Физические основы электрокардиографии

Физические основы электрокардиографии

Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).

Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической (исследовательской) целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) — регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография — метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.

В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердце, головной мозг), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются. В клиническом отношении это существенно упрощает саму процедуру регистрации, делая ее безопасной и несложной.

Физический подход к электрографии заключается в создании (выборе) модели электрического генератора, которая соответствует картине «снимаемых» потенциалов. В связи с этим здесь возникают две фундаментальные теоретические задачи: расчет потенциала в области измерения по заданным характеристикам электрического генератора (модели) — прямая задача, расчет характеристик электрического генератора по измеренному потенциалу — обратная задача.

Дальнейшие конкретные рассмотрения физических вопросов электрографии сделаны на примере электрокардиографии.

Одной из основных задач теоретической электрокардиографии является вычисление распределения трансмембранного потенциала клеток сердечных мышц по потенциалам, измеренным вне сердца. Однако даже чисто теоретически такую задачу решить невозможно, так как одно и то же «внешнее» проявление биопотенциалов сердца будет при разном «внутреннем» их распределении.

Физический (биофизический) подход к выяснению связи между биопотенциалами сердца и их внешним проявлением заключается в моделировании источников этих биопотенциалов.

Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый эквивалентный электрический генератор либо чисто умозрительно (гипотетически), либо в виде реального устройства как совокупность электрических источников в проводнике, имеющем форму человеческого тела. На поверхности проводника при функционировании эквивалентного электрического генератора будет электрическое напряжение, которое в процессе сердечной деятельности возникает на поверхности тела человека. Предполагают, что среда, окружающая сердце, безгранична и однородна с удельной электрической проводимостью g.

В этом случае для потенциала в некоторой точке можно записать формулу, аналогичную (12.32). При больших значениях r в рамках тех допущений, которые были сделаны в § 12.3, и в этом случае можно ограничиться дипольным приближением и использовать формулу (12.35) для потенциала поля диполя.

Это означает, что в мультипольном эквивалентном генераторе сердца основная часть в потенциал на поверхности тела человека вносится его дипольной составляющей. Иначе говоря, моделировать электрическую деятельность сердца вполне допустимо, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор. При условии ограниченности (конечности) окружающей среды можно прийти к выражению, которое будет отличаться от (12.32) только некоторым множителем

Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена. Согласно ей, сердце есть диполь с дипольным моментом рс. который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения (изменением точки приложения этого вектора часто пренебрегают) за время сердечного цикла.

Физические основы электрокардиографииНа рис. 12.15 показаны положения вектора Физические основы электрокардиографиии эквипотенциальных линий для момента времени, когда дипольный момент максимален; это соответствует «зубцу» R на электрокардиограмме (см. рис. 12.17).

В табл. 20 приведены значения максимального дипольного мо­мента сердца для человека и некоторых животных, они сопоставляются с массами сердца и тела.

34. Физические основы электрокардиографии

Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).

Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография (ЭМГ) – метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) – метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.

В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердца, головного мозга), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются.

В клиническом отношении это существенно упрощает саму процедуру регистрации, делая ее безопасной и несложной. Физический подход к электрографии заключается в создании (выборе) модели электрического генератора, которая соответствует картине «снимательных» потенциалов.

Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый электрический генератор в виде реального устройства и как совокупность электрических источников в проводнике, имеющем форму человеческого тела. На поверхности проводника при функционировании эквивалентного электрического генератора будет электрическое напряжение, которое в процессе сердечной деятельности возникает на 34б поверхности тела человека. Моделировать электрическую деятельность сердца вполне допустимо, если использовать дипольный эквивалентный электрический генератор. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтхове-на. Согласно ей сердце есть таковой диполь с диполь-ным моментом, который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла. В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближенно расположены в правой и левой руке и левой ноге.

По терминологии физиологов, разность биопотенциалов, регистрируемую между двумя точками тела, называют отведением. Различают I отведение (правая рука – левая рука), II отведение (правая рука – левая нога) и III отведение (левая рука – левая нога).

По В. Эйнтховену, сердце расположено в центре треугольника. Так как электрический момент диполя – сердца – изменяется со временем, то в отведениях будут получены временные напряжения, которые и называют электрокардиограммами. Электрокардиограмма не дает представления о пространственной ориентации. Однако для диагностических целей такая информация важна. В связи с этим применяют метод пространственного исследования электрического поля сердца, называемый вектор-кардиографией. Вектор-кардиограмма – геометрическое место точек, соответствующих концу вектора, положение которого изменяется за время сердечного цикла.

Физические основы электрокардиографии

Теория Эйнтховена для ЭКГ

Физические основы ЭКГ заключаются в создании модели электрического генератора, который создавал бы разность потенциалов, соответствующую по величине разности потенциалов между какими-то точками на поверхности тела, созданной сердцем как источником электрического поля.

Голландский ученый Эйнтховен предложил теорию ЭКГ, которая используется в медицине по настоящее время (за цикл работ по ЭКГ Эйнтховен в 1924 г удостоен Нобелевской премии).

Основные положения теории Эйнтховена:

1. Электрическое поле, созданное сердцем можно представить как поле, созданное токовым диполем с электрическим моментом токового диполя т. называемого в электрокардиографии интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) — с .

2. ИЭВС с находится в однородной проводящей среде.

3. ИЭВС с за цикл работы сердца изменяется по величине и по направлению, причем его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец с описывает в пространстве сложную кривую, проекция которой на плоскости (например, фронтальную) в норме имеет 3 петли: Р. QRS и Т (рис.4).

Физические основы электрокардиографии

Рисунок 4. Проекции ИЭВС ( с ) на стороны равностороннего треугольника (на линии отведений) по теории Эйнтховена для ЭКГ

Эйнтховен предложил проектировать петли (проекции с на фронтальную плоскость) на стороны равностороннего треугольника (рис.4) и регистрировать разность потенциалов между двумя из трех точек равностороннего треугольника (называемого треугольником Эйнтховена) относительно общей точки (общий электрод подключается к правой ноге — ПН). В треугольнике находится с и конец этого вектора за цикл работы сердца описывает петли Р, QRS и Т (рис.4). Направление с, при котором значение | с | — максимально (максимальное значение зубца “R ”), называют электрической осью сердца.

Вершины треугольника условно обозначают ПР (правая рука), ЛР (левая рука), ЛН (левая нога), общая точка ПН (права нога). Стороны треугольника называют линиями отведения .

Регистрация разности потенциалов между вершинами треугольника называют регистрацией ЭКГ в стандартных отведениях: I (первое) отведение – разность потенциалов между вершинами ПР и ЛР относительно ПН, II (второе) отведение – ПР-ЛН, III (третье) отведение – ЛР-ЛН (рис. 4). Существует дополнительный электрод Г – грудные отведения V (грудной электрод фиксирует в нескольких точках на поверхности груди, получая соответственно несколько грудных ЭКГ).

Электроды при снятии ЭКГ фиксируют не в вершинах равностороннего треугольника, а в эквипотенциальных им точках — обычно в нижних частях соответственно правой руки, левой руки, левой ноги, правой ноги (общий электрод).

Примерный вид графической регистрации разности потенциалов II-го отведения показан на рис.5 (L1 – период сердечных сокращений). Зубец “Р ” соответствует проекции петли “Р” на II-е отведение, Q – петли Q, R – петли R, S – петли S, Т – петли Т .

Электрокардиография. Физические основы электрокардиографии. Усилитель электрокардиографа

Содержание работы

а) Физические основы электрокардиографии .

Электрокардиография — это метод исследования биоэлектрической активности сердца, заключающийся в записи изменений во времени разности потенциалов, создаваемых электрическим полем сердца во время его возбуждения. Электрокардиограмма была впервые записана Уоллером в 1887 г. но широкое распространение электрокардиография получила после того, как Эйнтховен в 1903 г. использовал для регистрации биотоков сердца струнный гальванометр. Электрокардиограмма дает информацию о ритме сердца, локализации патологического очага в миокарде, гипертрофиях и перегрузках тех или иных камер сердца и т.п.

Схематично электрокардиограмма изображена на рис.

Физические основы электрокардиографии

Правая половина зубца Р до амплитудного значения соответствует возбуждению левого предсердия, левая часть зубца Р — возбуждению правого предсердия. Комплекс зубцов Q,R,S характеризует возбуждение желудочков, Т — реполяризацию желудочков (переход в невозбужденное состояние).

В состоянии покоя внутренние и внешние стороны мембран клеток миокарда представляют собой эквипотенциальные поверхности. Наружная поверхность имеет положительный потенциал, а внутренняя отрицательный. При возбуждении происходит деполяризация мембраны, т.е. на участке возбуждения меняются знаки потенциалов. Это происходит из-за того, что открываются ионные каналы мембран и изменяется концентрация ионов Ca, Na, K внутри и снаружи мембран.

Электрокардиограмма представляет собой запись двухфазного потенциала, т.е. наблюдаются отклонения вверх и вниз от изолинии. Рассмотрим модель получения двухфазного потенциал (рис).

на ленте самописца.

Физические основы электрокардиографии

Физические основы электрокардиографии

Физические основы электрокардиографии

Физические основы электрокардиографии

Физические основы электрокардиографии

На поверхности электровозбудимой ткани на достаточном расстоянии расположим два электрода, расстояние между ними должно быть больше возбужденного участка.

Потенциал действия распространяется по мембранам от клетки к клетке, деполяризацию сменяет реполяризация, и по волокну распространяется автоволна. Изображенная форма возбуждения редко встречается в практике. Обычно длина возбужденного участка больше расстояния между электродами. В этом случае отрицательная фаза становится меньше по амплитуде. Изменение концентрации ионов на поверхности клеток можно представить как ток, у которого есть участок, где он начинается (исток), и место, где он заканчивается (сток). Это дает возможность моделировать электрическую активность сердца в виде токового диполя. Токовым диполем является участок среды длиной L, по которой течет ток I. Основной характеристикой токового диполя является его дипольный момент — вектор Р, численно равный произведению I на L, направленный от отрицательного потенциала к положительному: Р = IL.

Сердце можно моделировать одним токовым диполем, если рассматривать электрическое поле сердца на довольно большом расстоянии от него. При ближайшем рассмотрении сердце нужно считать мультиполем, так как это объемный орган, по которому сложным образом распространяются много участков возбуждения.

[Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена. Согласно ей, сердце есть диполь с дипольным моментом Рс 3. который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения (изменением точки приложения этого вектора часто пренебрегают) за время сердечного цикла.

На рис показаны положе­ния вектора Рс и эквипотенциаль­ных линий для момента времени, когда дипольный момент макси­мален; это соответствует зубцу R на электрокардиограмме.]

Физические основы электрокардиографии

б) Усилитель электрокардиографа

Усилитель электрокардиографа должен иметь частотную характеристику, приведенную на рис.:

Физические основы электрокардиографии

Такие усилители называются усилителями «постоянного9quot; тока. Трудности усиления биопотенциалов при снятии ЭКГ состоят в том, что на вход усилителя вместе с полезным сигналом поступают и низкочастотные помехи (в основном это наводки частотой 50 Гц от электросети), причем величина помех может во много раз превышать величину сигнала (R зубец в норме составляет 6,5 мВ) Для того, чтобы понять принцип борьбы с помехами, сравним их с полезным сигналом. Предварительно рассмотрим стандартные отведения, предложенные Эйнтховеном.

[В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближенно расположены в правой ПР и левой ЛР руке и левой ноге ЛН (рис. а).

Физические основы электрокардиографии

На рис. б схематически изображен этот треугольник.]

Физические основы электрокардиографии

По терминологии физиологов отведением называется разность биопотенциалов, регистрируемая между двумя точками тела В кардиологии, согласно традиции, идущей от В.Эйнтховена, приняты стандартные точки, между которыми регистрируются разности потенциалов. Различают:

I отведение (правая рука — левая рука) или R-L.

II отведение (правая рука — левая нога) или R-F.

Ш отведение (левая рука — левая нога) или L-F.

Электрокардиограмма может регистрироваться и с других точек тела, но её форма при этом будет отличаться от стандартной.

Электроды накладываются на четыре точки, причем правая нога (ПН) пациента соединяется с корпусом прибора и заземляется. Нужно понимать, что это вынужденная мера, позволяющая различать полезный (диагностический) сигнал и наводки. Полезный сигнал возникает в тот момент, когда между двумя электродами (R-L, L-F, R-F) возникает разность потенциалов.

Физические основы электрокардиографии

На рис. изображено расположение электрических полей сердца в некоторый момент времени (эквипотенциальные поверхности +φ, -φ ). Видно, что между точками F и L есть разность потенциалов, а между R и L ее нет. Отсюда следует вывод: полезный сигнал — противофазный (потенциалы имеют разный знак).

Эквивалентная схема пациента представлена на рис.

Физические основы электрокардиографии

Сопротивление на участках ПН-R, ПН-L, ПН- F примерно одинаковые и на них наводятся одинаковые ЭДС наводок, причем, в каждый момент времени потенциалы точек R, L, F относительно Земли оказываются одинакового знака. Вывод: сигнал наводок — синфазный и примерно одинаковый по величине.

Треугольник Эйнтховена используется для получения некой диагностической величины — угла наклона средней электрической оси сердца. Положение оси определяется из алгебраических сумм величин Q, R, S зубцов двух отведений и сложения двух получившихся величин по определенным (довольно искусственным) правилам. Тем не менее угол наклона электрической оси сердца к горизонтали связывается с определенными патологиями.

Рассмотрим входной каскад усилителя электрокардиографа.

Физические основы электрокардиографии

Входной каскад (рис) представляет собой дифференциальныйили разностный усилитель и похож на мост Уитсона. Вместо переменных сопротивлений, разумеется, стоят лампы или транзисторы. В отсутствии сигнала их сопротивления одинаковые, мост сбалансирован и на Rвых нет напряжения.

Синфазный сигнал от помех (наводок) изменяет сопротивления усилительных элементов одинаковым образом и мост не разбалансируется. Противофазный полезный сигнал разбалансирует мост, на Rвых появится напряжение, которое усиливается следующим каскадом.

Усилитель электрокардиографа производит «вычитание9quot; двух сигналов для подавления наводок, так как имеет фактически два входа, т.е. сигнал снимается с трех точек, две из которых принадлежат отведению, например, правая рука — левая рука, а третья точка находится на правой ноге. На один вход подается напряжение между правой рукой и правой ногой, на другой напряжение, имеющееся между левой рукой и правой ногой. Точка, находящаяся на правой ноге, является общей для входов усилителя. На правой ноге закрепляется электрод, который заземляется, т.е. имеет потенциал равный нулю.

Так как диагностический сигнал противофазный, то при вычитании он не исчезает, а увеличивается.

Если один из контактов электрод-кожа окажется плохим, а сопротивление заземления большим, то эквивалентная схема пациента изменится (рис.).

Физические основы электрокардиографии

В этом случае сигналы от наводок в точках регистрации отличаются по величине и не исчезают полностью при «вычитании9quot;.

Схема регистрации биопотенциалов с использованием дифференциального усилителя приведена на рис. Усилитель обычно обозначается треугольником.

Физические основы электрокардиографии

Отметим, что иногда в медицинской литературе впускается необходимость заземления, более того, электрод, прикрепляемый к правой ноге (заземляемый электрод) иногда называется «защитым электродом»! Это неверно.

Рассмотрим некоторые другие отведения, используемые в медицинской практике.

Среди отведений, регистрируемых вблизи сердца, часто используется система Вильсона (униполярная). В этой системе соединяют через большие сопротивления точки R,L,F. Эту точку соединяют с одним из входов усилителя электрокардиографа и называют индифферентным электродом (СТ).

Способ регистрации сигналов показан на схеме (рис.).

Физические основы электрокардиографии

Сигнал на входе дифференциального усилителя равен в этом случае:

где φгр — потенциал в определенной точке на грудной клетке, а φR. φL. φF — потенциалы точек на конечностях. Эти потенциалы, включающие диагностический сигнал и помехи, меняются достаточно «случайно9quot;, и их сумма в среднем близка к нулю. Это означает, что потенциалы в точках на теле пациента регистрируются относительно точки с нулевым потенциалом. Электроды в этом случае располагаются ближе друг к другу, сопротивление тканей между ними меньше и, следовательно, меньше величина наводок.

Часто применяется система отведений от конечностей Гольдберга:

Физические основы электрокардиографии

Сигнал в этой системе снимается с точек L-L*, R-R* и F-F*.

Отведения обозначаются aVL, aVR, aVF и часто называются усиленными:

Можно показать, что в этих отведениях амплитуда сигнала в 1,5 раза больше, чем в отведениях Вильсона:

В этом случае отведение Вильсона регистрируется между левой рукой (φL ) и индифферентным электродом.

Физические основы электрокардиографии

Наибольшее распространение в медицинской практике в стоящее время получило изучение электрической активности сердца — электрокардиография.

Экспериментальные данные показывают, что процесс распространения возбуждения по различным частям сердца сложен. Скорости распространения возбуждения варьируют в сердце по направлению и величине. В стенках предсердий возбуждение распространяется со скоростью 30 — 80 см/с, в атриовентрикулярном узле оно задерживается до 2 — 5 см/с, в пучке Гиса скорость максимальна — 100 — 140 см/с.

Физические основы электрокардиографии

Рис. Последовательность распространения волны возбуждения по отделам сердца. Стрелки указывают направления и времена прихода возбуждения в данный участок сердечной мышцы.

В результате длины волн возбуждения:

где R — период рефрактерности, в различных отделах системы проведения возбуждения также будут различаться: так в предсердиях &#&55; = 12 см, в атриовентрикулярном узле &#&55; = 0,6 см, в ножках пучка Гиса &#&55; = 30 см.

Полное описание электрического состояния сердца, математическое описание распределения мембранных потенциалов по всему объему сердца в каждой клетке и описание изменения этих потенциалов во времени невозможно.

Поэтому, в соответствии с принципом эквивалентного генератора, сердце заменяют эквивалентным генератором тока, электрическое поле которого близко по свойствам электрическому полю, созданному сердцем. Токовый генератор с электродвижущей силой &#&49; имеет такое большое внутреннее сопротивление r >R, что созданный им ток I = &#&49;/ (r + R) не зависит от сопротивления нагрузки R. I = &#&49;/ r.

Для расчета потенциалов электрического поля, созданного генератором тока в однородной проводящей среде, генератор представляют в виде токового электрического диполя — системы из положительного и отрицательного полюса (истока и стока электрического тока), расположенных на небольшом расстоянии 1 друг от друга. Важнейший параметр токового диполя -диполъный момент D = Il . Вектор D направлен от «— » к «+9quot;, от стока к истоку, то есть по направлению электрического тока во внутренней цепи генератора тока. Если в условиях опыта l можно считать пренебрежимо малым l&#85&4;0. то диполь называется точечным.

Физические основы электрокардиографии

Для расчета потенциалов электрического поля токового поля сначала рассматривается поле униполя — отдельно рассматриваемого одного из полюсов диполя.

Потенциал электрического поля униполя можно рассчитать на основе закона Ома в дифференциальной форме.

Плотность электрического тока j, то есть электрический ток через единицу площади: j = I / S, согласно закону Ома:

где &#&61; — удельное сопротивление среды, в которой работает токовый генератор, &#&66;- потенциал электрического поля, r расстояние от униполя.

здесь I — ток, генерируемый генератором тока, а 4&#&60;r 2 — площадь сферы радиуса r, через которую течет ток I. Из (1) и (2):

Считая проводящую среду безгранично большой по сравнению с размером диполя и интегрируя (3) от ∞ до r, можно найти потенциал &#&66;а точки А, отстоящей от униполя на расстоянии r:

Это выражение для потенциала электрического поля положительного униполя (истока).

Разность потенциалов ∆j электрического поля диполя тем больше, чем больше удельное сопротивление проводящей среды &#&61;, чем ближе точки А и В к диполю (чем меньше r) и чем больше &#&46; (чем больше расстояние между точками А и В): ∆&#&66;=Kdcosα=KDAB. K= .

Таким образом, разность потенциалов двух точек поля точечного электрического диполя, расположенных на одинаковом расстоянии от диполя, пропорциональна проекции дипольного момента на прямую, на которой лежат эти точки.

Исследуя изменения разности потенциалов на поверхности человеческого тела, можно судить о проекциях дипольного момента сердца, следовательно, о биопотенциалах сердца. Эта идея положена в основу модели Эйнтховена, голландского ученого, создателя электрокардиографии, Нобелевского лауреата 1924 г.

Основные постулаты этой модели:

1. Электрическое поле сердца представляется как электрическое поле точечного токового диполя с дипольным моментом Е. называемым интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) (складывается из диполей разных частей сердца: Е = ∑Di).

2. ИЭВС находится в однородной изотропной проводящей среде, которой являются ткани организма.

3. Интегральный электрический вектор сердца Е меняется по величине и направлению. Его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец описывает сложную пространственную кривую, проекция которой на фронтальную плоскость образует за цикл сердечной деятельности (в норме) три петли: Р, QRS и Т.

Очевидно, в этом случае в разных точках поверхности грудной клетки человека в некоторый момент времени будут возникать различные по величине и знаку электрические потенциалы. В следующий момент времени распределение этих потенциалов на поверхности тела изменится.

Физические основы электрокардиографии

Рис. Распределение электрических потенциалов на поверхности тела в момент формирования комплекса QRS.

Изменение величины и направления вектора Е за один цикл сокращения сердца объясняется последовательностью распространения волн возбуждения по сердцу. Волна начинает распространяться от синусового узла по предсердиям (петля Р), атриовентрикулярному узлу, по ножкам пучка Гиса к верхушке сердца и далее охватывает сократительные структуры к базальным отделам (комплекс QRS). Петле Т соответствует фаза поляризации кардиомиоцитов.

Эйнтховен предложил измерять разности потенциалов двумя из трех точек, представляющих вершины равностороннего треугольника, в центре которого находится начало ИЭВС.

В практике электрокардиографии разности потенциалов измерялись между левой рукой (ЛР) и правой рукой (ПР) — I отведение. между левой ногой (ЛН) и правой рукой (ПР) — II отведение. между левой ногой (ЛН) и левой рукой (ЛР) – ІІІ отведение. Руки и ноги рассматривались как проводники, отводящие потенциалы от вершин треугольника Эйнтховена.

Предполагается, что расстояния от центра треугольника Эйнтховена до вершин одинаково, и поэтому для расчета разности потенциалов каждого отведения можно воспользоваться формулой:

Разность потенциалов i-гo отведения прямо пропорционально проекции Еi интегрального электрического вектора сердца Е на линию этого отведения:

Электрокардиограмма — это график временной зависимости разности потенциалов в соответствующем отведении, а значит и временной зависимости проекции ИЭВС на линию отведения

Электрокардиограмма представляет собой сложную кривую с, соответственно петлям, пятью зубцами Р, Q, R, S, Т и тремя интервалами нулевого потенциала. Для любого выбранного момента времени направление и модуль интегрального электрического вектора сердца имеют определенную величину, но проекции этого вектора на три отведения различны. Поэтому ЭКГ в I, во II и в III отведениях имеют разные амплитуды и конфигурации одноименных зубцов.

Три отведения не дают полной информации о работе сердца. Поэтому современная кардиология использует 12 стандартных отведений и ряд специальных.

Модель Эйнтховена не является строгой, а имеет ряд допущений:

1.Организм не является однородной электропроводной средой: кровь, лимфа, сосуды, мышцы и другие ткани имеют различные удельные проводимости. Кроме того, проводимость меняется со временем, например, при вдохе и выдохе.

2. Вектор Е. вращаясь, создает сложную объемную фигуру, а не проекцию лишь на одну плоскость,

3. Не представляется возможным точно описать изменения Е сердца только изменением момента одного точечного диполя.

Однако медицинская практика показывает, что эти недостатки не столь существенны. Модель Эйнтховена успешно используется в электрокардиографии.

Физические основы электрокардиографии

Рис. 5.7. Схема регистрации комплекса QRS электрокардиограммы

в трех стандартных отведениях. Знаки + и — соответствуют знакам

на осях ЭКГ в соответствующих отведениях

Векторэлектрокардиография (ВЭКГ) — методика, позволяющая судить об изменении ИЭВС в пространстве. Регистрируются проекции сложной пространственной кривой, описываемой концом вектора Е. на фронтальную, саггитальную и горизонтальную плоскости.

Для получения векторэлектрокардиограммы используется электронный осциллограф. На экране осциллографа происходит сложение двух взаимно перпендикулярных колебаний (фигуры Лиссажу). На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается разность потенциалов I отведения, а на вертикально отклоняющие пластины — напряжение другого отведения.

Так получают проекцию на фронтальную плоскость. Для получения проекций на другие плоскости используют другие электроды, в частности электрод, накладываемый на спину около угла левой лопатки. Различные положения установки электродов позволяют получить ВЭКГ на различных плоскостях.

Все темы данного раздела:

Основные функции биологических мембран
Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, развитию и воспроизведению — это живая клетка — основа строения всех животных и растений. Важнейшими условиями существования

Структура биологических мембран
Первая модель строения биологических мембран была предложена в 1902 г. Было замечено, что через мембраны лучше всего проникают вещества, хорошо растворимые в липидах, и на основании этого было сдел

Фазовые переходы липидов в мембранах
Вещество при разных температуре, давлении, концентрациях химических компонентов может находиться в различных физических состояниях, например газообразном, жидком, твердом, плазменном. Кристаллическ

Тема: ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
При всем многообразии строения и физико-химических свойств молекул проникающих веществ можно выделить два механизма перемещения веществ через мембрану; 1) посредством простой диффузии, т.е

Пассивный перенос веществ через мембрану
Пассивный транспорт — это перенос вещества из мест с большим значением электрохимического потенциала к местам с его меньшим значением. Пассивный транспорт идет с уменьшением энергии Гиббса

Активный транспорт веществ. Опыт Уссинга
Активный транспорт — это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением. Активный транспорт

Электрогенные ионные насосы
Согласно современным представлениям, в биологических мембранах имеются ионные насосы,работающие за счет свободной энергии гидролиза АТФ, — специальные системы интег

Липидные поры: стабильность и проницаемость мембран
Бимолекулярный слой фосфолипидов составляет основу любой клеточной мембраны. Непрерывность его определяет барьерные и механические свойства клетки. В процессе жизнедеятельности непр

Типы управляемых каналов.
1) Потенциалоуправляемые каналы. «Ворота» канала системой «рычагов» соединены с диполе

Структура ионного канала.
Ион-селективный канал состоит из следующих частей. погруженной в бислой белковой части, имеющей субъединичное строение; селективного фильтра, образованного отрицательно заряженными атомами кислоро

Механизм генерации потенциала действия кардиомиоцита
Потенциал действия мышечной клетки сердца отличается от потенциала действия нервного волокна и клетки скелетной мышцы прежде всего длительностью возбуждения — деполяризации (рис).

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОРГАНОВ
Функционирование живых клеток сопровождается возникновением трансмембранных электрических потенциалов. Клетки, образуя целостный орган, формируют сложную картину его электрической а

Внешние электрические поля органов. Принцип эквивалентного генератора
При переходе от клеточного уровня на органный, возникает задача описания распределения электрических потенциалов на поверхности этого органа в результате последовательного возбуждения отдельных его

Метод исследования электрической активности головного мозга — электроэнцефалография
Регистрация и анализ временных зависимостей разностей потенциалов, созданных мозгом на поверхности головы, используется для диагностики различных видов патологии нервной системы: травм, эпилепсии,

Автоколебания и автоволны в органах и тканях
Процессы, которые повторяется во времени, называют колебаниями. В биологических объектах наблюдаются колебания различных видов на всех уровнях их организации. Так, в клетках

Основные свойства автоволн в АС.
1. Автоволна распространяется без затухания. 2. Автоволны не интерферируют и не отражаются от препятствий. 3. Направление распространения автоволны определяется зонами рефрактерно

Ревербератор в среде с отверстием
На основе методов математического моделирования была показана возможность существования принципиально иного механизма циркуляции автоволн в активных средах. Рассмотрим процесс в плоской од

БИОФИЗИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ
Мышечная активность — это одно из общих свойств высокоорганизованных живых организмов. Вся жизнедеятельность человека связана с мышечной активностью. Независимо от назначения, особе

Структура поперечно-полосатой мышцы. Модель скользящих нитей
Мышечная ткань представляет собой совокупность мышечных клеток (волокон), внеклеточного вещества (коллаген, эластин и др.) и густой сети нервных волокон и кровеносных cocyдов. Мышцы по строению дел

Биомеханика мышцы
Мышцы можно представить как сплошную среду, то есть среду, состоящую из большого числа элементов, взаимодействующих между собой без соударений и находящихся в поле внешних сил. Мышца одновременно о

Уравнение Хилла. Мощность одиночного сокращения
Зависимость скорости укорочения от нагрузки Р является важнейшей при изучении работы мышцы, так как позволяет выявить закономерности мышечного сокращения и его энергетики. Она была подробно изучена

Электромеханическое сопряжение в мышцах
Электромеханическое сопряжение — это цикл последовательных процессов, начинающийся с возникновения потенциала действия ПД на сарколемме (клеточной мембране) и заканчивающийся сократительным ответом

Реологические свойства крови
Реология (от греч. rheos — течение, поток, logos — учение) -это наука о деформациях и текучести вещества. Под реологией крови (гемореологией) будем понимать изучение биофизических осо

Основные законы гемодинамики
Гемодинамика — один из разделов биомеханики, изучающий законы движения крови по кровеносным сосудам. Задача гемодинамики — установить взаимосвязь между основными гемодинамическими показателями, а т

Биофизические функции элементов сердечно-сосудистой системы
В 1628 г. английский врач В. Гарвей предложил модель сосудистой системы, где сердце служило насосом, прокачивающим кровь по сосудам. Он подсчитал, что масса крови, выбрасываемой сердцем в артерии в

Кинетика кровотока в эластичных сосудах. Пульсовая волна. Модель Франка
Одним из важных гемодинамических процессов является распространение пульсовой волны. Если регистрировать деформации стенки артерии в двух разноудаленных от сердца точках, то окажется, что

Фильтрация и реабсорбция жидкости в капилляре.
При филътрационно-реабсорбционных процессах вода и растворенные в ней соли проходят через стенку капилляра благодаря неоднородности ее структуры. Направление и скорость движения воды через различны

ИНФОРМАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Биологическая кибернетика является составной частью биофизики сложных систем. Биологическая кибернетика имеет большое значение для развития современной биологии, медицины и экологии

Принцип автоматической регуляции в живых системах
Управление (регулирование) — процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей. Всякая система содержит управляющую час

Информация. Информационные потоки в живых системах
Информация (от лат. informatio – разъяснение, осведомление) — это один из широко используемых на сегодня терминов, которые употребляет человек в процессе деятельности. Создаются информационн

Биофизика рецепций
РЕЦЕПЦИЯ (от лат. receptio — принятие): в физиологии — осуществляемое рецепторами восприятие энергии раздражителей и преобразование ее в нервное возбуждение (Большой энциклопедический словарь).

Обоняние.
[рисунок обонятельного центра]

Фоторецепторы.
С помощью глаз мы получаем до 90% информации об окружающем мире. Глаз способен различать свет, цвет, движение, способен оцениать скорость передвижения. Максимальная концентрация светочувствительных

Биофизика отклика.
Генерация рецепторного потенциала. Свет поглощается белком родопсином, бесцветным белком, который, по сути, является комплексом белка опсина и ретиналя (имеющего розовую окраску). Ретиналь может на

БИОСФЕРА И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ
Биосфера Земли, в том числе и человек, развивались и существуют под постоянным действием потоков электромагнитных волн и ионизирующих излучений. Естественный радиоактивный фон и фон электромагнитны

ЧЕЛОВЕК И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА
Понятие «физические поля окружающего мира», является широким и может включать в себя многие явления зависимости от целей и контекста рассмотрения. Если рассматривать его в строго фи

Взаимодействие электромагнитных излучений с веществом
При прохождении ЭМ волны через слой вещества толщиной х интенсивность волны I уменьшается вследствие взаимодействия ЭМ поля с атомами и молекулами вещества. Эффекты взаимодействия могут быть различ

Дозиметрия ионизирующих излучений
К ионизирующим излучениям относятся рентгеновское и &#&47;-излучение, потоки &#&45;-частиц, электронов, позитронов, а также потоки нейтронов и протонов. Действие ионизирующих излучений на

Естественный радиоактивный фон Земли
На биосферу Земли непрерывно действует космическое излучение, а также потоки &#&45;- и &#&46;-частиц, &#&47;-квантов в результате излучения различных радионуклидов, рассеянных в зем

Нарушения естественного радиоактивного фона
Нарушения радиоактивного фона в локальных условиях и тем более глобальные опасны для существования биосферы и могут привести к непоправимым последствиям. Причиной увеличения радиоактивного фона явл

Электромагнитные и радиоактивные излучения в медицине
Электромагнитные волны и радиоактивные излучения сегодня широко используются в медицинской практике для диагностики и терапии. Радиоволны применяются в аппаратах УВЧ и СВЧ-физиотерапии. Де

Электромагнитные поля.
Диапазон собственного электромагнитного излучения ограничен со стороны коротких волн оптическим излучением, более коротковолновое излучение — включая рентгеновское и &#&47;-кванты — не зарегистриро

Акустические поля.
Диапазон собственного акустического излучения ограничен со стороны длинных волн механическими колебаниями поверхности тела человека ( 0,01 Гц), со стороны коротких волн ультразвуковым излучением, в

Низкочастотные электрические и магнитные поля
Электрическое поле человека существует на поверхности тела и снаружи, вне его. Электрическое поле вне тела человека обусловлено главным образом трибозарядами, то есть зарядами, возникающим

Электромагнитные волны СВЧ-диапазона
Интенсивность излучения волн СВЧ-диапазона за счет теплового движения ничтожна. Эти волны в теле человека затухают слабее, чем инфракрасное излучение. Поэтому с помощью приборов для измерения слабы

Применение СВЧ-радиометрии в медицине.
Основными сферами практического применения СВЧ-радиометрии в настоящее время представляются диагностика злокачественных опухолей различных органов: молочной железы, мозга, легких, метастазов, а так

Оптическое излучение тела человека
Оптическое излучение тела человека надежно регистрируется с помощью современной техники счета фотонов. В этих устройствах используют высокочувствительные фотоэлектронные умножители (ФЭУ), способные

Акустические поля человека
Поверхность человеческого тела непрерывно колеблется. Эти колебания несут информацию о многих процессах внутри организма: дыхательных движениях, биениях сердца и температуре внутренних органов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *