Вы здесь

Электрические потенциалы сердца, способы отведения электрокардиограммы

Впервые в 1856 Кёлликер и Мюллер с помощью физиологического реоскопа (лапки лягуш;ки с отпрепарованным нервом) показали, что сердце является источником электрических потенциалов, возникающих в нем синхронно с сокращениями сердца. Опыт Кёлликера и Мюллера можно провести на лягушке с вскрытой грудной клеткой, набрасывая на бьющееся сердце нервный стволик от ланки другой лягушки. Лучше, однако, этот опыт получается, если набрасывать нерв нервно-мышечного препарата на изолированное сердце теплокровных животных. В этом случае можно (как в этом убедились Кёлликер и Мюллер) заметить, что при каждом сердечном цикле возникают два тока действия (двойное сокращение препарата). С изобретением капиллярного электрометра за колебаниями токов действия сердца стало возможным сначала наблюдать по движению мениска ртути, а затем и записать эти колебания.

Уоллер, который сделал такую запись в 1887 г., убедился в том, что в электрокардиограмме имеется по крайней мере три зубца. Однако впервые электрокардиограмма (ЭКГ) в неискаженном виде была зарегистрирована Эйнтговеном с помощью изобретенного им струнного гальванометра в 1903—1904 гг. Вот эти годы, по существу, и должны рассматриваться как годы рождения электрокардиографии.

Основополагающие сведения об электрических явлениях в сердце, о способах регистрации ЭКГ и происхождении ее отдельных компонентов дали исследования Эйнтговена и А. Ф. Самойлова, который длительное время работал с помощью капиллярного электрометра, а затем струнного гальванометра. Большие заслуги в электрокардиографии принадлежат также Уоллеру, Льюису, Зеленину, а в последние годы Крейнфилду, Гоффману и многим другим физиологам и клиницистам.



Уже Уоллер, Эйнтговен и другие первые исследователи в области электрокардиографии убедились в том, что электрические потенциалы сердца можно зарегистрировать, располагая электроды в самых различных точках тела даже на большом расстоянии от сердца.

Электрический диполь и образуемое им электрическое поле с силовыми и изопотенциальными линиями

Этот факт довольно легко объясняется, если принять, что сердце как генератор электрических потенциалов является своего рода диполем, имеющим в каждый момент разность потенциалов на своих противоположных концах. А. Ф. Самойлов приводит следующий пример. Если взять палочку, состоящую из медного и цинкового отрезков, и поместить ее в проводящую среду, то между концами этой палочки будет регистрироваться разность потенциалов. Два провода, присоединенных к источнику тока и опущенных в солевой раствор своими заряженными концами, также создадут диполь. Диполь обладает рядом свойств. Прежде всего он имеет вектор электродвижущей силы, т. е. направление этой силы и величину, которую можно изобразить стрелкой (в обычном электрическом диполе следует нарисовать эту стрелку в направлении от положительного полюса к отрицательному, но в диполе живой ткани правильнее рисовать ее в направлении от отрицательного полюса к положительному, т. е. в направлении распространения возбуждения). Если такой диполь расположить в проводящей среде (рис. 56), то вокруг него образуется электрическое поле с силовыми линиями, соединяющими полюса диполи. На середине между полюсами диполя, в точке, равноудаленной от полюсов, величина потенциала равна нулю. На всем протяжении линии, проходящей через нулевую точку перпендикулярно вектору, величина потенциала также равна нулю. Такая линия называется нулевой изопотенциальной линией. Она разделяет все электрическое поле диполя на две половины.

Биопотенциалы кожи и слизистых оболочек

Все точки одной половины будут иметь положительный потенциал, а другой половины — отрицательный. Все точки одной половины, имеющие одинаковый потенциал, располагаются по одной линии. Эти линии также, следовательно, являются изопотенциальными, но не нулевыми. Линии, точки которых имеют одинаковый потенциал, расположены в определенном порядке. Наибольший потенциал будет в точках той линии, которая располагается ближе к концу диполя, и наименьшей в точках линии, проходящей вблизи нулевой изопотенциальной линии. В каждый данный момент -деятельности сердце также можно рассматривать как диполь, электрическое поле вокруг которого распространяется по проводящим тканям тела и создает потенциалы в его различных точках. Если как бы «остановить мгновение», т. е. представить себе, что основание сердца заряжено отрицательно (имеет отрицательный потенциал), а верхушка положительно, то распределение изопотенциальных линий вокруг сердца (и силовых линий поля) можно изобразить так, как это сделал Уоллер (рис. 57), который указал и примерные значения (в относительных единицах) потенциалов в разных точках этого электрического поля.

Распределение электрических потенциалов на поверхности тела

Вследствие асимметричного положения сердца в грудной клетке его электрическое поле распространяется преимущественно в сторону правой руки и левой ноги и наиболее высокая разность потенциалов может быть зарегистрирована в том случае, если отводящие электроды разместить на правой руке и левой ноге. В этом случае разность потенциалов будет равна + 3—(—4) =7 ед. Но она будет зарегистрирована и в том случае, если разместить электроды на правой и левой руках ( + 2) — (—4)= 6 ед. или на левой руке и левой ноге ( + 3) — ( + 2) = 1 ед. Ее можно практически зарегистрировать и с любых двух точек тела, не лежащих на изопотенциальных линиях. Это доказывается относительно простым опытом, проведенным в 1942 г. Вендтом, а затем В. А. Шидловским и Н. Л. Ястребцовой. Эти физиологи поместили изолированное сердце лягушки на фильтровальную бумагу, смоченную физиологическим (рингеровским) раствором, и окружили его так называемым электродом Мольца (1936), представляющим собой металлическое кольцо радиусом в 3 см. Второй электрод размещался в различных точках вокруг кольца на одинаковом от него расстоянии (рис. 58). От каждой такой пары электродов была зарегистрирована ЭКГ. Оказалось, что амплитуда ЭКГ была наиболее высокой при отведении из точек, расположенных по линии, которая соединяла основание и верхушку сердца (1, 9), и наименьшей в поперечном диаметре, т. е. при отведении из точек, расположенных по предполагаемой нулевой изоэлектрической линии (5, 13). Отличие диполя сердца от обычного электрического диполя состоит в том, что положительный и отрицательный заряды этого диполя не всегда равны по величине (эта величина непрерывно меняется) и все время меняют свое положение.

Электрокардиограммы изолированного сердца лягушки, отведенные от 16 точек окружности при помощи электрода нулевого потенциала

Эйнтговен, сделав некоторые допущения, предложил регистрировать ЭКГ в трех (сейчас называемых стандартными) отведениях. Он предложил рассматривать тело человека как среду с одинаковой проводимостью (одинаковым сопротивлением) во всех участках, а ле-вую руку, правую руку и левую ногу как три равноудаленные друг от друга и равноудаленные от центра треугольника точки. В центре этого треугольника располагается сердце как источник тока, причем вектор электродвижущей силы рассматривается как отрезок прямой, лежащей во фронтальной плоскости. Он может смещаться только в этой плоскости вокруг сагиттальной оси. Углы треугольника (кисти рук и левую стопу) Эйнтговен предложил использовать в качестве основных точек отведения ЭКГ. Из геометрии известно, что сумма величин двух проекций вписанного в равносторонний треугольник отрезка всегда равна величине третьей проекции. Если принять зубцы ЭКГ, снятой в трех стандартных отведениях, за проекции вписанного в треугольник вектора электродвижущей силы, то тогда, следовательно, можно написать, что 1 + + 111 = II. Зная величину зубцов ЭКГ, можно определить угол, образованный вектором электродвижущей силы сердца и одной из сторон равностороннего треугольника. Эйнтговен предложил определять этот угол по отношению к линии I отведения и назвал его углом а (рис. 59). Гипотеза Эйнтговена многократно проверялась экспериментально самыми различными способами и во всех случаях подтверждалась. Исследования последних лет, однако, показывают, что все рассуждения Эйнтговена очень удобны и ценны для понимания многих вопросов электрокардиографии и для практического применения в клинике, однако они не отражают многообразия тех изменений ЭКГ, которые связаны с деятельностью сердца. Допущения, сделанные Эйнтговеном, чрезвычайно упрощают дело. Конечно, распространение электрического поля нельзя представлять себе в одной плоскости, потому что тело является объемным проводником. Нельзя согласиться и с тем, что тело имеет одинаковое сопротивление во всех своих частях. Наконец, по-видимому, нельзя считать, что три конечности, избранные Эйнтговеном для отведения потенциалов сердца, удалены от сердца на одинаковые расстояния.

Схематическое изображение точек трех стандартных отведений ЭКГ

Поэтому наряду с векторной теорией была создана и так называемая дипольная теория. Дипольная теория также делает некоторые допущения, в частности, тоже считает, что тело обладает одинаковой проводимостью во всех направлениях. Главным ее преимуществом является то, что она позволяет изучить распределение электродвижущей силы сердца не только во фронтальной, но и iB других плоскостях, так как рассматривает тело как объемный проводник. Фронтальная плоскость этого проводника совпадает с плоскостью равностороннего треугольника Эйнтговена, поэтому закономерности Эйнтговена, рассматриваются сейчас как частный случай закономерностей диполя.

Таковы самые общие представления о происхождении ЭКГ и о первых способах отведения, предложенных Эйнтговеном (рис. 60).

Три стандартных отведения ЭКГ от конечностей по Эйнтговену

Электроды, применяемые для снятия ЭКГ, представляют собой чаще всего луженые прямоугольные латунные пластинки размерами 30X60 мм, имеющие клеммы для подключения проводов электрокардиографа. При снятии ЭКГ в стандартных отведениях человека укладывают на спину, тщательно протирают внутреннюю поверхность предплечий и передние поверхности голеней спиртом или эфиром для обезжиривания кожи и с помощью резиновых бинтов укрепляют на этих поверхностях электроды, предварительно подложив под них кусочки ваты или бинта, смоченные солевым раствором.

Раньше для регистрации ЭКГ применяли громоздкие неполяризующиеся электроды в виде глиняных сосудов, заполненных физиологическим раствором и опущенных в цинковые сосуды, в свою очередь заполненные насыщенным раствором сернокислого цинка. Однако опыт показал, что при регистрации ЭКГ нет необходимости применять неполяризующиеся об электроды, поскольку ЭКГ представляет собой довольно быстрые колебания тока, исключающие явления поляризации.

В настоящее время для регистрации ЭКГ применяются стандартные серийно выпускаемые электрокардиографы, которые бывают одно- и многоканальные с фото- или чернильной записью.

Каждый электрокардиограф (любой марки) представляет собой, по существу, полную электрографическую установку, так как в нем имеются усилитель, отметчик времени, калибратор напряжения, коммутатор отведений, лентопротяжный механизм и регистрирующее устройство. Для регистрации ЭКГ нет нужды в большом усилении, поэтому пригодным является усилитель, состоящий из трех каскадов. Отметчик времени позволяет получить 20 отметок в секунду, т. е. каждая отметка наносится через 0,05 с. В некоторых электрокардиографах отметчика времени нет, так как мотор лентопротяжного механизма обеспечивает стандартную скорость развертки. Калибратор напряжения дает калибровочный сигнал, равный 1 mB. Коммутатор электродов позволяет записать ЭКГ в различных отведениях, заранее расположив электроды в соответствующих точках. Входные провода маркированы в соответствии с электродами.

В настоящее время наряду со стандартными (I, II и III) применяются многие типы других отведений. Из них необходимо отметить следующие:



Место положения грудного электрода в шести позициях

1. Обычные отведения от грудной клетки (грудные отведения). При обычных грудных отведениях (их шесть) один электрод размещают последовательно в шести точках грудной клетки (рис. 61), начиная с правого края грудины (1) четвертого межреберного промежутка до пятого межреберья на левой среднемышечной линии (2, 3, 4, 5, 6). Этот электрод делается в виде присоски (рис. 62).

Присасывающийся электрод для грудных отведений  

Второй электрод располагается на одной из трех конечностей. Такое отведение обозначается как ГЛ (CL) или ГП (CR) и ГН (CF), где Г (С— chest) —грудная клетка, a Л, П, Н (L, R, F) —обозначения левой руки, правой (руки и левой ноги (рис. 63).

Схема обычных грудных отведений ЭКГ

Грудной электрод считается при этом активным, а электрод, расположенный на одной из конечностей,— индифферентным, хотя, конечно, в действительности его индифферентным назвать нельзя. Введение грудных отведений было связано со стремлением точнее зарегистрировать колебания потенциала непосредственно вблизи сердца. В большей степени, однако, это удается сделать при так называемых однополюсных грудных отведениях.

2. Однополюсными грудными отведениями называют такие отведения, при которых один из электродов (активный) размещается в области сердца на грудной клетке (те же позиции, что при обычных грудных отведениях), а второй представляет собой строенный электрод, т. е. электрод, отводящий потенциал от трех конечностей одновременно. Этот электрод предложен в 1932 г. Вильсоном и назван им центральным электродом.

Схема однополюсных грудных отведений по Вильсону

Если, по Вильсону, соединить все три электрода в один общий узел через дополнительные сопротивления по 5000 Ом, то общий потенциал такого строенного электрода будет равен нулю или близким к нему (см. рис. 57). Тем самым данным способом можно регистрировать как бы «истинный» потенциал сердца в той или иной точке (разность потенциалов между определенной точкой сердца и этим нулевым или центральным электродом Вильсона, рис. 64). Центральный строенный электрод обозначается буквой V (символ напряжения, следовательно, однополюсное отведение от грудной клетки будет обозначаться буквой V с индексом точки расположения грудного электрода (например, V1, V2, V3 и т. д.).

3. Однополюсные отведения от конечностей. Эти отведения призваны регистрировать разность потенциалов между той или Мной конечностью и Центральным (нулевым) электродом. Обозначения этих отведений будут: VR, VL, VF (рис. 65).

Однополючные отведения от конечностей

4. Усиленные однополюсные отведения от конечностей. В этом случае электроды от двух конечностей объединяются вместе и присоединяются к одной клемме, а второй электрод, расположенный на третьей конечности, подсоединяется к другой клемме установки (электрокардиографа). Такие отведения обозначаются буквой «а» (от слова augmented — «усиленный»).

Усиленные отведения от конечностей

Соответственно отведения будут обозначаться aVR, aVL, aVF (рис. 66). Смысл этих отведений состоит в следующем. Если рассматривать величину потенциала какого-либо усиленного отведения от конечности (например, правой руки), то эта величина должна представлять собой разность потенциалов между потенциалом этой конечности и потенциалом сдвоенного электрода, т. е. aVR=nnP—(ПЛР+ПЛН)/2, где ППР — потенциал правой руки, ПЛР— потенциал левой руки, а ПЛН — потенциал левой ноги.



Общий потенциал двух последних конечностей будет составлять половину, потому что они объединены.

Но известно также, что ППР + ПЛР + ПЛН = 0, следовательно, ПЛР + ПЛН=—ППР, или, что все равно, (ПЛН + ПЛР)/2 = —ППР/2. Бели в формулу поставить вместо левой дроби ее значение, т. е. —ППР/2, то мы получим, что aVR — ППР—(—ППР/2) =3 ППР/2, иными словами, потенциал в усиленном отведении от конечности будет в 1,5 раза большим, чем в обычном стандартном отведении. Именно поэтому данный способ отведения и называется усиленным однополюсным отведением.

Он применяется в тех случаях, когда при обычных стандартных отведениях от конечностей регистрируются очень низкоамплитудные потенциалы.

Наконец, существует ряд специальных отведений. К ним можно отнести три грудных отведения от спины (С7, C8, C9), эпигастральное отведение, когда активный электрод размещается в эпигастральной (наджелудочной) области, три пищеводных отведения (обычных и однополюсных). В последнем случае применяется специальный пищеводный электрод, представляющий тонкий катетер с электродом на конце. Этот катетер вводится через носовую полость в пищевод и размещается в трех различных уровнях с задней стороны сердца.

Существуют также и другие специальные методы (например, внутриполостные, отведения Нэба и др.). Во всех отведениях (в том числе и стандартных) точка с большим потенциалом подключается к сетке первого каскада усилителя, а с меньшим потенциалом — к катоду. Для стандартных отведений это значит, что при I отведении левая рука присоединяется к сетке, а правая к катоду, при II — правая рука к сетке, а левая нога к катоду, при III — левая нога к сетке, а левая рука к катоду. При однополюсных отведениях строенный или сдвоенный электрод присоединяется к катоду, а активный к сетке и т. д. Именно поэтому провода входа маркированы (либо покрашены в разный цвет, либо имеют отметки в виде полосок).

При перепутывании электродов электрокардиограмма окажется перевернутой; принято же записывать электрокардиограмму таким образом, чтобы основные рубцы (Р, R, Т) были направлены вверх. В этом случае они называются положительными и обозначают, что в данный момент основание сердца имеет отрицательный потенциал, а верхушка — положительный.

Надо, наконец, отметить, что в строенном электроде дополнительных сопротивлений иногда не ставят. Такой электрод называется электродом Гольдбергера.