Лекция для врачей "Векторная модель ЭКГ: происхождение зубцов и интервалов, ось сердца" (отрывок из книги "Кардиологические аспекты в практике анестезиологов-реаниматологов" - Л. А. Щегольков, А. Б. Кузнецов)
Основы векторной концепции происхождения зубцов и интервалов электрокардиограммы
Практика показывает, что некоторые врачи анестезиологи-реаниматологи дают лишь общие ответы на вопросы, откуда берутся зубцы ЭКГ, зачем нужны 12 отведений и почему так вариабельны кривые, получаемые от этих отведений. Чувствуется пробел в знаниях по электрокардиографии и у студентов старших курсов. Поэтому в данном пособии считаем необходимым напомнить основы векторной концепции электрокардиографии сердца.
Процесс возбуждения клетки-кардиомиоцита (в конечном счёте миокарда) — это электрический процесс, переходящий в механическую систолу. Данный электрический процесс определяется разностью потенциалов заряженных частиц относительно разделяющей их мембраны. С позиций электростатики именно оболочка клетки рассматривается как мембрана, по обе стороны которой располагаются два слоя взаимно уравновешивающих зарядов противоположного электрического значения — обращённый внутрь клетки слой (−) отрицательных зарядов и обращённый наружу слой (+) положительных зарядов.
Клетка может рассматриваться как диполь. Под диполем в электростатике понимается элементарный электрический комплекс или электрическая единица, состоящая из двух равных и противоположных по знаку зарядов, находящихся на бесконечно малом расстоянии. Значит, клетка (в нашем случае кардиомиоцит) — это электрическая единица.
Диполь создаёт вокруг себя электрическое поле. Значит, каждый кардиомиоцит тоже создаёт вокруг себя электрическое поле. Положение двух зарядов относительно друг друга по кратчайшему расстоянию между ними определяется как основная ось (или вектор) диполя. Значит, и каждый кардиомиоцит тоже электрически ориентирован в пространстве относительно других.
Клетки все разные по величине (объёму). Они не равнозначны и по величине своего потенциала (или электрического заряда). Другими словами, состояние каждого кардиомиоцита можно описать функцией произведения его электрического потенциала на ось его ориентации в пространстве и (что в электростатике называется электрическим моментом диполя) в нормальной физиологии это называется вектором. Этот вектор обозначается стрелкой или символом над буквой, которой обозначен объект. Пример: вектор «Â».
Как известно, сердце — это полый орган, состоящий в основном из мышечной ткани, которую образуют кардиомиоциты (электрические единицы). Эти кардиомиоциты разнообразнейшим образом расположены в пространстве, образуя три слоя спирально закрученного миокарда. Каждая клетка-кардиомиоцит имеет свой вектор. Сумма всего этого бесчисленного множества векторов и определяет электрическую ось сердца.
В электрически возбудимых биологических структурах диполь может проявляться как статическая или как подвижная единица (нейрон, кардиомиоцит). В состоянии покоя клетка-кардиомиоцит поляризована. Молекулы, носители зарядов, разделены клеточной мембраной и уравновешены таким образом, что на её поверхности находятся положительные заряды, на внутренней стороне — отрицательные. Если измерить гальванометром электрический ток кардиомиоцита, то он будет равен нулю и записывающее устройство отразит прямую линию. Следовательно, если миокард (сердце) находится в состоянии покоя (диастолы), то электрокардиограф, будучи по сути тем же гальванометром, также зарегистрирует прямую линию, которая называется изоэлектрической линией.
Но вот возникает электрический импульс в синусовом узле и, распространяясь по специализированному волокну проводящей системы сердца как по проводу, достигает кардиомиоцита и меняет полярность ионов, находящихся на его поверхности и внутри. Такое изменение полярности называется деполяризацией. Согласно теории о дипольной (векторной) природе электрических явлений это изменение полярности (деполяризация) — отнюдь не одномоментный процесс. Его можно рассматривать как последовательное поступательное передвижение границы между возбужденным (деполяризованным) и невозбуждённым (поляризованным) участками кардиомиоцита, имеющего веретенообразную форму, от одного его полюса к другому.
В левой части рисунка 2 (а, б, в, г) показано, как продвигается граница волны деполяризации по направлению к регистрирующему электроду, на что указывает вектор в виде стрелки, направленной слева направо. Электрод гальванометра регистрирует разность потенциалов в кардиомиоците и, поскольку вектор движения направлен в его сторону, то записывающее устройство будет отражать отклонение изоэлектрической линии вверх (см. рис. 2, а, б, в). Когда достигается полное изменение полярности кардиомиоцита на противоположное (он деполяризован), исчезает разность потенциалов между участками кардиомиоцита, и регистрируемая гальванометром кривая возвращается вновь на нулевую отметку (г). Это состояние покоя ранее возбуждённого кардиомиоцита, после которого начинается обратный процесс реполяризации, вектор которого направлен в противоположную от электрода сторону (стрелка вектора указывает направление справа налево). Записывающее устройство при этом фиксирует смещение кривой вниз относительно изолинии. Поскольку процесс реполяризации по времени длится дольше, чем процесс деполяризации, это отклонение менее выражено, чем в первом случае.
Рис. 2. Распространение волны возбуждения
Сердечная мышца состоит из более чем 1010 клеток (кардиомиоцитов), и электрическая активность каждой из них представлена своим вектором, который имеет собственную величину и направление. В момент начала сокращения сердечной мышцы все кардиомиоциты деполяризованы, и сумму множества их векторов можно представить в виде суммарного вектора, который и будет определять электрическую активность сердца в целом. После сокращения наступающая диастола является результатом процесса, идущего в том же направлении — реполяризации, — и её основной вектор также можно представить суммой множества векторов. Этот суммарный вектор процессов деполяризации и реполяризации называют электродвижущей силой сердца. В зависимости от цикла сердечной деятельности (систола-диастола) вектор ЭДС меняет полярность волны продвижения, но он остаётся однонаправленным.
Теперь главное для понимания образования кривой, которую мы называем электрокардиограммой:
1. Если регистрирующий электрические процессы электрод расположить так, чтобы волна деполяризации шла по направлению к нему, электрокардиограф будет регистрировать отклонение вверх.
2. Если электрод поместить так, чтобы волна деполяризации шла от него, электрокардиограф будет регистрировать отклонение вниз. Поскольку места наложения (крепления) электродов общеприняты и составляют единую систему из 12 точек фиксации, которые называют отведениями, и известно также, что интегральный вектор электродвижущей силы сердца в момент деполяризации направлен сверху вниз, справа налево и кзади, от эндокарда к эпикарду, то становится понятной в общих чертах конфигурация ЭКГ-кривой в зависимости от конкретного отведения.
Крайне важно иметь в виду, что сердце мы понимаем как орган, состоящий из трёх мышечных массивов — это масса миокарда межжелудочковой перегородки, миокард правого желудочка и, основная часть, — масса миокарда левого желудочка. Поскольку эти три массива составляют единый полый орган с разделительными перегородками внутри, мы должны понимать, насколько сложна геометрия сердца в целом и как упрощённо выглядело бы представление о каком-то одном векторе электродвижущей силы, который смог бы отразить всю электрическую активность сердца в систолу и диастолу. Поэтому этот основной (интегральный) вектор ЭДС сердца, направление которого известно (сверху вниз, справа налево и кзади), для лучшего понимания электрических процессов, лежащих в основе последовательного сокращения межжелудочковой перегородки, правого желудочка и левого желудочка, умозрительно разделяют на три парциальных вектора.
Парциальный вектор I. Определяет процесс возбуждения в межжелудочковой перегородке. Его направление в норме — слева направо к правому желудочку. Поскольку мы знаем, что электрический импульс, распространяющийся по направлению к электроду, вызывает появление положительного зубца, то в отведениях, в которых регистрирующий электрод располагается практически над правым желудочком (V1, V2), мы должны увидеть положительное отклонение. Но известно также, что сила этого импульса (вектор I) слабая, поэтому и положительный зубец должен быть очень небольшой или совсем отсутствовать. Зубец этот называется зубцом R согласно общепринятому правилу (положительные зубцы — P, R и T, а отрицательные — Q и S). Волна деполяризации, которую отражает вектор I, распространяется в сторону, совершенно противоположную отведениями V5 и V6, поэтому они регистрируют неглубокий зубец Q (правильнее его обозначить как q) одновременно с небольшим зубцом r в V1 и V2.
Парциальный вектор II. После деполяризации межжелудочковой перегородки происходит одновременное возбуждение правого и левого желудочков. Для понимания этого процесса необходимо вспомнить, что векторы имеют не только направление, но и величину потенциала (силу тока). И поскольку правый и левый желудочки образуют как бы противоположные стенки сердца, то этот вектор удобно умозрительно разделить на две составляющие.
Та часть вектора II, которая определяет направление деполяризации тонкостенного правого желудочка, слишком мала в сравнении с его частью, которая определяет направление и силу волны деполяризации мощного левого желудочка. Поэтому результирующий вектор (собственно вектор II) направлен в сторону левого желудочка. Электроды отведений V5 и V6, обращённые к левому желудочку, «встречают» волну деполяризации и регистрируют высокий положительный зубец R. Одновременно с этим электроды в отведениях V1 и V2 фиксируют отрицательный зубец S, так как электрический ток (деполяризационная волна) направлен в противоположную от них сторону.
Становится понятным, что если мы не видим зубец R там, где он должен быть, значит, деполяризации не происходит в этом участке миокарда. Это может означать только омертвение клеток (инфаркт) и потерю их способности к изменению своего потенциала вследствие разрушения оболочки (мембраны, на которой образуется диполь). Соответственно, отсутствие зубца R в отведениях от V4 до V6 говорит о переднем инфаркте миокарда.
Парциальный вектор III. Сокращение сердца начинается с верхушечных областей левого и правого желудочков и заканчивается базальными их отделами, что определяется третьим парциальным вектором электродвижущей силы. Результирующая сила этого вектора невелика (как и первого вектора) и направлена вправо, вверх и кзади. То есть отведения V5 и V6 будут регистрировать небольшие отклонения вниз (небольшие — потому что сила вектора невелика, вниз — потому что он будет удаляться от электродов). Эти зубцы идентифицируются как зубцы S, так как они последуют за зубцами R, вызванными парциальным вектором II. Одновременно с этим в отведениях V1 и V2 вектор III вызовет небольшие (в силу слабости вектора) зубцы r. Таким образом, начальная часть желудочкового комплекса у здоровых людей может выглядеть как RSr или qs в первом грудном отведении.
Книга "Кардиологические аспекты в практике анестезиологов-реаниматологов"
Авторы: Л. А. Щегольков, А. Б. Кузнецов
В своей деятельности врач анестезиолог-реаниматолог постоянно сталкивается с необходимостью оценки и интерпретации данных, получаемых при мониторинге центральной гемодинамики у кардиологических больных. В условиях дефицита времени важно выделять наиболее существенные моменты, напрямую влияющие на насосную функцию сердца. Представлен трехшаговый алгоритм анализа ЭКГ для врачей анестезиологов-реаниматологов,врачей скорой помощи, ординаторов, с целью быстрой диагностики острой коронарной, аритмогенной и сердечной недостаточности.
Предназначено для врачей.
Содержание книги "Кардиологические аспекты в практике анестезиологов-реаниматологов" - Щегольков Л. А.
Основы векторной концепции происхождения зубцов и интервалов электрокардиограммы
Принципы анализа ЭКГ на основании векторной концепции происхождения комплекса QRS-T
Принцип пошагового анализа жизнеугрожающих состояний у кардиологических больных
Шаг 1. Оценка местоположения и формы сегмента ST, или клиническая оценка состояния коронарного кровотока
Шаг 2. Определение ритма и частоты сердечных сокращений
Шаг 3. Анализ зубца R, или оценка сократительной способности сердца
