние от конца одного зубца до начала другого, то есть участок ЭКГ между двумя зубцами.
Интервалы ЭКГ
Интервалом ЭКГ называют любой временной промежуток на ЭКГ, включающий по меньшей мере один зубец и один сегмент.
ЭКГ и последовательность возбуждения камер сердца
Соответствие зубцов ЭКГ различным стадиям возбуждения сердца.
Сначала возбуждение охватывает предсердия; в это время регистрируется зубец P.
Далее возбуждение медленно распространяется по атриовентрикулярному узлу; электрическая активность при этом слишком слабая, чтобы ее можно было зарегистрировать с поверхности тела, и на ЭКГ в это время записывается изолиния -- сегмент PQ.
Затем возбуждение охватывает желудочки; в это время регистрируется комплекс QRS.
Затем на протяжении времени, соответствующего фазе плато ПД, все клетки желудочков остаются деполяризованными, и поэтому участков с разными потенциалами в желудочках нет; в это время записывается изолиния -- сегмент ST.
Наконец наступает реполяризация желудочков; пока желудочки полностью не реполяризовались, регистрируется зубец T.
Таким образом, на основании одних лишь временных показателей ЭКГ (длительности зубцов и интервалов и последовательности зубцов) можно определить ритм сердца, очередность возбуждения камер сердца (предсердий и желудочков) и время проведения возбуждения в этих камерах и атриовентрикулярном узле. Это так называемый временной анализ ЭКГ. Однако он не позволяет определить, в какой последовательности охватывается возбуждением каждая из камер сердца. Для этого проводят векторный анализ ЭКГ, основанный на изучении амплитудных показателей ЭКГ (величин и направлений зубцов).
Векторный анализ ЭКГ. Основы векторной теории ЭКГ. ЭКГ как метод регистрации электрического поля сердца
Сердце при возбуждении создает мощное электрическое поле, которое можно зарегистрировать с поверхности тела. Это поле в ходе возбуждения сердца постоянно меняется, и характеристики этого поля в каждый момент времени зависят от того, в каком направлении движется по сердцу волна возбуждения. Значит, изучение этого поля позволяет судить о последовательности возбуждения каждой камеры сердца.
Самый простой способ зарегистрировать электрическое поле на поверхности тела -- записать разность потенциалов между двумя точками этой поверхности, наложив на каждую из точек электрод и соединив электроды с регистрирующим устройством -- электрокардиографом. При этом один электрод соединяется с положительным полюсом электрокардиографа («положительный электрод»), другой -- с отрицательным.
Сформулируем теперь основные положения, касающиеся регистрации ЭКГ.
ЭКГ -- это запись разности потенциалов, создаваемых электрическим полем сердца, между двумя точками на поверхности тела.
Совокупность из этих двух точек образует так называемое отведение ЭКГ.
Воображаемая прямая, соединяющая эти две точки, называется осью отведения.
Ось каждого отведения характеризуется полярностью (то есть наличием отрицательного и положительного полюсов) и направлением (углом расположения в той или иной плоскости).
Интегральный вектор как показатель электрического поля сердца
Когда по сердцу движется волна возбуждения, то на границе между возбужденной (деполяризованной) и невозбужденной тканью, то есть в области фронта волны, создается разность потенциалов (невозбужденные клетки снаружи заряжены положительно, а возбужденные -- отрицательно). Эта разность потенциалов и есть источник электрического поля сердца.
В области фронта волны создается множество миниатюрных (элементарных) диполей, каждый из которых можно (условно!) представить себе как пару из деполяризованной (позади фронта волны) и недеполяризованной (впереди фронта) клеток. Каждый такой элементарный диполь характеризуется дипольным моментом -- вектором, направленным перпендикулярно фронту волны от деполяризованной клетки к недеполяризованной (от «минуса» к «плюсу»).
В каждый момент времени все элементарные дипольные моменты складываются по правилам сложения векторов, образуя результирующий, или интегральный вектор. Этот интегральный вектор и есть тот показатель электрического поля сердца, который регистрируется на ЭКГ.
Отражение интегрального вектора на ЭКГ
ЭКГ представляет собой запись проекции интегрального вектора на ось отведения. Если эта проекция направлена к положительному полюсу отведения, то формируется зубец, направленный вверх (положительный зубец) и наоборот.
Итак, для того чтобы понять, как выглядит ЭКГ в том или ином отведении, надо знать:
каковы направления и полярности осей отведений;
как распространяется волна возбуждения по сердцу, а отсюда -- как ведет себя интегральный вектор в ходе сердечного цикла.
Отведения ЭКГ. Общие сведения
Общепринятыми являются 12 отведений ЭКГ:
3 стандартных отведения от конечностей по Эйнтховену;
3 усиленных отведения от конечностей по Гольдбергеру;
6 грудных отведений по Вильсону.
Эти отведения делятся на двухполюсные (биполярные) и однополюсные (униполярные):
при двухполюсных отведениях потенциал меняется на обоих электродах (оба электрода активны);
при однополюсных отведениях потенциал меняется на одном электроде (активном), а под вторым (нулевым) -- остается неизменным в ходе сердечного цикла.
Три стандартных отведения -- двухполюсные, все остальные -- однополюсные.
При отведениях от конечностей (стандартных и усиленных) регистрирующие электроды накладываются на:
правую руку, обозначаемую R (right -- правый);
левую руку, обозначаемую L (left -- левый);
левую ногу, обозначаемую F (foot -- нога)
На правую ногу при любых отведениях накладывается заземляющий электрод.
Для однополюсных отведений:
нулевой электрод образуется путем объединения электродов от правой руки, левой руки и левой ноги (R + L + F) (такой классический нулевой электрод сегодня используется только для грудных отведений, а для усиленных отведений от конечностей он несколько видоизменен, см. ниже). Нулевой электрод всегда присоединяется к отрицательному полюсу электрокардиографа;
активный электрод, обозначаемый V, всегда присоединяется к положительному полюсу электрокардиографа.
Стандартные отведения от конечностей
Стандартные отведения -- это биполярные отведения; они обозначаются римскими цифрами I, II и III. Для этих отведений электроды накладываются следующим образом:
I отведение: правая рука -- левая рука; положительный электрод на левой руке;
II отведение: правая рука -- левая нога; положительный электрод на левой ноге;
III отведение: левая рука -- левая нога; положительный электрод на левой ноге.
Усиленные отведения от конечностей
Это однополюсные отведения. Нулевой электрод для этих отведений модифицирован: он образуется путем отсоединения от стандартного нулевого электрода той конечности, на которую наложен активный электрод.
Усиленные отведения обозначаются трехбуквенным кодом: aVL, aVR и aVF, где:
a -- augmented (усиленный);
V -- обозначение активного электрода;
L, R, F -- обозначение конечности, на которую наложен активный электрод.
Напомним, что активный электрод всегда положителен; следовательно, оси этих отведений направлены к активному электроду.
Грудные отведения
Это однополюсные отведения. Нулевой электрод для этих отведений стандартный (соединение электродов от трех конечностей, см. выше). Активный электрод накладывают на грудную клетку в шести определенных точках, обозначаемых 1--6; при этом точка 1 -- самая правая, точка 6 -- самая левая; точные координаты этих точек можно найти в любом практическом пособии по электрокардиологии. Таким образом, грудные отведения обозначаются V1--V6.
Оси этих отведений направлены к активным электродам, но, в отличие от стандартных и усиленных отведений, расположены не во фронтальной, а в горизонтальной плоскости.
Системы отведений
Отведения группируют в системы. Существуют несколько способов такой группировки (однополюсные и двухполюсные отведения; стандартные, усиленные и грудные отведения), но в настоящее время наиболее распространен подход, согласно которому отведения объединяют в зависимости от того, в какой плоскости расположены их оси. Выделяют две системы отведений, одна из которых позволяет зарегистрировать поведение интегрального вектора во фронтальной, а вторая -- в горизонтальной плоскости.
Систему отведений во фронтальной плоскости образуют отведения от конечностей -- стандартные и усиленные:
оси отведений направлены к положительным полюсам;
направления осей отведений обозначают в градусах; за 0° принимают направление справа налево (то есть направление оси I отведения к его положительному полюсу);
отведения располагаются под углами 30° друг к другу.
Систему отведений в горизонтальной плоскости образуют грудные отведения:
оси отведений направлены к положительным полюсам;
грудные электроды располагаются в непосредственной близости от сердца, поэтому грудные отведения отражают, с одной стороны, поведение интегрального вектора в горизонтальной плоскости, с другой -- местную электрическую активность участков сердца, расположенных непосредственно под электродами.
Происхождение зубцов ЭКГ
Здесь мы рассмотрим формирование ЭКГ во фронтальной плоскости, то есть в отведениях от конечностей. Особенности грудных отведений будут рассмотрены ниже.
Зубец P
Этот зубец отражает деполяризацию предсердий.
Деполяризация предсердий начинается от правого верхнего угла правого предсердия (место расположения синусового узла) и далее распространяется по миокарду предсердий расходящейся круговой волной. Следовательно, в течение всего времени возбуждения предсердий интегральный вектор направлен вниз и влево. Из этого следуют направление и величина зубца P в разных отведениях.
Комплекс QRS
Этот комплекс отражает деполяризацию желудочков.
Происхождение
Сложная форма комплекса QRS обусловлена сложным распространением возбуждения в желудочках, при котором интегральный вектор несколько раз меняет свое направление. Такое распространение обусловлено наличием желудочковой проводящей системы. Основные закономерности распространения возбуждения в желудочках, важные для понимания ЭКГ, следующие:
ветви ножек пучка Гиса стелются по эндокарду;
волокна Пуркинье отходят от них перпендикулярно вглубь миокарда;
тонкий правый желудочек волокна Пуркинье прошивают насквозь (доходят до субэпикарда), толстый левый -- лишь на 1/3;
от левой ножки пучка Гиса волокна Пуркинье отходят уже в области межжелудочковой перегородки, от правой -- только в области верхушки правого желудочка;
возбуждение сначала быстро выводится на окончания волокон Пуркинье, затем медленнее распространяется по рабочему миокарду (см. выше, разд. «Физиологические свойства сердца»);
на ЭКГ отражается только возбуждение рабочего миокарда; электрическое поле, возникающее при деполяризации проводящей системы, слишком мало и не регистрируется обычными способами с поверхности тела.
Таким образом, схема возбуждения желудочков (и поведения интегрального вектора деполяризации желудочков) следующая.
1. Первый участок, где возбуждение выходит на рабочий миокард, -- это левая поверхность межжелудочковой перегородки (здесь появляются первые волокна Пуркинье). Волна возбуждения при этом распространяется слева направо; соответственно направлен и интегральный вектор. Это начальный вектор деполяризации желудочков.
2. Далее возбуждение охватывает верхушку, полностью проходит тонкий правый желудочек и остается только волна, распространяющаяся в толстом левом желудочке. Направление этой волны -- справа налево (от эндокарда левого желудочка к его эпикарду); соответственно направлен и интегральный вектор. Это основной вектор деполяризации желудочков.
3. Последний участок, охватываемый возбуждением, это основание левого желудочка. Волна возбуждения при этом распространяется справа налево и снизу вверх; соответственно направлен и интегральный вектор. Это конечный вектор деполяризации желудочков.
Конфигурация комплекса QRS в том или ином отведении зависит от того, сколько раз меняет интегральный вектор свое направление относительно оси данного отведения. Рассмотрим два примера.
В отведении II (вверху справа):
начальный вектор направлен к отрицательному полюсу; следовательно, он проявится небольшим отрицательным зубцом;
основной вектор направлен к положительному полюсу; следовательно, он проявится высоким положительным зубцом;
конечный вектор направлен к отрицательному полюсу; следовательно, он проявится небольшим отрицательным зубцом.
В отведении aVR:
начальный вектор направлен к положительному полюсу; следовательно, он проявится небольшим положительным зубцом;
основной вектор направлен к отрицательному полюсу; следовательно, он проявится глубоким отрицательным зубцом;
конечный вектор направлен к положительному полюсу; следовательно, он проявится небольшим положительным зубцом.
Итак, комплекс QRS может иметь самую разную конфигурацию в зависимости от отведения. В некоторых отведениях отдельные зубцы этого комплекса могут вовсе отсутствовать. В связи с этим встает вопрос о том, как обозначать в разных случаях зубцы комплекса QRS, то есть об их номенклатуре.
Номенклатура зубцов комплекса QRS
Зубцом (или зубцами) R называют только положительные зубцы комплекса QRS (их может быть несколько), и наоборот, все положительные зубцы этого комплекса называют только зубцами R.
Зубцами Q и S называют только отрицательные зубцы; при этом:
зубцом Q называют отрицательный зубец, если с него начинается комплекс QRS (то есть если первый зубец комплекса QRS отрицателен);
зубцами S называют любые отрицательные зубцы, следующие после зубца R.
Таким образом, комплексы QRS следует обозначать так:
I отведение -- QR;
II отведение -- QRS;
III отведение -- RS;
отведение aVR -- rSr1;
отведение aVL -- QR;
отведение aVF -- RS.
Особые случаи:
когда зубец R полностью отсутствует, комплекс QRS представлен одним отрицательным зубцом. Такой комплекс называется QS;
если зубцы R меньше отрицательных зубцов комплекса QRS, такие зубцы R часто обозначают r;
если зубцов R (r) несколько, то их нумеруют арабскими цифрами (например, rSr1).
Зубец T
Этот зубец отражает реполяризацию желудочков.
Реполяризация, в отличие от деполяризации, не распространяется по сердцу единой волной, а представляет собой просто окончание ПД то в одной, то в другой клетке. Поэтому зубец T гораздо более изменчив и менее предсказуем, чем зубцы P и QRS. В то же время существует одна закономерность: в норме зубец T конкордантен комплексу QRS, то есть направлен в ту же сторону, что и этот комплекс. В случае, если зубец T направлен в обратную сторону по сравнению с комплексом QRS, его называют дискордантным.
Причина такого поведения зубца T в следующем:
в клетках субэпикардиальных слоев по не совсем понятным причинам ПД заканчивается быстрее;
следовательно, реполяризация в стенке желудочка идет от эпикарда к эндокарду, то есть в направлении, обратном деполяризации (последняя, напомним, идет от эндокарда к эпикарду);
итак, направления распространения деполяризации и реполяризации противоположны; но и изменения заряда при этих процессах также противоположны (при деполяризации знак наружной поверхности клеток меняется с минуса на плюс, при реполяризации -- с плюса на минус). В результате вектор реполяризации направлен в ту же сторону, что и вектор деполяризации.
Электрическая ось сердца
Определение. Как описано выше, во время деполяризации желудочков интегральный вектор постоянно меняет свое направление, постепенно переходя от начального к основному, а затем -- к конечному. При этом он описывает во фронтальной плоскости петлю, которая называется векторкардиограммой. Итак, векторкардиограмма отражает поведение вектора в плоскости, например фронтальной.
Векторкардиографическая петля характерным образом ориентирована справа налево и сверху вниз. Иными словами, у интегрального вектора во время деполяризации желудочков есть некоторое преобладающее направление -- в норме справа налево и сверху вниз. Это преобладающее направление интегрального вектора деполяризации желудочков называется электрической осью сердца. Электрическая ось сердца приблизительно и в отсутствие грубой патологии совпадает с направлением самого большого вектора деполяризации желудочков, то есть основного вектора.
Более точное определение электрической оси сердца -- среднее (за время деполяризации желудочков) направление интегрального вектора.
Положение. Для оценки положения электрической оси сердца используют систему отведений во фронтальной плоскости (см. выше, разд. «Системы отведений»), выражая положение электрической оси сердца в градусах:
нормальное положение -- 30--70°;
горизонтальное положение -- 0--30°;
вертикальное положение -- 70--90°;
отклонение влево -- <0°;
отклонение вправо -- >90°.
Измерение. Существует ряд способов определения электрической оси сердца, но самый простой из них следующий: направление электрической оси сердца примерно совпадает с осью того отведения, в котором амплитуда комплекса QRS максимальна.
При этом под амплитудой комплекса QRS следует понимать абсолютную величину алгебраической суммы всех его зубцов. Иными словами, электрическая ось сердца будет совпадать с отведением № 2 из трех приведенных ниже, так как по абсолютной величине амплитуда комплекса QRS в нем больше, чем в отведении № 1, а алгебраическая сумма зубцов отведения № 3 близка к нулю.
Изменения. Существуют три причины изменений электрической оси сердца:
изменения анатомической оси сердца;
гипертрофии желудочков;
нарушения внутрижелудочкового проведения.
Изменения электрической оси сердца при нарушениях внутрижелудочкового проведения (например, при блокадах ножек пучка Гиса) рассматриваются на клинических дисциплинах (впрочем, конфигурацию ЭКГ и, соответственно, положение электрической оси сердца, легко можно вывести, зная область расположения блокады и общие принципы векторного анализа). Здесь мы кратко остановимся на изменениях анатомической оси сердца и гипертрофиях желудочков.
физиология работа сердце электрокардиография
Изменения анатомической оси сердца
Электрическая ось сердца по понятным причинам всегда отклоняется в ту же сторону, что и анатомическая ось сердца. При вертикальном положении сердца («висячее сердце») наблюдается и вертикальное положение электрической оси сердца, при горизонтальном положении сердца («лежачее сердце») -- горизонтальное положение электрической оси сердца.
Гипертрофии желудочков
Здесь важно помнить, что электрическая ось сердца отражает среднее за время деполяризации желудочков направление интегрального вектора. При гипертрофии какого-либо желудочка по нему в течение большего времени будет идти волна возбуждения, следовательно (поскольку эта волна идет от эндокарда к эпикарду) интегральный вектор будет дольше направлен в сторону этого желудочка. Поэтому электрическая ось сердца всегда отклоняется в сторону гипертрофированного желудочка.
Грудные отведения
Особенности грудных отведений обусловлены двумя моментами:
эти отведения, соответственно расположениям их осей, отражают поведение интегрального вектора в горизонтальной плоскости;
электроды при грудных отведениях располагаются непосредственно над сердцем, и потому на регистрируемую ЭКГ влияет как суммарная электрическая активность сердца (интегральный вектор), так и местная электрическая активность (непосредственно под электродом).
Влияние местной электрической активности проявляется двумя особенностями.
1. Небольшой патологический очаг может проявиться изменениями только в области одного-двух грудных отведений, что чрезвычайно важно для выявления таких очагов.
2. На грудных отведениях отражается ход волны от эндокарда к эпикарду в области электрода. Пока волна приближается к эпикарду, она движется в сторону электрода, и интегральный вектор направлен к положительному полюсу (напомним, что активный электрод всегда положителен). В это время зубец ЭКГ направлен вверх, то есть регистрируется зубец R. Когда волна доходит до эпикарда, зубец R достигает пика, и начинается его спад. Таким образом:
время от начала до пика зубца R отражает время движения волны от эндокарда к эпикарду в области электрода; это время называется временем внутреннего отклонения, и оно имеет большое диагностическое значение, увеличиваясь, например, при гипертрофиях желудочков. Так, при гипертрофии правого желудочка волна будет дольше идти к электроду в правых отведениях (V1--V2), и время внутреннего отклонения в них увеличится;
в правых отведениях (V1--V2), расположенных над тонким правым желудочком, время внутреннего отклонения мало; зубец R также мал, и он быстро сменяется глубоким зубцом S;
в левых отведениях (V5--V6), расположенных над толстым левым желудочком, время внутреннего отклонения существенно больше; зубец R также высок, а зубец S выражен слабо;
в промежуточных отведениях (V3--V4) зубцы R и S примерно равны друг другу. То отведение, в котором они наиболее близки по амплитуде, называется переходной зоной. Наряду со временем внутреннего отклонения она имеет важное значение для диагностики гипертрофий желудочков.