Сердце как эквивалентный диполь - динамика сердечно-сосудистой системы
Трудно представить, как функция такого большого и сложного генератора электродвижущей силы, как сердце, может быть отражена одиночным записанным одномоментно вектором. Упрощение это до определенной степени обосновано тем, что источник тока в данном случае подобен диполю (т. е. фиксированному одиночному пункту источника тока). Около 85% сердечных потенциалов, отводимых с поверхности тела здорового человека, можно отнести к такому диполю [10, II]. Ориентацию диполя, который представляет собой одиночную пару тесно связанных друг с другом положительного и отрицательного полей, можно изобразить в виде его проекции на три прямоугольные оси — X, Y, Z. Рассматривать относительно большой и сложный электрический генератор (описанный в предыдущем разделе), как диполь с известной степенью приближения можно в виду взаимного погашения противоположно направленных электродвижущих сил. По крайней мере 90% всех потенциалов, генерируемых волокнами желудочков, гасятся противоположно направленными волнами возбуждения [12]. Кроме того, необходимо учесть, что проводимость крови в сердце в 10 раз больше, чем проводимость окружающих сердце легких- это способствует короткому замыканию внутренних токов в сердце, уменьшает размеры генератора.
Векторный анализ ЭКГ введен Einthoven с сотр. [13] в 1913 г. и распространен Grant [14]. При этом методе анализа компоненты ЭКГ объединяются в векторы пли силы определенной величины и направления, действующие в трехмерном пространстве. Такой подход облегчает расшифровку ЭКГ и является более предпочтительным, чем простое запоминание особенностей изменений рисунка зубцов ЭКГ в 12 отведениях мри различных заболеваниях.
ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Клиническая электрокардиография представляет собой анализ изменений электрических потенциалов, регистрируемых на иоверхности тела. Возникновение их определяется не только электрическими сигналами, генерируемыми сердцем, но и проводящими свойствами тканей между сердцем и поверхностью тела.
РИС. 8.8. ЦЕНТРАЛЬНАЯ ТЕРМИНАЛЬ ВИЛЬСОНА.
Точная униполярная регистрация сердечных потенциалов требует использования индифферентного электрода, который не подвергается воздействию потенциалов, развиваемых сердцем. Если электроды, наложенные на все три конечности, которые используются при стандартных отведениях, объединить через сопротивления 5000 Ом в одну терминаль (центральная терминаль Вильсона), то потенциалы, возникающие на конечностях, почти
полностью взаимопогашаются, обеспечивая вполне надежный индифферентный электрод. Сердце не удалено точно на равные расстояния от каждого электрода, поскольку оно расположено ближе к одному из концов приблизительно прямоугольного объемного проводника, но вносимые этим обстоятельством ошибки не имеют слишком серьезного значения для практических целей.
К счастью, переменным электрическим токам, генерируемым сердцем [15], человеческое тело оказывает простое сопротивление [16], форма волн ЭКГ при их прохождении от сердца к поверхности тела существенно не нарушается.
СИСТЕМЫ ОТВЕДЕНИЙ
Различные отведения ЭКГ регистрируют при определенном расположении электродов, расположенных на поверхности тела и связанных с двумя входами гальванометра. Электроды могут быть расположены, например, на левой и правой руках (I стандартное отведение), и тогда это отведение называется биполярным, поскольку оба электрода отмечают изменения потенциалов, связанные с деятельностью сердца, и регистрируемые ими колебания тока отражают разность потенциалов между двумя электродами в каждый данный момент. При однополюсном отведении тоже используются два электрода, один из них (активный) регистрирует изменения потенциала по отношению ко второму (индифферентному) электроду, потенциал которого изменяется относительно мало. Последнее достигается обычно путем достаточного удаления электрода от источника тока. В клинике применяют индифферентный электрод, сформированный по образцу, предложенному Wilson для его центральной терминали [17] (рис. 8.8).
Стандартная система отведения состоит из трех биполярных отведений от конечностей. Она является основной в современной клинической электрокардиографии. Эта система изображена на рис. 8.9,А в виде известного «равностороннего треугольника» Эйнтховена. В действительности же этот «треугольник» не был бы «равносторонним» даже если бы сердце посылало одинаковые no величине сигналы по всем трем направлениям.
РИС. 8.9. СИСТЕМЫ ОТВЕДЕНИЯ ОТ КОНЕЧНОСТЕЙ.
А. Эйнтховенскнй треугольник.
Ь. Треугольник Бюргера, учитывающий влияния препятствий проведению возбуждения от сердца к местам отведения от конечностей но Эннгховену.
В. Шестиосевая эталонная система, при которой все шесть отведении от конечностей концентрируются в электрическом центре сердца, точке локализации «эквивалентного диполя» (по Giitheroth. Pediatric Electrocardiography. Philadelphia, W. B. Sounders Co., 1965).
В треугольнике Бергера (Berger) (рис. 8.9,Б) учтены искажения, вносимые некоторыми физическими факторами, особенно несимметричным положением сердца в грудной клетке и свойствами проводящей среды, расположенной между сердцем и отводящими электродами. Особенности проведения токов сердца через тело молено детально проанализировать в эксперименте. Они учитываются в концепции ноля отведения AlcPnee и Johnston [18].
Общепринятые грудные отведения, введенные Вильсоном [17], регистрирются активным электродом, который размещается в определенных анатомических областях и индифферентным электродом (центральная терминаль Вильсона) (рис. 8.10). Хотя униполярные отведения от конечностей и грудные отведения оказались весьма полезными для векторного анализа ЭКГ, рекомендации для их применения были основаны на ошибочной оценке теоретических и экспериментальных данных. Предполагалось, что эти отведения в основном, если не исключительно, регистрируют потенциалы подлежащего миокарда, следовательно, с ях помощью можно определить локальные изменения, например, локализацию инфаркта миокарда. Информация о локальных изменениях потенциалов сердца, конечно, содержится в кривых, зарегистрированных с помощью таких униполярных отведений. Однако она составляет лишь малый процент изменений потенциалов (регистрируемых при данном положении электродов) и связанных с неточным расположением электродов на поверхности тела.
-
В униполярных отведениях от конечностей комбинируется активный электрод, расположенный на одной из конечностей, и центральная термпналь Вильсона (за которую обычно принимают одновременное отве.денне от всех конечностей сразу, кроме той, потенциал которой регистрируют). Такую комбинацию электродов считают усиленным униполярных: отведением от конечностей и обозначают как aVR, aVL и aVF соответственно для правой руки, левой руки и левой ноги.
РИС. 8.10. ЛОКАЛИЗАЦИЯ V-ОТВЕДЕНИЙ ВИЛЬСОНА.
Расположение прекардиальных отведений V Вильсона по отношению к фронтальной и горизонтальной проекциям грудной клетки. На фронтальной проекции Л означает угол Льюиса, сразу же под которым расположен второй межреберный промежуток, II. Vi и V2 располагаются в области четвертого межреберного промежутка, V4—в пятом межреберном промежутке, по среднеключичной линии, V3 —на середине расстояния между V2 и V4, V5 и Уб — на том же уровне, что и V4- V5 — по передней подмышечной линии, a Ve — по средней подмышечной линии. У ц сравнимо с У4» расположено на правой половине грудной клетки (по Gyntheroth. Pediatric Electrocardiography. Philadelphia, 1965).
Униполярные отведения, как и грудные, могут быть использованы для векторного анализа, подобно биполярным отведениям. Для упрощения анализа используются трехосевые или шестиосевые системы (рис. 8.9, В). Преобразование треугольной системы в трехосевую оправдывается векторным анализом электрических сил. При перемещении вектор остается неизменным до тех пор, пока не меняются его направление и амплитуда. Так, например, вектор величиной 2 мв, направленный горизонтально влево, остается таким же, наблюдается ли он на уровне плеч (I стандартное отведение от конечностей) или на уровне сердца (трехосевое отведение). Хотя униполярные отведения от конечностей не несут дополнительной информации, однако они используются в клиниках при нарушениях проведения возбуждения, позволяя провести быстрый анализ 30-градусных секторов фронтальной поверхности.
Несмотря на то, что еще Einthoven использовал графический векторный анализ ЭКГ путем вычерчивания величины и направления 10 одномоментных векторов для полного комплекса QRS, однако развитие векторкардиографии задержалось до появления катодно-лучевой трубки (осциллоскопа). Первой популярной системой был равносторонний четырехугольник Вильсона, который к треугольнику Эйитховена, дающему входы лишь для осей X и Y, присоединил еще переднезаднее направление для оси Z [20]. В новейших системах отведений предусматривается уменьшение искажений, вызываемых вариациями строения тела и различиями положения сердца [21], [22], [23], потому указанные системы отведения считаются более точными.
Большая стоимость и малая доступность оборудования для векторкардиографии пока ограничивают ее применение в клинической практике, но векторкардиография должна оказать большое воздействие на толкование общепринятых 12 отведений электрокардиограммы.
РИС. 8.11. ИЗМЕНЕНИЯ ЭКГ, СВЯЗАННЫЕ С ЧАСТОТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
ГАЛЬВАНОМЕТРА.
А. Сверху вниз представлены записи калибровочного сигнала прямоугольной формы, полученные при нормальной полосе пропускания частот при ограниченной сверху полосе пропускания и при ограниченной снизу полосе пропускания частот. При нормальной частотной характеристике &ldquo-overshoot&rdquo- минимальный- медленное снижение уровня плато связано с постоянной времени прибора.
Б. Второе стандартное отведение, одновременно регистрируемое на всех трех регистраторах, демонстрируемых на части А рисунка. Отмечается явная депрессия S—Т при ограничении полосы пропускания частот сверху (средняя запись) и искусственное увеличение амплитуды S-волны при ограничении пропускания низких частот (по Guntheroth. Pediatric Electrocardiography. Philadelphia, W. B. Saunders Co., 1965).
РЕГИСТРИРУЮЩАЯ
АППАРАТУРА
Современный электрокардиограф обычно представляет собой компактный транзисторный усилитель с нагреваемым писчиком, с помощью которого осуществляется запись на теплочувствительной бумаге. К сожалению, многие из регистраторов, используемых в настоящее время, неадекватны по своим частотным характеристикам [24]. Ограничение возможности регистрации как высокочастотных, так и низкочастотных колебаний при записи ЭКГ может привести к серьезным искажениям (рис. 8.11). Наиболее общей проблемой при исследовании ЭКГ является ограничение пропускания верхней полосы частот высокочастотных колебаний. Приборы должны пропускать частоты в 50 Гд и выше [25]. Грубые искажения можно выявить путем исследования записи сигнала, подаваемого от встроенного в прибор калибратора. Для более точного анализа частотной характеристики время нарастания прямоугольной волны калибровочного сигнала должно быть меньше 0,01 с (время нарастания— это время, необходимое для отклонения писчика от точки, расположенной на высоте, составляющей 10% полной амплитуды сигнала, до точки, расположенной на высоте в 90% от всего отклонения) [26].
Приблизительно частотную характеристику можно определить пу;
тем деления 0,40 на время нарастания. Излишне говорить, что увеличение скорости движения бумаги по сравнению с обычно применяемой скоростью 25 мм/с помогает при анализе частотной характеристики прибора. Многие современные регистраторы имеют две скорости движения бумаги — 25 и 50 мм/с, при этом более высокая скорость облегчает точное определение продолжительности различных компонентов ЭКГ, особенно при наличии тахикардии.
Способ соединения отведений от пациента с регистратором влияет на более медленные компоненты ЭКГ, такие, как волны Р и Т, и сегмент S—Т. Если пациента соединить с регистратором непосредственно, то часто наблюдается значительная разность потенцйалов между различными электродами в отведениях ЭКГ, что требует балансирования путем тщательной регулировки для каждого пациента, которая в этом случае должна проводиться множество раз в течение всего времени регистрации для удержания писчика на бумаге. В современных приборах эти трудности устраняются путем подключения отведений от пациента не прямо к прибору, а через сопротивление-конденсатор, что способствует возвращению писчика к центру бумаги в относительно короткое время. Конденсатор подбирается таким образом, чтобы постоянная времени достигала 3 с, т. е. когда на вход прибора подается сигнал от калибратора в виде прямоугольной волны амплитудой в 1 мв, отклонение будет постепенно возвращаться к основной линии так, что через 3 с отклонение гальванометра будет составлять лишь /з первоначального отклонения. Такой тип спада кривой представлен на рис. 8.11. Использование регистраторов с другими постоянными времени, и особенно тех из них, у которых постоянная времени очень короткая, может приводить к серьезным артефактам за счет выпадения более медленных компонент. Например, для регистрации ЭКГ плода иногда применяют электроэнцефалографические регистраторы, имеющие очень короткую постоянную времени, что приводит к выпадению волн Р и Т на ЭКГ и матери, и плода.
Правильное обоснование основных требований к прибору необходимо не только для осуществления регистрации ЭКГ без помех, но также для безопасности, особенно в случаях нарушения функции водителя ритма сердца, когда даже очень малые по величине блуждающие токи могут явиться причиной фибрилляции желудочков [27].
