Лекция № 17. Электрокардиография

Электрокардиография – это метод регистрации кривой, отражающей электрические процессы, происходящие в сердечной мышце в различные фазы её активности. Эта кривая называется электрокардиограммой. Сигналы ЭКГ регистрируются с поверхности тела. Как возникают электрические потенциалы на сердечной мышце? Единой и общей теории происхождения ЭКГ нет, но основы этого метода исследования известны. Электрическая активность сердца является результатом циклического передвижения ионов в клетках и межклеточной жидкости миокарда. В движении участвуют катионы K⁺, Na⁺ и Ca⁺⁺ и анионы Cl^- и HCO₃^-. Поверхность желудочков сердца можно рассматривать как обширную единую клетку. А у клеток, как известно, всё время происходит смена зарядов на поверхности и внутри (за счёт перетекания-диффузии ионов) сердца. Закономерно меняющееся во время возбуждения сердца величина и направление электрического потенциала сердца сопровождается изменением потенциалов также на поверхности тела. А уже с поверхности тела эти потенциалы можно снимать, поместив на кожу электроды. Места нахождения электродов называются отведениями. На следующем рисунке показана картина мгновенного распределения потенциала, созданного сердцем, на поверхности тела. Рядом с фигуркой человека на рисунке показано распределение потенциала в системе двух равных по величине, но противоположного знака, зарядов. Такая система называется диполем. Из сравнения с левой картинкой видно, что заряды на поверхности сердца практически образуют дипольную систему. Линия, соединяющая два заряда, является осью диполя. Иначе эту линию называют вектором поляризации, если линия направлена от отрицательного заряда к положительному. На рисунке видно, что в зафиксированный момент ось направлена слева направо вниз.

Известно, что сердце имеет два желудочка. Как установили исследователи, желудочки также являются электрическими диполями. Оказывается, что можно записывать ЭКГ раздельно правого и левого желудочков. Векторы потенциалов этих желудочков имеют противоположные направления. При этом в правом отделе сердца возбуждение начинается на ~ 0, 01 с раньше, чем в левом. Суммарный вектор обоих отделов сердца на ЭКГ даёт картину потенциала всего сердца. А так как вектор потенциала левого желудочка значительно больше, чем правого, то суммарный вектор отклоняется так как показано на рисунке.

Форма кривой ЭКГ при синхронной записи сигналов с разных участков тела будет разной. На рисунке приведена типичная запись ЭКГ. Впервые такую запись сделал голландский врач В. Эйнтховен. Он предложил обозначать зубцы латинскими буквами P, Q, R, S, T и U, ввёл понятие интервалов и сегментов. Отрезки ЭКГ, находящиеся между зубцами, называются сегментами, а отрезки, состоящие из сегмента и прилегающего зубца, - интервалами. Запись располагается так, чтобы зубец R был ориентирован вверх. Тогда зубцы Q и S всегда ориентированы вниз. Зубцы P, T и U могут быть расположены как вверх вершиной, так и вниз. Обычно величина зубцов на электрокардиограмме составляет 1 – 2 мВ.

Стандартные отведения

Рис. Типовая электрокардиограмма

Первые отведения были предложены и использованы Эйнтхвеном. В этой схеме электроды накладываются на конечности. Таких отведений три. Они показаны на рисунке.

Рис. Схема трёх отведений по Эйнтховену

Видно, что в снятии ЭКГ по Эйнтховену задействованы три конечности. На приборе имеется три клеммы «плюс», «минус» и «земля», к которым подключаются проводники от отведений. Из этих отведений делаются так называемые усиленные отведения путём объединения одной из конечностей с другой, как показано на рисунке.

Рис. Усиленные отведения потенциалов от конечностей

На свободную ногу также накладывается электрод и подсоединяется к клемме «земля» электрокардиографа. Существуют также грудные отведения. По этой схеме электроды располагаются на грудной клетке, ближе к источнику сигнала. Они называются отведения по Небу. Расположение электродов показано на рисунке. Один электрод

Рис. Расположение электродов при грудных отведениях по Небу.

располагается у места крепления второго ребра к правому краю грудины (можно сказать, что это вместо правой руки в отведениях по Эйнтховену). Второй электрод устанавливается в пятом межребрии по срединно-ключичной линии слева (вместо левой ноги). Третий электрод устанавливают в точке проекции второго электрода на заднюю левую подмышечную линию. Для измерений используются чашечные электроды, впадина в которых заполняются проводящей пастой.

В космических исследованиях используют другие отведения, выполненные по другой схеме. Эти отведения обеспечивают большую помехоустойчивость (минимум помех от мышечных биопотенциалов и помех позиционного характера), возможность свободно двигать конечностями, удобство фиксации электродов и высокую диагностическую эффективность. Используются грудные двухполюсные отведения, обозначаемые как MX и DS. Эти же отведения используются не только в лётной практике, но и для спорта и в физиологии труда. При MX- отведениях электроды располагаются по средней линии грудины на уровне рукоятки и мечевидного отростка. Согласно DS отведению электроды располагаются по средней подмышечной линии справа и слева на уровне пятого межреберья. Таким образом, MX – отведение относится к группе стернальных, а DS – к группе аксилляторных отведений по Роману.

Фазовый анализ сердечной деятельности нашёл широкое применение в спортивной медицине, в медицинском контроле персонала, работающего в экстремальных условиях и т.д. Он состоит в изучении изменений величины размеров зубцов ЭКГ, вызванных физическими нагрузками на испытуемых. Опытные врачи по этим изменениям делают заключение о типах реакций сердечно-сосудистой системы на нагрузки и оценивают качество регулирования кровообращения в условиях физического труда. Этот метод даёт также информацию об эмоциональном состоянии человека. Поэтому в приборе полиграфе, который ещё называют детектором лжи, есть канал ЭКГ.

Пример признаков, по которым делаются заключения на основании ЭКГ. Нормальной реакцией на физическое напряжение является, в частности, синусовая тахикардия. При этом увеличивается зубец P и расширяется во втором отведении. Интервал PQ укорачивается, зубец R увеличивается.

Пульсометрия

На космическом корабле ЭКГ используется для измерения частоты пульса космонавта. Электронная схема преобразует комплекс QRS в прямоугольный импульс длительностью 0, 15 с, который передаётся коротковолновым передатчиком «Сигнал» как звуковой сигнал. Этот сигнал передавался непрерывно во время орбитального полёта, например, Ю.А. Гагарина. Этот прибор назвали электрокардиофон. Более сложное и информативное изучение работы сердечно-сосудистой системы с помощью ЭКГ заключается в сборе и передаче на Землю информации об интервалах времени t_RR между зубцами R электрокардиограммы космонавта. Эта информация представляется в виде гистограммы величин t_RR в различных условиях полёта (под нагрузкой, во время сна, во время покоя). Другое представление информации – это просто последовательность значений t_RR в порядке их появления на записи ЭКГ. Такая последовательность называется кардиоинтервалограммой.

Лекция № 18. Сейсмокардиография

Электрические и звуковые явления, которые сопровождают сердечные сокращения и которые используются в диагностических целях (электро- и фонокардиографии) не дают представления о конечных итогах деятельности сердца. Необходимо знать, с какой силой, регулярностью и скоростью выбрасывается кровь из желудочков в большие артерии, как происходит наполнение сердца во время диастолы. В условиях медицинского стационара это определяется методом баллистокардиографии, но в космосе её применять практически невозможно. Поэтому была разработана методика сейсмокардиографии.

Сейсмокардиография – разновидность баллистокардиографии для космического полёта. Принцип действия сейсмокардиографии основан на преобразовании пкльсовых движений грудной стенки в колебания инертной (сейсмической) массы, упруго связанной с объектом измерений. Масса на упругой подвеске – это маятник. Для работы сейсмокардиографа собственная частота такого маятника должна быть вне диапазона частот сердечных сокращений. В книге Р.М. Баевского «Физиологические измерения в космосе и проблема их автоматизации» приведена схема модернизированного сейсмокардиографического датчика. Собственная частота колебаний этого датчика составляет 20 – 30 Гц. Датчик заполнен демпфирующей жидкостью, чтобы собственные колебания и инертной массы датчика быстро затухали. Вначале датчик испытывался в полёте собак на высотных ракетах, а затем применялся при полётах кораблях «Восток-5» и «Восток-6».На рис. Пока показаны записи сигнала, полученные в клинике у здорового и больного пациента. У пациента с артериосклерозом или кардиосклерозом колебания маятника на записи почти не проявляются.

Применение метода сейсмокардиографии в полёте кораблей «Восток-5» и «Восток-6» дали результаты по влиянию невесомости на систему кровообращения у человека. Датчик располагался в области грудины и фиксировался изнутри к одежде. Запись сейсмокардиограммы осуществлялась по одному телеметрическому каналу с электроокулограммой. Это оказалось возможным в связи с разными частотными спектрами процессов. Информацию о работе сердца несут соотношения интервалов времён и амплитуды. Естественно, амплитуда сигнала сейсмокардиографии растёт, когда человек испытывает физическую нагрузку.

На космических кораблях типа «Союз» сейсмокардиография используется в системе врачебного контроля. Датчик находится в специальном кармане нагрудного пояса космонавта и размещается слева от грудины. Сейсмокардиография – это единственный из используемых в современной космической кардиологии методов, который является бесконтактным. Иными словами, электроды к телу не прикасаются. Но датчик чувствует также движения другой природы. По сейсмокардиографическим записям могут быть получены данные не только о ритме сердца и его сократительной функции, но и о дыхании и двигательной активности. В последнем случае движения тела являются помехой измерениям. Поэтому запись сейсмокардиограммы проводится, затаив дыхание. Но датчик позволяет в определённой степени работать как актограф, т.е. прибор, регистрирующий двигательную активность человека.